一種汽車(chē)大功率負(fù)載能量管理的方法和裝置

丁琴琴，李東浩，吳震云

（江淮技術(shù)中心乘研院電氣部，安徽 合肥 230009）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.024

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一種汽車(chē)大功率負(fù)載能量管理的方法和裝置

丁琴琴，李東浩，吳震云

（江淮技術(shù)中心乘研院電氣部，安徽 合肥 230009）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.024

摘 要：隨著汽車(chē)電氣電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，大功率負(fù)載在整車(chē)上應(yīng)用的越來(lái)越多，傳統(tǒng)的粗放型的電源管理模式越來(lái)越不能滿(mǎn)足整車(chē)電量的需求，利用蓄電池電量傳感器檢測(cè)蓄電池的剩余電量，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元通過(guò)檢測(cè)SOC、SOF信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的管理不僅成本高，而且加長(zhǎng)了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。文章利用現(xiàn)有發(fā)電機(jī)的L端信號(hào)，通過(guò)設(shè)計(jì)大功率負(fù)載控制器的回路及相應(yīng)的補(bǔ)償電路實(shí)現(xiàn)能源的管理，不僅成本低、性能可靠，而且可以快速的在江淮現(xiàn)有車(chē)型上進(jìn)行應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大功率負(fù)載；電源管理；發(fā)電機(jī)L端；補(bǔ)償電路

CLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-73-03

引言

隨著汽車(chē)電氣電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，車(chē)輛搭載的電器部件越來(lái)越多，整車(chē)對(duì)電器的負(fù)載能力也要求越來(lái)越大，不僅對(duì)起動(dòng)狀態(tài)時(shí)發(fā)電機(jī)的供電能力需求要求變高，對(duì)蓄電池的狀態(tài)也要求越來(lái)越高。發(fā)電機(jī)是汽車(chē)的主要電源，其功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，向啟動(dòng)機(jī)外的所有用電設(shè)備供電，同時(shí)給蓄電池充電，目前汽車(chē)采用三相交流發(fā)電機(jī)，內(nèi)部帶有二極管整流電路，將交流電整流為直流電，所以，汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)輸出的是直流電。交流發(fā)電機(jī)必須配裝電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行控制，使其保持基本恒定，以滿(mǎn)足汽車(chē)用電器的需求。汽車(chē)能量傳遞關(guān)系如圖1所示：

圖1 汽車(chē)能量傳遞關(guān)系

1、大功率負(fù)載能量管理方法

1.1 傳統(tǒng)能量管理方法

傳統(tǒng)的汽車(chē)能量管理方法是利用蓄電池電量傳感器檢測(cè)蓄電池的剩余電量，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元通過(guò)檢測(cè)SOC、SOF信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的管理，原理如圖2所示，利用蓄電池電量傳感器進(jìn)行能量管理需要開(kāi)發(fā)智能發(fā)電機(jī)、蓄電池傳感器、作為網(wǎng)關(guān)的控制單元及相應(yīng)的功耗部件，成本高而且開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，與現(xiàn)有車(chē)型方案不兼容。

圖2 電源管理系統(tǒng)框圖

2、一種新型大功率負(fù)載能量管理方法

2.1 新型能量管理方法及組成系統(tǒng)

該能量管理方法通過(guò)利用發(fā)電機(jī)的L端信號(hào)來(lái)作為控制大功率負(fù)載控制器工作的電源，同時(shí)利用檢測(cè)回路判斷L端電壓值來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)電氣系統(tǒng)功能的開(kāi)啟與關(guān)閉，同時(shí)將蓄電池的充放電狀態(tài)在儀表顯示。上述裝置包括蓄電池充放電狀態(tài)顯示系統(tǒng)（儀表）、發(fā)電機(jī)、蓄電池、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、第一補(bǔ)償電路及大功率負(fù)載。

2.1.1 蓄電池充放電狀態(tài)顯示系統(tǒng)

組合儀表充放電指示電路（如圖3所示）包括一個(gè)LED的發(fā)光二極管D2,發(fā)光二極管可以承受的最大電流為200mA,其工作電流隨端口電壓變化曲線(xiàn)如圖4所示。同時(shí)還包括兩個(gè)二極管D1和D3及兩個(gè)1500Ω的電阻R1和R2，二極管D1、D2、D3及電阻R1串聯(lián)，電阻R2并聯(lián)，保證port發(fā)電機(jī)L端電壓大于9.5V時(shí)，發(fā)光二極管不亮；當(dāng)端口電壓小于9.5V時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。

圖3 組合儀表充放電原理圖

圖4 LED燈工作變化曲線(xiàn)

當(dāng)點(diǎn)火狀態(tài)在LOCK及ACC檔時(shí)充電指示燈11不亮（如圖5所示）；在ON檔時(shí)，充電指示燈點(diǎn)亮，表示發(fā)電機(jī)未向蓄電池充電；當(dāng)啟動(dòng)后，發(fā)電機(jī)向蓄電池充電，系統(tǒng)無(wú)故障，此時(shí)充電指示燈熄滅，表示發(fā)電機(jī)向蓄電池充電，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，充電指示燈點(diǎn)亮。

圖5 組合儀表充放電指示燈

2.1.2 發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)其功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（怠速以上），向所有用電設(shè)備（起動(dòng)機(jī)除外）供電，同時(shí)向蓄電池充電，保障發(fā)動(dòng)機(jī)和整車(chē)的用電需求。發(fā)電機(jī)回路是由三相橋式整流電路13 、勵(lì)磁二極管回路12、電子調(diào)節(jié)器14、磁場(chǎng)繞組15組成，如圖6所示：

