專利名稱：大功率模擬蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
大功率模擬蓄電池技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于機電領(lǐng)域，具體涉及一種蓄電池，是為汽車的起動發(fā)電機ISG的 測試實驗提供電能的裝置，能夠提供ISG電動機運行所需的電壓值，同時也能 回收或消耗發(fā)電機發(fā)出的電能。實際可以說它不僅適用于ISG電機的測試，而 且廣泛適用于各種需要電源輸出和吸收的實驗。
背景技術(shù)：
ISG系統(tǒng)(integrated starter generator)是專門為汽車設(shè)計的。ISG系統(tǒng)的 開發(fā)是未來汽車動力系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及解決燃油污染問題等的技術(shù)革新的關(guān) 鍵。而ISG電機則是ISG系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部件。所謂ISG電機，就是曲軸一 起動機一發(fā)電機集成系統(tǒng)，即將傳統(tǒng)的汽車起動機和發(fā)電機設(shè)計在一個電機里。 正常情況下，應(yīng)把起動機理解為一種其轉(zhuǎn)子直接固定在曲軸上，不僅作為發(fā)電機 而且作為起動機來工作的電機。與ISG電機起動、發(fā)電功能并行配套的能量的提供和存儲是很必要的。開 發(fā)ISG，采用新的傳動功能，基本前提是具有一個能量存儲器，未來汽車將引進 14V和42V電源電壓。在這種電源中產(chǎn)生42V以上的電源能量由發(fā)電機實現(xiàn)， 能量存儲在蓄電池中；反之當ISG作為起動電機時蓄電池能提供所需的電壓值。 因此在ISG電機的研制成功后，在實驗室對其各項性能進行實際模擬檢測時， 也需要有一個能提供42V以上、具有汽車中實際蓄電池功能的裝置，這是我們 發(fā)明本專利的起因。常規(guī)下在實驗室中對ISG的測試一般采用鉛酸蓄電池、鎳/ 金屬氫化物、鋰離子蓄電池等，但這些蓄電池不適于作為實驗用能量裝置。因為 一是這種能提供大功率的蓄電池造價昂貴， 一般至少為萬元以上，二是在實際的 實施過程中，蓄電池和電機之間的中間電路復(fù)雜，控制復(fù)雜，尤其需要一套檢測、 判斷和控制蓄電池充電狀態(tài)的電路部分，構(gòu)成這些電路也極大的增加了實驗成 本。從我們國家目前來看，實驗用蓄電池裝置這塊領(lǐng)域還是空白，也就是說還不 存在有效實用的實驗用蓄電池裝置。發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種大功率模擬蓄電池，以解決目前鉛酸蓄電池、鎳/金屬 氫化物、鋰離子蓄電池作為實驗用蓄電池存在的價格高、電路復(fù)雜的問題。本實 用新型采取的技術(shù)方案是同一交流電源分別為整流電路一和整流電路二供電， 整流電路一與變頻器電路連接，該變頻器電路與ISG電機連接、還與卸流電路 連接，整流電路二與比較控制電路連接，該比較控制電路與整流電路一輸出端連接、還與卸流電路連接，該卸流電路包括功率開關(guān)管IGBT和泄放電阻。本實用新型中比較控制電路包括與整流電路一、整流電路二的輸出端連接 的取樣/緩沖電路，該取樣/緩沖電路與積分比較電路連接，該積分比較電路與脈 寬調(diào)制電路連接，該脈寬調(diào)制電路與隔離驅(qū)動電路連接，該隔離驅(qū)動電路與卸流電路的功率開關(guān)管IGBT連接。工作原理是交流電源為整流電路一和整流電路二供電，經(jīng)調(diào)壓器調(diào)整取值、再經(jīng)整流濾波后供電，當ISG電機作為電動機時，變頻器電路使ISG電機運行 在電動機狀態(tài)時，蓄電池處于供電狀態(tài)；當ISG電機運行在發(fā)電機狀態(tài)時，比 較控制電路控制卸放電路的IGBT打開，電能通過泄放電阻變成熱能，蓄電池處 于回收消耗功率狀態(tài)。本實用新型的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)新穎，可以對ISG電機的結(jié)構(gòu)、材料及各種性 能參數(shù)進行研究，且造價低。


