一種起動(dòng)發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種起動(dòng)發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]基于帶傳動(dòng)起動(dòng)發(fā)電機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)又稱BSG(Belt Starter-Generator)，BSG技術(shù)取代了傳統(tǒng)的起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)。BSG電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，它可以直接裝在原來(lái)的發(fā)電機(jī)(或者起動(dòng)機(jī))的位置，對(duì)原車的改動(dòng)非常小，易于實(shí)現(xiàn)，是現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)化比較現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。在BSG驅(qū)動(dòng)單元的控制下，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)作電動(dòng)機(jī)用；發(fā)動(dòng)機(jī)高于點(diǎn)火速后，發(fā)動(dòng)機(jī)能自行工作，電機(jī)則由電動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，作發(fā)電機(jī)用，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)及替代原發(fā)電機(jī)的功能；BSG系統(tǒng)融合了電機(jī)、現(xiàn)代電力電子、數(shù)字信號(hào)處理、現(xiàn)代控制等技術(shù)，集傳統(tǒng)汽車的起動(dòng)和發(fā)電功能于一體，具有突出的起/停控制快、能量再生利用好、動(dòng)力輔助性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其在提高車輛機(jī)動(dòng)性能、節(jié)約燃油、減少排放方面效果明顯，是國(guó)際公認(rèn)的傳統(tǒng)汽車、混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)部件必然發(fā)展方向。而B(niǎo)SG存在的問(wèn)題在于起動(dòng)時(shí)為了得到低速大轉(zhuǎn)矩，電機(jī)通過(guò)降速齒輪與飛輪盤相連，從而轉(zhuǎn)矩增加，但在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)速度將會(huì)非常高，因此BSG混合動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的弱磁倍率要求很高，常常超過(guò)10，難以實(shí)現(xiàn)全范圍的高效運(yùn)行。為了解決這個(gè)問(wèn)題，很多廠家采用混合勵(lì)磁電機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)全速范圍內(nèi)的高效運(yùn)行，但是大多混合勵(lì)磁電機(jī)需要電刷提供勵(lì)磁電流，電機(jī)的可靠性和維護(hù)性較差。另一方面，永磁電機(jī)如果處于弱磁狀態(tài)，一旦逆變器出現(xiàn)保護(hù)，IGBT封鎖，電機(jī)的反電勢(shì)迅速升高，此電壓如果超過(guò)逆變器的直流電壓，就會(huì)迅速向電池中充電，造成裝置的損壞。BSG系統(tǒng)對(duì)永磁電機(jī)的弱磁倍率要求很高，弱磁保護(hù)時(shí)的反電勢(shì)也很高，如果沒(méi)有保護(hù)措施，必然會(huì)造成裝置的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有BSG用永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的高弱磁倍率和高反電勢(shì)問(wèn)題，提出一種新的起動(dòng)發(fā)電裝置。本發(fā)明既可以實(shí)現(xiàn)正常的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，也可以高速時(shí)的高效發(fā)電，在出現(xiàn)弱磁保護(hù)飛車的情況時(shí)，還能對(duì)永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行保護(hù)，且在保護(hù)時(shí)不會(huì)對(duì)整車的安全性和舒適性造成影響。