圖6 發(fā)電機(jī)內(nèi)部原理圖

在on檔時(shí)，外界通過(guò)發(fā)電機(jī)L端口向磁場(chǎng)繞組15進(jìn)行勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電，此時(shí)充電指示燈點(diǎn)亮；當(dāng)啟動(dòng)后，勵(lì)磁方式變成自勵(lì)，發(fā)電機(jī)通過(guò)勵(lì)磁二極管回路12進(jìn)行勵(lì)磁，此時(shí)充電指示燈兩端等電位，指示燈熄滅。

發(fā)電機(jī)通過(guò)S端來(lái)用于發(fā)電機(jī)對(duì)電瓶電壓檢測(cè)，發(fā)電機(jī)根據(jù)所檢測(cè)到的S端電壓高低來(lái)調(diào)整輸出狀態(tài)，防止電瓶過(guò)充電，提高電瓶使用壽命，通過(guò)B+端發(fā)電機(jī)向蓄電池充電。

2.1.3 大功率負(fù)載控制回路原理

大功率負(fù)載包括車(chē)載冰箱、電源逆變器、冷熱杯托等，其控制回路由控制器電源回路16、電源診斷回路17及MCU 18組成，如圖7所示。

上述控制器電源回路通過(guò)采集發(fā)電機(jī)L端的電壓利用雙極性線(xiàn)性穩(wěn)壓器78L05轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的5V電壓，為MCU提供電源，保證了大功率負(fù)載只有在發(fā)電機(jī)發(fā)電的情況下，才會(huì)工作。同時(shí)電源診斷回路17通過(guò)檢測(cè)DETE端口的電壓利用相應(yīng)的策略來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的工作。

Udete=Uport*R4/（R3+R4），當(dāng)檢測(cè)到Udete小于1.8V時(shí)，此時(shí)負(fù)載工作請(qǐng)求被禁止；當(dāng)1.8V＜Udete＜2.4V時(shí)，負(fù)載可以工作，在10min內(nèi)Udete端電壓未大于2.4V，提醒用戶(hù)關(guān)閉負(fù)載，Udete端電壓小于1.8V時(shí)，強(qiáng)制關(guān)閉負(fù)載；當(dāng)檢測(cè)到Udete大于2.4V時(shí)，此時(shí)負(fù)載工作可以正常工作。

圖7 大功率負(fù)載控制回路內(nèi)部原理圖

2.2 新型能量管理系統(tǒng)原理

如下圖8所示：點(diǎn)火開(kāi)關(guān)閉合后，一方面通過(guò)儀表充放電指示燈回路向發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組勵(lì)磁，另一方面需要通過(guò)第一補(bǔ)償電路3向發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，此時(shí)發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電，儀表充放電指示燈點(diǎn)亮，發(fā)電機(jī)尚未給蓄電池充電；當(dāng)啟動(dòng)后，當(dāng)發(fā)電機(jī)S端檢測(cè)到蓄電池電壓小于發(fā)電機(jī)電壓，發(fā)電機(jī)給蓄電池充電，此時(shí)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式變?yōu)樽詣?lì)，同時(shí)充放電指示燈兩端因?yàn)榈入娢幌纾瑫r(shí)，大功率負(fù)載電源診斷回路檢測(cè)到L端電壓大于9.5V時(shí)，表示發(fā)電機(jī)開(kāi)始充電，此時(shí)指示燈熄滅；當(dāng)L端電壓大于12.5V時(shí)，表示發(fā)電機(jī)除向蓄電池充電，還可以向大功率負(fù)載供電，大功率負(fù)載可以正常工作。

圖8 能量管理系統(tǒng)原理圖

由于大功率負(fù)載都接在發(fā)電機(jī)L端上，為防止負(fù)載拉低L端回路電流，導(dǎo)致儀表充放電指示燈微亮，第一補(bǔ)償電路同時(shí)起到避免該問(wèn)題的作用。圖8組成部分：1.蓄電池；2.點(diǎn)火開(kāi)關(guān)；3.第一補(bǔ)償電路；4.儀表充放電指示；5 發(fā)電機(jī)；6 大功率負(fù)載；11 儀表充電指示燈；12 勵(lì)磁二極管回路；13 三相橋式整流電路；14 電子調(diào)節(jié)器；15 磁場(chǎng)繞組；16 控制器電源回路；17 電源診斷回路；18 MCU 。

3、結(jié)束語(yǔ)

本文所介紹的大功率負(fù)載能量管理的方法和裝置，簡(jiǎn)單、可靠、成本低，解決了大功率負(fù)載工作導(dǎo)致蓄電池饋電的問(wèn)題，同時(shí)避免了儀表充放電指示燈微亮的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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A method and apparatus for energy management of a vehicle with high power load

Ding Qinqin, Li Donghao, Wu Zhenyun
( Jianghuai technology center by institute of electrical department, Anhui Hefei 230009 )

Abstract:With the continuous development of automotive electrical and electronic technology, more and more high power load will be used on the vehicle, the traditional extensive mode of power management can not meet the needs of vehicle power,detect the battery remaining power through battery power sensor, and the engine electronic control unit through the detection of the SOC, SOF signal to achieve the energy management is not only costly, but also extended the product development cycle. In this paper, the L-terminal signal of the generator is used to design of high-power load controller circuit and compensation circuit to achieve energy management, which is not only low-cost, reliable, but also can be used in the JAC existing models quickly.

Keywords:High power load; power management; generator L; compensation circuit

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)02-73-03

作者簡(jiǎn)介：丁琴琴，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司。