圖1是本實用新型原理框圖； 圖2是本實用新型電路原理圖； 圖3是調(diào)壓器電路原理圖； 圖4是變頻器電路原理圖；圖5是SG3524內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是SG3524工作流程圖；圖7是M57962L片內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖2位置A信號波形圖，此時ISG電機處于發(fā)電狀態(tài)，； 圖9是圖2位置B的信號波形圖，其幅度比位置A低，這是因為當ISG電機工作于發(fā)電機狀態(tài)后，它發(fā)出的電能逐步抬高了位置A的電位，而位置B電路獨立于ISG電機發(fā)電電路，故保持原狀態(tài)時的值不變；圖10是圖2位置C點HALL電壓傳感器輸出端信號波形圖；圖11是圖2位置D點HALL電壓傳感器輸出端信號波形圖；整流濾波后的B點直流電壓經(jīng)HALL電壓傳感器部分采樣，后經(jīng)RW1再部分釆樣得到15V電 壓；圖12: ISG電機在汽車中的位置；具體實施方式
同一交流電源分別為整流電路一和整流電路二供電，整流電路一與變頻器電路連接，該變頻器電路與ISG電機連接、還與卸流電路連接，整流電路二與比較控制電路連接，該比較控制電路與整流電路一輸出端連接、還與卸流電路連接，該卸流電路包括功率開關(guān)管IGBT和泄放電阻。本實用新型中比較控制電路包括與整流電路一、整流電路二的輸出端連接的取樣/緩沖電路，該取樣/緩沖電路與積分比較電路連接，該積分比較電路與脈 寬調(diào)制電路連接，該脈寬調(diào)制電路與隔離驅(qū)動電路連接，該隔離驅(qū)動電路與卸流電路的功率開關(guān)管IGBT連接。(1) 變頻器電路由功率開關(guān)管IGBT和控制功率開關(guān)管工作的芯片組成， 芯片根據(jù)電機位置傳感器的檢測信號將經(jīng)過整流濾波電路的直流電信號變換成 脈動直流電，從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，或?qū)碜杂陔姍C定子的交流感應(yīng)電變換成 直流電，經(jīng)卸流電路消耗掉；(2) 取樣電路是兩個霍耳式電壓傳感器，其分別從電機工作電路和比較控 制電路的相同位置取直流電信號，通過可變電位器分壓后輸入到緩沖電路的兩個電壓跟隨器的輸入端；(3) 緩沖電路由兩個相同的電壓跟隨器組成，其將從取樣電路取得的采樣值以原值傳遞給積分比較電路，同時起隔離作用，將取樣電路和積分比較電路隔離開；(4) 積分比較電路由OP-07運算放大器及其外圍電路構(gòu)成，來自緩沖電路 的兩路取樣信號分別由OP-07的正負輸入端輸入，通過對正負端輸入信號的比 較輸出正向積分或負向積分信號；(5) 脈寬調(diào)制電路由脈寬調(diào)制PMW集成電路芯片SG3524及其外圍電路 構(gòu)成，其將積分比較電路輸出的正向積分信號變?yōu)榭烧{(diào)脈寬的輸出脈沖信號，并 把它輸入到光電二極管的負端；(6)隔離驅(qū)動電路由光電耦合器、接口電路、檢測電路、定時器和復(fù)位電 路、功率放大電路、門關(guān)斷電路以及由兩個三極管組成的輸出級電路構(gòu)成，在將 驅(qū)動電路與前級電路隔離的狀態(tài)下將脈寬調(diào)制電路輸出的脈沖信號通過光電耦合器接收過來，并將其變換為大功率的脈沖驅(qū)動信號，從而使卸流電路中的IGBT關(guān)斷，使電機工作電路工作在卸流狀態(tài)。