一种柴油发电的电驱整车系统及车辆的制作方法

本发明涉及柴油发电领域，特别是涉及一种柴油发电的电驱整车系统及车辆。

背景技术：

目前，柴油发电的电驱整车系统，主要由柴油机，发电机，蓄电池，dcdc变换器，变流器，能量管理系统组成，其中，蓄电池和dcdc变换器构成储能装置。对于这种兆瓦级功率输出的整车系统来说，考虑到发电机的体积和单机容量成正比，如果选择安装一台发电机，那么这台兆瓦级单机容量的发电机的体积会过于庞大，如果为了降低了单机容量而选择安装两台发电机，又必须增加柴油机的个数，以保证每台发电机均有一台与其一一对应的柴油机，在增加了该电驱整车系统的设计成本和体积，且柴油机启动时一般需要一个低压直流启动电机及机械变速箱来带动柴油机运行至怠速(柴油机启动的最低转速)，在柴油机启动后，需要切除低压直流启动电机与柴油机的连接，这样在设计时就造成了不必要的浪费。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种柴油发电的电驱整车系统及车辆，通过控制器控制多绕组电机运行于电动状态，来带动柴油机运行至怠速，在柴油机启动后，在通过控制器控制多绕组电机实现发电状态输出稳定的电能，减少了柴油发电的电驱整车系统的成本及占用空间。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种柴油发电的电驱整车系统，包括：

控制器，用于在接收到第一触发指令后生成第一状态指令，在接收到第二触发指令后生成第二状态指令，在接收到第三触发指令后生成第三状态指令；

包括多套绕组的多绕组电机，用于在接收到所述第一状态指令后输出第一能量，以驱动所述柴油机运行至怠速；在接收到所述第二状态指令后输出第二能量，以便储能装置充电；在接收到所述第三状态指令后输出目标能量，以实现所述多绕组电机的稳定发电；

所述储能装置，用于在接收到所述第一状态指令，为所述多绕组电机供电，还用于接收所述目标能量。

优选的，该电驱整车系统还包括：

能量管理模块，用于检测所述蓄电池的电量，并判断所述电量是否满足第一预设值，若否，生成所述第二触发指令，若是，生成所述第三触发指令。

优选的，该电驱整车系统还包括：

转速管理模块，用于检测所述柴油机的转速，判断所述转速是否满足所述怠速，若否，生成所述第一触发指令。

优选的，所述控制器包括设有多套开关单元的变流器；

每套所述开关单元，均用于在接收到开关脉冲信号后向与其一一对应的绕组输出电压脉冲，以控制与其一一对应的绕组的输出功率，其中，所有所述开关单元接收到的所述开关脉冲信号均相同。

优选的，所述控制器包括设有多块控制芯片的变流器；

每块所述控制芯片，均用于获取与其一一对应的绕组的电量信息，并将所述电量信息发送至其他所述控制芯片；还用于根据接收到的其他所述控制芯片发送的电量信息调整与其一一对应的绕组的输出功率。

优选的，所述变流器为四驱动模块变流器。

优选的，所述储能装置包括蓄电池，dcdc，该储能装置还包括超级电容，所述超级电容的输入端和所述控制器连接，所述超级电容的输出端和所述dcdc的输入端连接，所述dcdc的输出端和所述蓄电池的输入端连接；

所述超级电容，用于缓冲能量。

优选的，所述开关单元包括绝缘栅双极型晶体管igbt。

优选的，所述多绕组电机为双绕组永磁同步电机。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种车辆，包括如上文任意一项所述的柴油发电的电驱整车系统。

本发明提供了一种柴油发电的电驱整车系统，包括：控制器，用于在接收到第一触发指令后生成第一状态指令，在接收到第二触发指令后生成第二状态指令，在接收到第三触发指令后生成第三状态指令；包括多套绕组的多绕组电机，用于在接收到第一状态指令后输出第一能量，以驱动柴油机运行至怠速；在接收到第二状态指令后输出第二能量，以便储能装置充电；在接收到第三状态指令后输出目标能量，以实现多绕组电机的稳定发电；储能装置，用于在接收到第一状态指令，为多绕组电机供电，还用于接收目标能量。