[0004]本發(fā)明起動(dòng)發(fā)電裝置至少包含一個(gè)雙向DC/DC變換器、一個(gè)永磁電機(jī)、一個(gè)三相逆變器、一個(gè)電池組、第一短路裝置和第二短路裝置。所述的三相逆變器包含第一電容、第一 IGBT模塊、第二 IGBT模塊、第三IGBT模塊、第四IGBT模塊、第五IGBT模塊，以及第六IGBT模塊。所述的雙向DC/DC變換器包含一個(gè)電感和兩個(gè)IGBT模塊:第七IGBT模塊和第八IGBT模塊；第七IGBT模塊和第八IGBT模塊串聯(lián)在一起，并且與三相逆變器的直流母線連接在一起，電感的一端連接在第七IGBT模塊的發(fā)射極，也就是第八IGBT模塊的集電極，電感的另一端和電池組的正極連接，電池組的負(fù)極與第八IGBT模塊的發(fā)射極連接在一起；第一短路裝置包含第一整流橋和第九IGBT模塊；第九IGBT模塊的發(fā)射極和集電極分別和第一整流橋的正極和負(fù)極相連接，通過(guò)控制第九IGBT模塊的開(kāi)通和關(guān)斷，可以控制第一整流橋交流輸入側(cè)的電路短路和開(kāi)路，即第一短路裝置的短路和開(kāi)路；第二短路裝置包含第二整流橋和第十IGBT模塊；第十IGBT模塊的發(fā)射極和集電極分別和第二整流橋的正極和負(fù)極相連接，通過(guò)控制第十IGBT模塊的開(kāi)通和關(guān)斷，可以控制第二整流橋交流輸入側(cè)的電路短路和開(kāi)路，即第二短路裝置的短路和開(kāi)路。所述的永磁電機(jī)包含第一繞組、第二繞組、第三繞組、第四繞組、第五繞組和第六繞組；第一繞組、第二繞組、第三繞組是三相對(duì)稱分布的繞組；A、a分別為第一繞組的兩端，B、b分別為第二繞組的兩端，C、c分別為第三繞組的兩端，X、a為第四繞組的兩端，Y、b分別為第五繞組的兩端，Z、c分別為第六繞組的兩端；第一繞組的A端、第二繞組的B端、第三繞組的C端分別與三相逆變器的交流輸出連接在一起；第四繞組的X端、第五繞組的Y端、第六繞組的Z端分別與第一短路裝置的交流輸入端連接在一起；第一繞組和第四繞組通過(guò)a端連接在一起，形成起動(dòng)繞組U相，即a是第一繞組和第四繞組的公共端；第二繞組和第五繞組通過(guò)b端連接在一起，形成起動(dòng)繞組V相，即b是第二繞組和第五繞組的公共端；第三繞組和第六繞組通過(guò)c端連接在一起，形成起動(dòng)繞組W相，即c是第三繞組和第六繞組的公共端；起動(dòng)繞組U相、V相、W相也是三相對(duì)稱分布的繞組；a端、b端、c端分別與第二短路裝置的交流輸入端連接在一起。
[0005]第一繞組、第二繞組、第三繞組，也可以稱為發(fā)電繞組，三相繞組對(duì)稱分布，分別是永磁電機(jī)的起動(dòng)繞組U相、V相、W相的一部分；第一繞組、第二繞組、第三繞組排列在永磁電機(jī)的定子槽底部；第四繞組、第五繞組、第六繞組是起動(dòng)繞組U相、V相、W相的另一部分，排列在永磁電機(jī)的定子槽頂部。
[0006]當(dāng)?shù)谝欢搪费b置中的第九IGBT模塊關(guān)斷，輸入到第一整流橋的三相交流輸入的電流無(wú)法形成回路，導(dǎo)致與第一整流橋的三相交流輸入處于開(kāi)路狀態(tài)；當(dāng)?shù)谝欢搪费b置中的第九IGBT模塊導(dǎo)通，第一整流橋的三相交流輸入端的電壓為三相逆變器控制的電壓，可能是直流母線電壓，也可能是零，此電壓由橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)決定。當(dāng)某一相的電壓為直流母線電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的第一整流橋的上橋臂二極管導(dǎo)通；當(dāng)某一相的電壓為零時(shí)，對(duì)應(yīng)的第一整流橋的下橋臂二極管導(dǎo)通；而第一短路裝置中的第九IGBT模塊開(kāi)通，將母線短路，實(shí)際上也就將第一整流橋的三相交流輸入短路。在實(shí)際中，由于二極管和IGBT存在一定的導(dǎo)通壓降，因此這種短路與實(shí)際的三個(gè)端點(diǎn)直接連接在一起稍有差異，但并不影響應(yīng)用。第二短路裝置工作原理相同。
[0007]當(dāng)本發(fā)明的起動(dòng)發(fā)電裝置處于起動(dòng)狀態(tài)時(shí)，第二短路裝置中第十IGBT模塊斷開(kāi)，第一繞組的a端、第二繞組的b端、第三繞組的c端處于開(kāi)路狀態(tài)；第一短路裝置中第九IGBT模塊閉合，永磁電機(jī)的第四繞組的X端、第五繞組的Y端、第六繞組的Z端被第一短路裝置短路而連接在一起，形成三相起動(dòng)繞組U相、V相、W相星接的結(jié)構(gòu)；雙向DC/DC變換器進(jìn)行升壓變換，將電池組電壓升高，三相逆變器進(jìn)行逆變，輸出三相交流電驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；永磁電機(jī)的三相起動(dòng)繞組U相、V相、W相起作用。起動(dòng)時(shí)使用了永磁電機(jī)的全部長(zhǎng)度的繞組，因此電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩能力最大。
[0008]當(dāng)本發(fā)明的起動(dòng)發(fā)電裝置處于第一發(fā)電模式時(shí)，第一短路裝置中第九IGBT模塊閉合，永磁電機(jī)的第四繞組的X端、第五繞組的Y端、第六繞組的Z端被第一短路裝置短路而連接在一起，形成三相起動(dòng)繞組U相、V相、W相星接的結(jié)構(gòu)；第二短路裝置中第十IGBT模塊斷開(kāi)，第一繞組的a端、第二繞組的b端、第三繞組的c端處于開(kāi)路狀態(tài)；三相起動(dòng)繞組U相、V相、W相的發(fā)電電壓經(jīng)過(guò)三相逆變器整流后，再經(jīng)過(guò)雙向DC/DC變換器進(jìn)行斬波降壓，為電池組充電，永磁電機(jī)的三相起動(dòng)繞組U相、V相、W相起作用。這種模式適用于電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，永磁電機(jī)的三相起動(dòng)繞組U相、V相、W相的反電勢(shì)低于三相逆變器和第七IGBT模塊和第八IGBT模塊的安全電壓的工況。
[0009]當(dāng)本發(fā)明的起動(dòng)發(fā)電裝置處于第二發(fā)電模式時(shí)，將第二短路裝置中第十IGBT模塊閉合，第一繞組的a端、第二繞組的b端、第三繞組的c端處于短