隔離驅(qū)動電路主要器件是M57962L， M57962L是一個整合電路，是 MITSUBISHI公司的成型產(chǎn)品，專門為驅(qū)動N溝道IGBT模塊設(shè)計的，主要應(yīng) 用于驅(qū)動換流器的IGBT模塊，AC伺服系統(tǒng)，UPS、 CVCF換流器和焊接。它作為隔離放大器通過其內(nèi)部的光電耦合器提供輸入和輸出所必需的電隔離。它內(nèi) 部還有一個檢測電路，用來提供短路保護，并同時發(fā)出故障信號。它內(nèi)部的功率 放大電路用來將接收進來的脈沖信號放大后輸出到IGBT的柵極上。由同一電網(wǎng)取出的三相電經(jīng)調(diào)壓器調(diào)整取值后再經(jīng)整流濾波電路變?yōu)橹绷?電，為電機工作電路及比較控制電路提供電源。如圖3所示，來自電網(wǎng)的三相電 接到調(diào)壓器中a 、 b、 c三端，經(jīng)調(diào)整取值后，供電電壓范圍為24V—60V，功 率范圍在10KW"60KW?？梢蕴峁┎煌膶嶒灄l件，能夠?qū)SG電機的結(jié)構(gòu)、 材料、尺寸等性能參數(shù)進行充分的實驗，從而確定電機最佳輸出功率時電機的結(jié) 構(gòu)及性能參數(shù)。在調(diào)壓器的后端及電機工作電路、比較控制電路的前端各有一個完全相同的 整流濾波電路，分別由兩套三相全波整流橋和濾波電容構(gòu)成。如圖2所示，兩個 三相整流橋的輸入端同時接調(diào)壓器的三相輸出端，兩個整流橋的輸出端接濾波電 容C1、 C1'。電機工作電路前端的整流濾波電路功能是將調(diào)整取值后的三相電網(wǎng) 的電信號變換為直流電信號，為驅(qū)動電機工作做準備；比較控制電路的整流濾波 電路功能是將調(diào)整取值后的三相電網(wǎng)的電信號變換成與電機工作電路幅度一致 (沒有負載的情形)的直流電信號，為比較控制電路的基準比較信號作準備。它 們均由六個二極管D1—D12組成全波整流電路，濾波電路主要器件是電解電容 C1及C1'。我們設(shè)計的ISG電機有兩種工作狀態(tài)，即電動機狀態(tài)和發(fā)電機狀態(tài)。如圖2、 圖4所示，電機工作電路的整流濾波電路的輸出端接變頻器的輸入端。變頻器是 電機的控制單元，控制ISG電機工作于電動機狀態(tài)或是工作于發(fā)電機狀態(tài)。變 頻器的主要器件是功率管開關(guān)IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),它的打開和關(guān)斷能夠改變電流方向。通過該電路可將來自于整流濾波電路的直流電信 號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動電信號，并根據(jù)電機的運行狀態(tài)，調(diào)整和變換電機定子線圈三相繞組中的電流方向，從而驅(qū)動電機工作；另外一個器件是控制IGBT打開和關(guān)斷的 芯片如DSP，變頻器的控制過程是在ISG電機中設(shè)有一個與轉(zhuǎn)子同軸的位置 傳感器，當ISG處于電動機工作狀態(tài)時，可以通過位置傳感器取得轉(zhuǎn)子位置角 入和轉(zhuǎn)子的位置，并將檢測到的信號輸入到信號處理單元DSP中。DSP處理 (Digital Signal Processing)控制器是專門為電動機控制設(shè)計的系列可編程數(shù)字信 號處理器。