可见，在实际应用中，采用输出扭矩大的多绕组电机作为柴油发电的电驱整车系统中的发电设备，通过控制器控制多绕组电机运行于电动状态，来带动柴油机运行至怠速，在柴油机启动后，在通过控制器控制多绕组电机运行于发电状态输出目标能量，实现多绕组电机的稳定发电，省去了低压直流启动电机及机械变速箱，减少了柴油发电的电驱整车系统的成本及占用空间。

本发明还提供了一种车辆，具有和上述柴油发电的电驱整车系统相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种柴油发电的电驱整车系统的结构示意图；

图2为本发明所提供的另一种柴油发电的电驱整车系统的结构示意图；

图3为本发明所提供的另一种柴油发电的电驱整车系统的结构示意图；

图4为本发明所提供的一种柴油发电的电驱整车系统的实施例的结构示意图；

图5为本发明所提供的另一种柴油发电的电驱整车系统的实施例的结构示意图；

图6为本发明所提供的另一种柴油发电的电驱整车系统的实施例的结构示意图；

图7为本发明所提供的另一种柴油发电的电驱整车系统的实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种柴油发电的电驱整车系统及车辆，通过控制器控制多绕组电机运行于电动状态，来带动柴油机运行至怠速，在柴油机启动后，在通过控制器控制多绕组电机实现发电状态输出稳定的电能，减少了柴油发电的电驱整车系统的成本及占用空间。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明所提供的一种柴油发电的电驱整车系统的结构示意图，包括：

控制器1，用于在接收到第一触发指令后生成第一状态指令，在接收到第二触发指令后生成第二状态指令，在接收到第三触发指令后生成第三状态指令；

包括多套绕组的多绕组电机2，用于在接收到第一状态指令后输出第一能量，以驱动柴油机运行至怠速；在接收到第二状态指令后输出第二能量，以便储能装置3充电；在接收到第三状态指令后输出目标能量，以实现多绕组电机2的稳定发电；

储能装置3，用于在接收到第一状态指令，为多绕组电机2供电，还用于接收目标能量。

具体的，包括多套绕组的多绕组电机2的运行状态可以分为两种，一种运行状态为电动状态，即多绕组电机2作为电动机使用，另一种运行状态为发电状态，即多绕组电机2作为发电机使用，考虑到在不同的工况下，对多绕组电机2的需求不同，因此，多绕组电机2还包括多种工作模式，举例说明，当多绕组电机2运行在电动状态时，其工作模式包括扭矩模式，当多绕组电机2运行在发电状态时，其工作模式包括电压模式、功率模式等。另外，对于柴油机稳速效果较差的电驱整车系统来说，需要多绕组电机2来进行稳速，因此，多绕组电机2的工作模式还包括速度模式，即由发动机来控制多绕组电机2的输出能量，使多绕组电机2即稳速又发电，相应的，与速度模式对应的触发指令可以为第四触发指令。

需要提前说明的是，储能装置3中可以包括蓄电池(或动力蓄电池组)和dcdc。

由于多绕组电机2具有输出扭矩大的特点，通过储能装置3为多绕组电机2供电，可以使多绕组电机2运行在电动状态，输出第一能量，驱动柴油机运行至怠速(使柴油机启动的最低转速)，可以理解的是，第一触发指令的发出实际上就是为了通过控制器1控制多绕组电机2运行于电动状态，采用扭矩模式，以便带动柴油机启动，相应的，这里的第一能量为机械能；在柴油机启动后，考虑到储能装置3中的蓄电池的电量会大幅降低，因此，第二触发指令的发出实际上是为了通过控制器1控制多绕组电机2运行于发电状态后，首先采用电压模式，控制发电机发电，输出第二能量，为蓄电池充电，可以理解的是，此时多绕组电机2作为电驱整车系统中的稳压装置，输出恒定电压，供蓄电池充电以及电动机驱动，直至蓄电池可以作为电驱整车系统中的稳压装置，第三触发指令的发出实际上是为了通过控制器1控制多绕组电机2输出目标能量，这里的目标能量可以理解为多绕组电机2可输出的全部能量，目标能量和第二能量均为电能，储能装置3还用于存储多绕组电机2输出的电能，以实现能量回收。

