汽車電源系統電壓的動態調控設計

范程程

摘 要在人們生活水平不斷提升的基礎上，對各類生活所需的設備設施的功能性和舒適性的要求在逐漸升高。尤其是對出行工具的功能要求不局限于基本的行駛性能，對舒適性和娛樂性以及其他拓展功能也有了更高的要求，而這些功能都需要汽車內部的電源系統提供的電能作為支持，這就為電源系統帶來了很大的運行壓力。一旦電源系統出現電壓不穩的現象將對汽車內部的多種功能帶來影響，為此，要想保證汽車的功能性和舒適性能夠滿足人們的需求，就必須對汽車電源系統進行合理設計。

【關鍵詞】汽車電源系統 電壓 動態調控

為了保證汽車電源系統能夠滿足人們對汽車功能的需求，我們針對燃油汽車電源系統展開研究，通過對電源系統電壓的動態調控來控制輸出電壓的穩定性，并且保證輸出電壓功率平衡。汽車電源系統的動態調控是指采用調節脈寬的方式對汽車發電價的勵磁線路產生影響，由原本的機械控制轉變成數字控制，即實現汽車發電機的智能控制。文中就從汽車供電系統所面臨的問題進行分析，進而研究汽車電源系統電壓的動態調控設計的相關思路。

1 汽車供電系統所面臨的問題

在汽車制造業的技能趨向逐漸與公眾需求融合后，汽車附屬功能與能源提供區域之間的違和矛盾便逐漸顯現。調查顯示，無關型號和廠家，市面上明顯已有多款汽車均出現了使用附屬功能期間電壓不穩狀態。而當前汽車功能發展明顯無法拋棄內部功能娛樂化和多項化，因此制造方有必要在提升車內電壓穩定性入手，更新汽車使用的電壓向技術手段，以此來穩定行業發展的質量口碑。

為了解決以上問題，部分汽車生產廠家借鑒城市供電系統的發電機并網模式來保證輸出電壓的穩定性，形成雙重的控制系統。通過對燃油汽車的電源系統運行現狀進行分析之后發現，現階段燃油汽車的電源系統存在供電不穩的現象，為汽車內部的通信電路和相關設備的功能造成很大影響，在很大程度上影響了用戶體驗的效果；發電機的功率不足也是燃油汽車電源系統所面臨的重點問題，隨著汽車內部耗電功能的不斷增多，功率不足的問題越來越明顯，由此可見，發電機輸出電壓功率不足的問題是此時汽車生產廠家需要重點解決的關鍵問題。

2 發電機輸出電壓穩定性的設計

汽車在行駛的過程中發電機的轉速和負載是一個變量，然而車內的用電設備對電壓的平穩性要求比較固定的，如何讓變量和定值在相互配合下完成工作是汽車發電機輸出電壓控制體系需要承擔的任務。鑒于以上問題，可以在汽車內部安裝電壓調節器針對發電機的輸出電壓進行控制，將其控制在用電設備所需電壓的范圍之內，確保汽車內部功能的穩定性。

汽車發動機在動力能源上可以分為柴油機和汽油機，相對來說汽油機的轉速要較柴油機廣，通常在800～6000r/min范圍內，在不同路況中的轉速會產生一定變化，一般城市道路中的轉速為800～2500r/min，而高速道路的轉速范圍在4000r/min以上，即便是同類型的汽車發動機和發電機的皮帶傳動率也會存在一定的差異，通過以往的研究表明傳動比率在1.7和3之間，比較常見的數據為2。

由于汽車行駛時的轉速會受到很多因素的影響，沒有特定的數值，而汽車內部的用電設備對電壓穩定性的要求較高，為此，需要采取特定的手段對發電機的輸出電壓進行控制，通常是以調節勵磁電流大小來進行。電壓調節器在大體上可以分為觸電振蕩式、晶體管式和集成電路式，在以往的應用過程中可以發現振蕩式的電壓調節器容易產生觸電燒蝕的故障問題并且相對其他調節器來說體積偏大，占據大量的空間，為此，不被采納。在不斷發展的過程中，汽車制造行業引入了現代化技術采用電子電壓調節器來控制輸出電壓。

3 發電機功率平衡和電壓穩定性的動態調控設計

就目前汽車制造產業的技術能度而言，短期內支撐汽車附屬功能使用的能源種類仍舊會以電能為主。因此本著在研究期限內將技術產值和成本用量完善中和的發展原則，技術方應從電能輸送的重要作用物——發電機入手，通過改良其功率效果達成平衡調控。具體方法可分為兩類：

（1）更換發電機型號，增強功率。

（2）以組合形式（并聯）加大電機可用功率。

3.1 汽車雙發電機電源系統控制方案

通過實際驗證可以發現，采用更換大功率發電機的方式存在一定的弊端，更換大功率的發電機就意味著發電機的占地面積要在原有的基礎上擴大面積，這時車內的布局就要進行適當的調整方可容納大功率的發電機，從更換工序方面來說，對車內布局進行改造是一個很大的工程，從投入成本方面來說，更換大功率的發電機本身就會產生一定的資金投入，在對車內布局進行改造時所產生的人工費用也是一筆較大的投入。

鑒于以上問題，我們選用雙發電機并聯的方式來改善發電機輸出功率不足的問題，但是僅是簡單的并聯安裝無法形成合理分配功率的體系，很容易產生其中一個發電機超負荷運行，另一個發電機的不操作的問題，針對這個問題，我們有針對性的研究出一套電源控制方案。研究一種基于脈寬調制的發電機控制方法，使發電機輸出電壓快速平穩達到需求值，并且穩定在需求值抑制自身波動，達到智能電源對發電機的要求。并且將這種脈寬調制的發電機控制方法應用于發電機并聯的控制中，結合功率均衡，進行并聯發電機組的控制。

3.2 電壓穩定性的動態調控

針對發電機輸出電壓可控和對發電機輸出電壓波動抑制的要求，將發電機電壓調節器改進為利用單片機及相關電路的發電機電壓調節器，并且利用脈寬調制的方法來調節發電機勵磁電流通斷，從而達到發電機電壓的可控和波動的抑制。當發電機的電壓差變大時，即輸出實際電壓在遠離參考電壓時，若占空比增量絕對值較大，采用小免疫調節參數，避免過分調節造成波動；若占空比增量在零附近波動時，采用中等免疫調節參數，加大調節力度。

當發電機的電壓差變小時，即輸出實際電壓在接近參考電壓時，若占空比增量絕對值較大，采用中等免疫參數，保持調節情況；若占空比增量在零附波動時，采用大免疫調節參數，避免調節過慢。當發電機的電壓差在零附近波動時，即輸出實際電壓已經處于參考電壓時，若占空比增量絕對值較大，采用中等免疫參數，保持調節情況；若占空比增量在零附近波動時，采用小免疫調節參數，避免出現錯誤調節。

參考文獻

[1]沙毅寧，楊殿閣，孔偉偉等.汽車電源系統電壓波動抑制脈寬調制法[J].汽車電器，2014（10）.

[2]鄧豹.一種動態電源供電系統的設計實現方法[J].航空計算技術，2014（04）.

作者單位

長城汽車股份有限公司技術中心 河北省保定市 071000