它不但把許多在馬達控制中常用的硬件電路固化在芯片中，如專用的 PWM脈沖發(fā)生器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字I/0接口等用于控制的片上外設(shè)，使 得它們從硬件機制上可以較好的滿足人以電動機控制系統(tǒng)的要求，而且可以實時 執(zhí)行一些高精度的復(fù)雜控制算法，在電機控制中可實現(xiàn)空間矢量PWM控制， Clark變換和Park變換及其逆變換，PID控制，散向電流控制，自適應(yīng)控制算法 等的功能，更具有每秒百萬條指令的執(zhí)行速度，減少了傳感器信號采樣到控制命 令輸出之間的延遲，同時片上還有大容量存儲器，提供了充分的程序空間，加之 外圍口線和強大的運算能力，足以保證各種復(fù)雜控制算法能夠在此平臺上得以實 現(xiàn)。對于電動機工作電路來說，霍爾位置傳感器(其原理在取樣電路中有述)的 感應(yīng)信號輸入到DSP中，同時DSP接受從定子繞組線圈的電流傳感器輸入的信 號以及位置傳感器信號，將這些信號經(jīng)過處理和運算，輸出到IGBT的柵極。它 的作用是以霍爾傳感器傳來的電信號經(jīng)邏輯運算和處理后作為控制信號，去實現(xiàn) 脈寬調(diào)制，這3個位置正弦信號經(jīng)計算環(huán)節(jié)后輸出三個正弦信號C 、 i4 、 4 '到變頻器電流控制系統(tǒng)IGBT的柵極，即信號處理單元經(jīng)過計算和數(shù)據(jù)處理后輸 出給PWM進行脈沖調(diào)制，調(diào)制后輸出脈沖控制電壓給六個IGBT的柵極，控制 六個IGBT的打開和關(guān)斷，IGBT的打開和閉合，控制了定子的三相對稱繞組的isA=-IssinX isB=-rSin("*)三相對稱繞組的電流給ISG繞組供電，使其運轉(zhuǎn)。也就是說通過位置傳感器感 應(yīng)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的位置，然后向DSP發(fā)出相應(yīng)的信號，DSP再將信號進行邏輯 判定一下該向哪個定子線圈輸入電流，輸入什麼樣的電流，將電流對應(yīng)的輸出電 壓計算出來，向六個IGBT的柵極輸出不同的控制電壓，不同的IGBT導(dǎo)通，向 定子的不同的線圈供電，使其與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子相對應(yīng)，這樣定子就隨轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場。DSP的這些計算和控制都是通過程序?qū)崿F(xiàn)的。當ISG處于發(fā) 電機狀態(tài)時，所發(fā)的交流電能通過電路中的六個旁路二極管整流，再經(jīng)過濾波后，變?yōu)橹绷麟娀亓鞯叫铍姵刂小Ｓ纱丝梢姰擨SG電機工作在發(fā)電機狀態(tài)時，其發(fā)出頻率不等，大小不等的交流電，而此時變頻器處于整流狀態(tài)，其整流出的電信號使A點的電位不斷升高，當高過B點電位時，將打開比較控制電路，將電能 卸掉。IGBT的響應(yīng)頻率在20-30KHz，可見響應(yīng)時間在幾u s-微秒之間。關(guān)斷 后即電機處于電動狀態(tài)時，波形比較電路不工作，除A、 B點外，其它各點電信 號為零。A、 B點波形仍為整流濾波后的直流。比較控制電路由取樣電路、緩沖電路、積分比較電路、脈寬調(diào)制電路、隔離 驅(qū)動電路組成。取樣電路主要器件是霍耳式電壓傳感器(HALL)，兩個霍耳傳感器分別接 整流濾波電路中濾波電容C1、C1'的相同位置。這里用了兩個霍耳式電壓傳感器， 它們分別從電機供電電路和比較控制電路的相同位置(附圖2所示的A、 B點位 置，其電壓波形參看圖8、 9，其波形包括以下各點波形均為ISG電機工作于發(fā) 電狀態(tài)下的波形)取濾波后的直流電信號，再根據(jù)所取直流電信號感應(yīng)出各自的 電信號(附圖2所示的C、 D點位置，其電壓波形參看圖10、 11)，然后在可變 電位器RW1、 RW2上產(chǎn)生電壓降，RW1、 RW2的另一端接地，通過調(diào)節(jié)RW1、 RW2取得比較控制電路的基準電壓和電機工作電路的工作電壓兩路采樣信號分 別輸出給緩沖電路。