相应的，本发明中的第一触发指令、第二触发指令和第三触发指令均可以理解为是一种运行状态及工作模式的选择指令，具体的，控制器1接收到第一触发指令后，生成第一状态指令来控制多绕组电机2工作于电动状态下的扭矩模式，控制器1接收到第二触发指令后，生成第二状态指令来控制多绕组电机2工作于发电状态下的电压模式，控制器1接收到第三控制指令后，生成第三状态指令来控制多绕组电机2工作于发电状态下的功率模式，当然，三个触发指令的发送顺序本发明并不限定，但是考虑到整个电驱整车系统的安全性，可以采用上文的发送顺序，实际上，当柴油机启动后，需要根据实际工况来选择发送的触发指令(第二触发指令或第三触发指令)，从而实现对多绕组电机2能量输出的控制。

综上，本发明直接将多绕组电机2与柴油机直连，利用多绕组电机2输出扭矩大的特点，并结合储能装置3，控制多绕组电机2实现电动状态，带动柴油机运行至怠速，柴油机启动后，迅速控制多绕组电机2转换为电压模式或功率模式稳定输出，省去了低压直流启动电机及机械变速箱，从而减小了柴油发电的电驱整车系统的成本及体积。

第一触发指令、第二触发指令、第三触发指令均可以是由操作员发送的，也可以是由电驱整车系统中的其他模块发送的，本发明在此对上述触发指令的发送方不做限定。

本发明提供了一种柴油发电的电驱整车系统，包括：控制器，用于在接收到第一触发指令后生成第一状态指令，在接收到第二触发指令后生成第二状态指令，在接收到第三触发指令后生成第三状态指令；包括多套绕组的多绕组电机，用于在接收到第一状态指令后输出第一能量，以驱动柴油机运行至怠速；在接收到第二状态指令后输出第二能量，以便储能装置充电；在接收到第三状态指令后输出目标能量，以实现多绕组电机的稳定发电；储能装置，用于在接收到第一状态指令，为多绕组电机供电，还用于接收目标能量。

可见，在实际应用中，采用输出扭矩大的多绕组电机作为柴油发电的电驱整车系统中的发电设备，通过控制器控制多绕组电机运行于电动状态，来带动柴油机运行至怠速，在柴油机启动后，在通过控制器控制多绕组电机运行于发电状态输出目标能量，实现多绕组电机的稳定发电，省去了低压直流启动电机及机械变速箱，减少了柴油发电的电驱整车系统的成本及占用空间。

请参照图2，图2为本发明所提供的另一种柴油发电的电驱整车系统的结构示意图，该电驱整车系统在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，该电驱整车系统还包括：

能量管理模块4，用于检测蓄电池的电量，并判断电量是否满足第一预设值，若否，生成第二触发指令，若是，生成第三触发指令。

具体的，在整个电驱整车系统启动之初，能量管理模块4检测蓄电池soc(stateofcharge，剩余电量)电量，并判断蓄电池的剩余电量是否满足预设值，当电量不足时，生成第二触发指令，控制器1在接收到第二触发指令后，控制多绕组电机2采用电压模式，输出恒定电压的能量，供蓄电池充电及电动机驱动，当能量管理模块4监测到蓄电池电量充满后，输出第三触发指令，控制器1在接收到第三触发指令后，控制多绕组电机2采用功率模式，由蓄电池来进行稳压，多绕组电机2提供全部能量，通过对蓄电池电量的检测，实现对多绕组电机2能量输出的精准控制。在电驱整车系统运行过程中，发电机可以实现上述两种工作模式(电压模式、功率模式)的自由切换，对电驱整车系统内部的能量流动达到有效控制。在本实施例中也可以进一步说明，在柴油机启动后，发送第二触发指令和发送第三触发指令是没有时间顺序的，需要依靠实际工况决定，举例说明，如果能量管理模块4检测到蓄电池soc电量满足预设值，蓄电池可以保持发电机输出的直流电恒定，能量管理模块4生成第三触发指令并发送给控制器1，控制器1即可在柴油机启动后，直接控制多绕组电机2输出全部能量。