當電機工作在發(fā)電機狀態(tài)時，A點電壓值要大于B點電壓值。 A點直流電壓經(jīng)HALL電壓傳感器采樣后輸出15.5V直流電壓，再經(jīng)可變電位器 RW2分壓后得到13.5V直流電壓，B點直流電壓經(jīng)HALL電壓傳感器采樣后輸 出15V直流電壓，再經(jīng)可變電位器RW1分壓后得到13.0V電壓，兩路信號分別 輸入緩沖電路的兩個電壓跟隨器的正輸入端。以上A點、B點、C點和D點的 電壓都是在某一個工況下的電壓值，在實際電機運行中A點、B點、C點和D 點的電壓可以在一定的范圍內(nèi)變化，不會影響系統(tǒng)的正常工作?；魻杺鞲衅魇抢没魻栃?yīng)感應(yīng)磁場信號或電信號的一種傳感器。所謂霍爾 效應(yīng)就是當一塊半導(dǎo)體薄片被置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，如果在它相對的 兩邊通以控制電流I且磁場方向與電流方向正交，則在半導(dǎo)體另外兩邊將產(chǎn)生 一個大小與控制電流|和磁感應(yīng)強度B乘積成正比的電勢U，即LNK舊其中 K為霍爾元件的靈敏度，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。如果要測量的是電信號，則B 又與產(chǎn)生它的電流成正比，即B-K' I'。因此本專利就是利用這一原理，將A、B位置電流信號l'取出，輸入到霍爾電壓傳感器中，霍爾電壓傳感器就輸出了與之成正比的電壓信號。緩沖電路緩沖電路分別由兩個相同的電壓跟隨器組成，兩個電壓跟隨器的 正輸入端分別接RW1、 RW2的滑片，使來自前面兩路的取樣信號分別輸入到兩個電壓跟隨器中。采用OP-07運算放大器，其典型輸入電壓為土13.5V，最低輸 入電壓為土13V，典型輸出電壓為土12.6V,最低為士12.0V。積分比較電路主要由OP-07運算放大器及其外圍電路構(gòu)成積分比較器。 脈寬調(diào)制電路主要器件是SG3524，它是脈寬調(diào)制PMW的集成電路芯片。 從外部接腳看，如圖5， 3524共16個腳，其中1腳和9腳接在一起，使 3524內(nèi)部誤差放大器的輸出端和輸入端連在一起，構(gòu)成電壓跟隨器，3端為3524 內(nèi)部振蕩器的輸出端，在此處懸置；1腳為誤差放大器的反向輸入端，2腳為誤 差放大器正向輸入端，通過調(diào)節(jié)偏值電壓可調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度；在本發(fā)明中我 們設(shè)定3524的2腳輸入動作閾值為零，即只有2腳輸入正電壓時才能使3524 的11腳(14腳)有輸出信號。4腳、5腳和8腳接地；6腳和7腳為3524內(nèi) 部振蕩器的輸入端；作為3524內(nèi)部比較器的負輸入端的基準值，與由2腳輸入 的信號相比較，從而決定輸出脈沖的寬度及輸出幅值，即當2腳電壓小于基準值 時，比較器輸出高電平，或非門輸出低電平，輸出三極管截止，不輸出脈沖信號； 反之比較器輸出低電平，輸出三極管導(dǎo)通，輸出脈沖信號；10腳是3524的閉鎖 控制端，作用是防止輸出的脈沖出現(xiàn)死角(所謂死角是指輸出的正脈沖之間沒有 間隔)；12腳和13腳共同接到+15V電源上，它們是3524內(nèi)部輸出級兩個三極 管的集電極，11腳和14腳是三極管的發(fā)射極，它們對外接到一起，共同作為 3524的輸出端，將產(chǎn)生的脈沖信號輸出到下一級電路中。C7的作用是濾去高頻 干擾。