请参照图3，图3为本发明所提供的另一种柴油发电的电驱整车系统的结构示意图，该电驱整车系统在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，该电驱整车系统还包括：

转速管理模块5，用于检测柴油机的转速，判断转速是否满足怠速，若否，生成第一触发指令。

具体的，第一触发指令可以是操作员发送的，即操作员根据现场工况，确定是否需要控制多绕组电机2带动柴油机启动，若是，输出第一触发指令；第一触发指令还可以是由电驱整车系统中的转速管理模块5发送的，转速管理模块5用于检测柴油机的转速，当检测到柴油机的转速低于怠速即柴油机启动的最低转速时，转速管理模块5生成第一触发指令，以便控制器1在接收到该第一触发指令后，控制多绕组电机2采用扭矩模式，带动柴油机运行，直至柴油机启动，自动化程度更高，进一步保证了控制精准度，其中，转速管理模块5可以设于控制器1中。

作为一种优选的实施例，控制器1包括设有多套开关单元的变流器；

每套开关单元，均用于在接收到开关脉冲信号后向与其一一对应的绕组输出电压脉冲，以控制与其一一对应的绕组的输出功率，其中，所有开关单元接收到的开关脉冲信号均相同。

作为一种优选的实施例，开关单元包括绝缘栅双极型晶体管igbt。

具体的，由于多绕组电机2中包括多套绕组，考虑到在电驱整车系统运行过程中，各套绕组的输出功率可能会存在差异，造成有的绕组过载输出，有的绕组轻载输出，从而导致多绕组电机2的寿命降低，本发明采用了同步控制策略，参照图4所示，多绕组电机2中包括第一绕组、第二绕组直至第n绕组，变流器中包括第一开关单元、第二开关单元直至第n开关单元，以保证每套绕组均有一个与其一一对应的开关单元，向所有开关单元发送相同的开关脉冲信号，驱动每套开关单元输出相同的电压脉冲给与其对应的绕组，从而达到每套绕组的输出电流平衡即输出功率平衡。其中，开关单元可以为igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)开关管，选用电子开关更利于精准控制，当然，除了可以选用igbt开关管作为开关单元，还可以选择其他的功率开关管，本发明在此不做限定。

作为一种优选的实施例，控制器1包括设有多块控制芯片的变流器；

每块控制芯片，均用于获取与其一一对应的绕组的电量信息，并将电量信息发送至其他控制芯片；还用于根据接收到的其他控制芯片发送的电量信息调整与其一一对应的绕组的输出功率。

具体的，由于多绕组电机2中包括多套绕组，考虑到在电驱整车系统运行过程中，各套绕组的输出功率可能会存在差异，造成有的绕组过载输出，有的绕组轻载输出，从而导致多绕组电机2的寿命降低，本发明还采用了异步控制策略，即利用变流器中的控制算法内部机制实现输出功率平衡调节。在变流器中设置了多套控制芯片，保证每套绕组均有一个与其一一对应的控制芯片，参照图5所示，以双绕组永磁电机为例，对异步控制策略进行说明，双绕组永磁电机中包括两个绕组分别记为绕组a和绕组b，控制器1中包括与绕组a对应的控制芯片a及与绕组b对应的控制芯片b，控制芯片a采集绕组a的电量信息，这里的电量信息可以指绕组a的输出电流，控制芯片b采集绕组b的输出电流，控制芯片a将绕组a的输出电流值发送给控制芯片b，同时控制芯片b将绕组b的输出电流值发送给控制芯片a，从而实现控制芯片a和控制芯片b之间的信息交互，控制芯片a根据绕组b的输出电流调整绕组a的输出电流，同时，控制芯片b根据绕组a的输出电流调整绕组b的输出电流，本发明中的控制芯片之间的信息交互可以理解为是一种实时的信息交互，因此可以实现控制绕组a的输出电流和绕组b的输出电流平衡，即实现控制绕组a和绕组b的输出功率平衡，当其中一套绕组发生故障时，还可以实现冗余的效果。另外，针对双绕组永磁电机，控制器1可以选用双驱动模块变流器，双驱动模块变流器中的控制芯片，可以将两套绕组之间的电量信息实现微秒级的信息交互，从而快速实现变流器内部的能量管控。

作为一种优选的实施例，变流器为四驱动模块变流器。

具体的，在上述实施例的基础上，也可以采用四驱动模块变流器，利用控制芯片之间的快速信息交互特点，采用更为精准的管(igbt开关管)级能量传递控制策略，以双绕组永磁电机为例，四驱动模块变流器多机协同控制参照图6所示，其控制策略如下：利用电驱整车系统中后端的电动机的侧脉冲开关状态和持续时间s13～24，t13～24及中间电容两端电压vdc和中间直流电流idc，计算出电驱整车系统前端的双绕组永磁电机的两套绕组的脉冲开关状态及持续时间s13～24，t13～24。其中，双绕组永磁电机侧(记为发电机侧)的两套开关单元的开关状态及持续时间完全相同。

具体的，四驱动模块变流器的管级能量控制策略参照图7所示，由电动机给定指令，电动机给定的指令一般是指输出预设牛顿的力，然后经过电动机变流器中的控制算法，将电动机给定指令转换成输出脉冲指令来控制电动机侧的各个igbt开关管的开关状态及持续时间，根据发电机侧的开关状态时间函数确定发电机侧的各个igbt开关管的开关状态及持续时间，并根据开关状态和持续时间来控制双绕组永磁电机侧的各个igbt开关管执行所述开关状态及其持续时间，可以理解的是，开关状态及其持续时间和输出的电压脉冲之间存在一一对应关系，以图6中的igbt开关管进行说明，开关管s1的开关状态为闭合，持续时间为1s，开关管s2的开关状态为闭合，持续时间为1s，开关管s3的开关状态为闭合，持续时间为1s，发电机侧的其他开关管均断开，持续时间为1s，此时输出第一电压脉冲，开关管s1的开关状态为闭合，持续时间为1s，开关管s2的开关状态为闭合，持续时间为2s，开关管s3的开关状态为闭合，持续时间为1s，发电机侧的其他开关管均断开，持续时间为1s，此时输出第二电压脉冲。相应的，四驱动模块变流器的管级能量管控方法，可以实现更为精准的能量控制，降低了电驱整车系统对蓄电池充放电性能选型的要求。

作为一种优选的实施例，储能装置3包括蓄电池，dcdc，该储能装置3还包括超级电容，超级电容的输入端和控制器1连接，超级电容的输出端和dcdc的输入端连接，dcdc的输出端和蓄电池的输入端连接；

超级电容，用于缓冲能量。

具体的，这里可以为蓄电池也可以为动力蓄电池组，动力蓄电池组、dcdc(指dcdc变换器)及超级电容组成一个可以充放电的大电池系统，其中，超级电容作为一个能量缓冲装置，用于缓冲电动机及发电机造成的电容电压波动，具体的，超级电容可以减少在特殊工况下，由于蓄电池电量饱和造成的过压现象，以及多绕组电机2反应不及时造成的欠压现象。同时对于高反电动势的多绕组电机2(如永磁同步电机)在高转速下发生故障时，超级电容可以避免其对整个电驱整车系统的伤害。

作为一种优选的实施例，多绕组电机2为双绕组永磁同步电机。

具体的，双绕组永磁同步电机功率密度高、输出扭矩大，同时本发明所提供的电驱整车系统采用双绕组同步电机极大限度的减小了电驱整车系统的体积与成本。

当然，除了可以选用双绕组永磁同步电机还可以选用其他多绕组电机2，本发明在此不做限定。

相应的，本发明还提供了一种车辆，包括如上文任意一项的柴油发电的电驱整车系统。

对于本发明所提供的一种车辆的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

具体的，对于本发明所提供的电驱整车系统，不止适用于车辆，还适用于所有应用柴电动力的系统，如轮船、潜艇等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。