脈沖調(diào)制電路總的作用就是將兩路取樣信號比較后輸出的連續(xù)變化的信號 變?yōu)榭烧{(diào)解脈寬的脈沖輸出信號，并把它輸入到光電二極管的負端。3524的工作流程3524內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示，積分比較電路的輸出采樣信 號作為控制信號通過3524的誤差放大器(電壓跟隨器)輸入到3524的比較器 中，3524的振蕩器產(chǎn)生幅度1.2—3.6V連續(xù)不對稱的三角波信號，如圖18所示， 其與2腳輸入的控制信號比較后的結(jié)果控制輸出信號的脈寬，參看圖18-20。如 振蕩器產(chǎn)生的三角波信號幅度高于2腳輸入的控制信號幅度，則3524的11腳 有脈沖電壓輸出，11和14腳并到一起，為一個腳，且控制信號幅度越低，輸出 的脈沖越寬；振蕩器同時產(chǎn)生同步方波觸發(fā)脈沖，輸入到3524內(nèi)部輸出電路， 控制兩輸出通道的開與關(guān)，觸發(fā)器要求此觸發(fā)脈沖的寬度不小于0.5 ps，因此 當開關(guān)電源工作頻率高時可在3腳接100PF電容到地，以擴展輸出脈沖的寬度。隔離驅(qū)動電路隔離驅(qū)動器如圖7，主要器件是M57962L， 3524的輸出 腳11 (14)腳接M57962L的輸入腳13腳。M57962L的另一輸入腳14腳通過 電阻R2接+15V電源。其余的1腳接內(nèi)部三極管集電極15V供電電源，6腳接 三極管發(fā)射極電壓-10V， 5、 6腳是三極管工作所必須的供電電壓，1腳是檢測 電路輸出端，8腳是故障報警輸出端。5腳是經(jīng)功率放大后的控制信號輸出端， 接IGBT的柵極，輸出的脈沖控制信號控制IGBT的開合。M57962L輸入電壓為-1 7V，最高電源電壓Vcc18伏，VEE最低電壓-15 伏，輸出電壓最高為Vcc ，最低為-8V。如圖7所示，它由光電耦合器、接口電 路、檢測電路、定時器和復(fù)位電路、功率放大電路、門關(guān)斷電路以及由兩個三極 管組成的輸出級電路構(gòu)成。光電隔離電路的作用是將產(chǎn)生比較信號的前幾級電路 與驅(qū)動電路隔離開，因為驅(qū)動電路是大功率強電流電路，而產(chǎn)生比較信號的前幾 級電路是小功率小電流電路，為防止驅(qū)動電路對它們的影響，必須隔離。光電耦 合器的作用是將信號接收過來，同時進行電氣隔離；接口電路是TTL兼容接口， 檢測電路是短路保護電路， 一旦檢測到短路，就通過門關(guān)斷電路發(fā)出一個故障信 號。隔離驅(qū)動電路的總的功能是在驅(qū)動電路與前級電路隔離的狀態(tài)下將脈沖信號 接收過來，并將其變換為大功率脈沖驅(qū)動信號，該信號與前一級的脈沖信號相比 具有幅值高、波形基本不失真的特點，同時該信號在控制IGBT開關(guān)上具有極佳 的頻率響應(yīng)，這些符合IGBT的控制要求。卸流電路主要部件是泄放電阻和IGBT。 M57962L的輸出腳5腳接IGBT 的柵極。IGBT的工作頻率為10-30KHz，柵極與發(fā)射極的電壓差小于或等于15V。 消耗電阻是電阻，若使用額定電壓為1200V，額定電流為600A的IGBT，其阻 值范圍在0.01Q—0.4Q，發(fā)電機發(fā)出的電能主要在電阻上釋放掉；IGBT的特 點是控制時具有MOSFET管的特點，即開關(guān)速度快、電壓控制的特點，導(dǎo)通時 具有雙極型晶體管特點，即電壓降小、電流電壓容量大的特點，這些特點使IGBT 非常適合做大功率高速度開關(guān)管。它的打開和關(guān)斷是由加在柵極的脈沖電壓控制 的，當柵極加上正向脈沖時，IGBT立即飽和導(dǎo)通，使發(fā)電機與卸流電路接通， 將所發(fā)電能在卸流電路中的消耗電阻上釋放掉。當脈沖為零時，IGBT立即關(guān)斷， 使電機與卸流電路斷開。蓄電池電路具體工作過程如圖2所示，兩個HALL電壓傳感器在整流濾波電路的相同位置(位置A 和位置B)取信號，當ISG電機處于電動機工作狀態(tài)時，電機工作電路的整流 濾波電路帶動負載ISG電動機工作，這將使由霍耳式電壓傳感器從位置A感應(yīng)出的電壓值低于從位置B感應(yīng)出的電壓值，這兩個取樣信號在RW1、 RW2上產(chǎn)生電壓降，分別輸出給緩沖電路。緩沖電路以原值將采樣信號分別輸入到積分比較器的正、負輸入端，進行比較。這里我們稱從位置A感應(yīng)出的信號為工作信 號，從位置B感應(yīng)出的信號為基準信號，顯然此時基準信號幅度高于工作信號， 則積分比較器的輸出信號不斷向負向積分。基準信號與工作信號間的差值愈大， 負向積分愈快，輸出信號的絕對值愈大；比較器輸出的這個負的信號從脈寬調(diào)制 電路的2腳輸入，對于脈寬調(diào)制電路中的3524來說，負的信號不會使其動作， 即脈寬調(diào)制電路沒有控制信號輸出，則IGBT也不會接通。此時整個工作電路處 于這樣的過程三相電輸入到電機供電電路中的整流濾波電路，整流濾波后經(jīng)變 頻器為ISG電動機運行供電，ISG電機工作在起動機狀態(tài)，類似于蓄電池為電 機供電狀態(tài)。我們可通過本發(fā)明的大功率模擬蓄電池為ISG電機提供不同幅度 的電壓、電流及不同的電功率，研究ISG電機的轉(zhuǎn)速變化，從而研究轉(zhuǎn)速變化 與輸入電壓、電流、轉(zhuǎn)速、電機轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。當ISG處于發(fā)電機狀態(tài)時，其可由外部動力使其轉(zhuǎn)子以恒速或變速轉(zhuǎn)動， 從而在電機的定子線圈中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電勢，可在電機輸出端口外接兩個成比 例的分壓電阻，測量其中一個電阻上的電壓，然后按比例算出整個端口的感應(yīng)電 壓，從而確定感應(yīng)電動勢的大小，進而研究ISG電機作為發(fā)電機工作時其輸出 功率。電機發(fā)出的電能經(jīng)變頻器后變?yōu)橹绷麟?，從而使位置A點的電位不斷升 高，在A點的電位低于或等于位置B點的電位時，脈寬調(diào)制電路仍沒有控制信 號輸出，原理同上段內(nèi)容所述。當A點的電位一旦超過B點的電位，則因A點 電位通過緩沖器從積分比較電路中OP-07的正端輸入，B點電位從負端輸入， 積分比較電路輸出不斷向正向積分的信號，該信號隨兩點電位差的不斷加大，積 分信號的積分過程不斷加快，積分值不斷加大，最高達到電源電壓+15V，同時 該積分信號經(jīng)部分取樣輸入到脈寬調(diào)制電路中3524的2腳，與7腳上的電位 進行比較后，脈寬調(diào)制電路開始有正向脈沖輸出，加在發(fā)光二極管上，使其產(chǎn)生 光信號，再經(jīng)耦合將信號傳遞給驅(qū)動電路，驅(qū)動電路再將其變換為大功率脈沖信 號輸出給IGBT的柵極，IGBT得到控制信號后開始導(dǎo)通，接通電機工作電路中 的卸流電路。此時整個電路處于這樣的工作過程ISG發(fā)電機發(fā)出的電能經(jīng)變頻 器、IGBT后在泄放電阻上釋放掉，隨著能量的消耗，A點的電位逐步降低，當 低于B點電位時，脈寬調(diào)制電路停止輸出控制信號，加在IGBT的柵極控制信號 變?yōu)榱?，IGBT關(guān)斷，使ISG發(fā)電機與卸流電路斷開；當發(fā)電機發(fā)出的電能再一 次使A點電位高于B點電位時，則重復(fù)上述IGBT導(dǎo)通過程。此時大功率模擬 蓄電池類似工作于普通蓄電池的充電控制狀態(tài)。OP-07的轉(zhuǎn)換速度為0.3V/p S，S3524的脈沖振蕩時間2uS， M57962的光電耦傳輸速度為30KV/ixS，轉(zhuǎn)換 速度為最大1wS，可見整個電路的響應(yīng)速度在幾wS內(nèi)，完全滿足本專利中對 轉(zhuǎn)換速度的要求。電機采用外定子內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，為永磁無刷同步電機。在汽車中應(yīng)用時，電機 一般呈立式扁平狀結(jié)構(gòu)，電機轉(zhuǎn)子固定在發(fā)動機的曲軸上，永磁體磁極放置在轉(zhuǎn) 子上隨軸轉(zhuǎn)動；定子固定在飛輪殼中，電樞繞組放置在定子上，電機軸兩端分別 與汽車發(fā)動機曲軸和飛輪相連，而飛輪和ISG電機都處于飛輪殼里，如圖12所示。當各元件取值如下時，其各點的波形圖及數(shù)值如附圖所示。 本發(fā)明大功率模擬蓄電池的典型工作電壓是42V。C1一C9中除C3為0.01 u F， C7為3300pF， C8為3600pF外其余均為 47MF。RW1、 RW2為10kQ,。OP-07運算放大器，典型輸入電壓土13.5V,最低輸入電壓土13V，輸出電壓 典型士12.6V，最低士12.0V。M57962L，輸入電壓為50V，最高電源電壓Vcc18伏，VEE最低電壓-15 伏，"H"輸入電流16mA (此時輸入電壓為5V)， "H"輸出電壓典型為14V, 最低為13V，最高為Vcc ， "L"輸出電壓典型為-9V最低為-8V， "H-L"上升時 間(輸入電壓0-4V) 0.6 s最大不超過1 s。SG3524最大電源電壓為40伏， 一般工作在20伏,本電路工作在15V，最 小電源電壓為8伏，比較器典型輸入電流為-1 u A，輸入的門值電壓范圍為1-3.5 伏，輸出信號典型頻率450KHz，輸出典型脈沖寬度0.5 y s，典型輸出電壓為18V， 輸出電流范圍0—50mA。IGBT工作頻率一般在10-30HZ， 一般工作電壓在40CH00v之間。額定電 壓1000V—1200v，額定電流600A—700A。ISG電機發(fā)電功率10KW—30KW。
權(quán)利要求1、一種大功率模擬蓄電池，其特征在于同一交流電源分別為整流電路一和整流電路二供電，整流電路一與變頻器電路連接，該變頻器電路與ISG電機連接、還與卸流電路連接，整流電路二與比較控制電路連接，該比較控制電路與整流電路一輸出端連接、還與卸流電路連接，該卸流電路包括功率開關(guān)管IGBT和泄放電阻。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率模擬蓄電池，其特征在于比較控制電路 包括與整流電路一、整流電路二的輸出端連接的取樣/緩沖電路，該取樣/緩沖 電路與積分比較電路連接，該積分比較電路與脈寬調(diào)制電路連接，該脈寬調(diào)制電路與隔離驅(qū)動電路連接，該隔離驅(qū)動電路與卸流電路的功率開關(guān)管IGBT連接。
專利摘要本實用新型涉及一種大功率模擬蓄電池，屬于機電領(lǐng)域。同一交流電源分別為整流電路一和整流電路二供電，整流電路一與變頻器電路連接，該變頻器電路與ISG電機連接、還與卸流電路連接，整流電路二與比較控制電路連接，該比較控制電路與整流電路一輸出端連接、還與卸流電路連接，該卸流電路包括功率開關(guān)管IGBT和泄放電阻。優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)新穎，可以對ISG電機的結(jié)構(gòu)、材料及各種性能參數(shù)進行研究，且造價低。
文檔編號H02P9/00GK201173961SQ20082007128
公開日2008年12月31日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者澄 朱, 田彥濤, 趙學(xué)枰, 煒 韓, 龔依民 申請人:吉林大學(xué)