汽車電源管理系統簡介

寧波市鄞州職業高級中學 孫航雨

寧波市交通技工學校 楊迪青

汽車電源管理系統用于監測和控制充電系統的狀態，當系統有故障時發出診斷信息，提醒駕駛人注意蓄電池和發電機可能存在故障。電源管理系統主要利用已有的車載控制單元功能，使發電機效率最大化，管理負載，協調汽車用電設備的正常工作，使充電系統對燃油經濟性的影響降到最小程度，改善蓄電池充電狀態、延長蓄電池壽命。

1 汽車電源管理系統的功能

汽車電源管理系統主要有蓄電池診斷、休眠電源管理和動態電源管理3大功能。

（1）蓄電池診斷功能用于持續測定蓄電池的狀態。通過電流傳感器監測蓄電池的電壓、電流和溫度，由此來判斷蓄電池當前的充電狀態和性能。

（2）休眠電源管理功能是為了在汽車停放期間降低電流的消耗。在點火開關關閉的情況下，控制對各種用電設備的電流供給。此時要參考蓄電池診斷給出的數據，根據蓄電池的充電狀態，逐漸關閉某些用電設備，以免蓄電池過度放電，從而保持汽車的起動性能。

（3）動態電源管理功能負責在汽車行駛期間將發電機產生的電量按需分配給不同的用電設備。當發電機產生的電量超過用電設備消耗的電量時，便會進行調節處理，向蓄電池充電，使其達到最佳充電狀態。動態電源管理有充電模式、起動模式等工作模式。

1）充電模式。當滿足以下任一條件時，電源管理模塊將進入充電模式，將發電機目標輸出電壓設置為13.9 V～15.5 V：刮水器開啟并持續超過3 s、大功率燈光開啟；冷卻風扇、后窗除霧器和空調鼓風機工作；蓄電池溫度低于0°C；蓄電池充電狀態低于80%；電流傳感器出現故障；系統電壓低于12.56 V。

2）起動模式。起動發動機時，電源管理模塊設置發電機的目標輸出電壓為14.5 V并持續30 s。

2 汽車電源管理系統的組成

汽車電源管理系統主要由蓄電池、發電機、電流傳感器、電源管理模塊及組合儀表等部件組成。

2.1 電源管理模塊

電源管理模塊主要執行監測蓄電池電壓并判定蓄電池的狀態、通過提高怠速轉速和調節電壓進行校正、進行診斷并提醒駕駛人等功能。

當點火開關置于斷開位置時，蓄電池停止工作數小時后，通過測量其斷路電壓來判斷蓄電池的充電狀態。充電狀態可作為一種診斷手段，以確定蓄電池的狀態。

點火開關置于接通位置期間，電源管理模塊根據調整的蓄電池容量、初始充電狀態和溫度，持續估算充電狀態。發動機運行時，蓄電池放電程度主要由電流傳感器確定。

此外，電源管理模塊用于執行調節電壓控制，以改善蓄電池充電狀態、蓄電池壽命和燃油經濟性。這是通過對蓄電池充電狀態和溫度的確定，將充電電壓設置為不損害蓄電池壽命的最佳充電電壓來完成的。

圖1 蓄電池標簽

2.2 蓄電池

作為主要電源，蓄電池有發動機起動電源、穩壓器、在發電機過載時作為替代電源等3項功能。通常，在蓄電池標簽（圖1）上會注明額定冷起動電流（CCA）和額定容量2個重要參數。額定冷起動電流是蓄電池在低溫下起動發動機的能力指標，是指在低溫（一般為-18 ℃）條件下，12 V蓄電池電壓降至7.2 V前連續30 s釋放出的電流量。額定容量是指均勻放電20 h，可使用的電流安培數。例如55 A·h是指該蓄電池可以提供2.75 A電流連續放電20 h，直到電壓下降至10.5 V（10.5 V是完全放電水平，此時需對蓄電池充電）。

2.3 發電機

發電機由發動機傳動帶驅動。當發電機轉子旋轉時，定子線圈產生交流電（AC），通過一系列二極管整流轉換成供車輛電氣系統使用的直流電（DC），以維持電氣負載用電，并為蓄電池充電。電壓調節器與發電機控制裝置集成為一體，控制轉子的電流量，以此來控制發電機的輸出電壓。如果發電機磁場控制電路出現故障，發電機默認輸出電壓為13.8 V。

發動機起動后，電壓調節器通過控制脈沖寬度來改變勵磁電流，調節發電機輸出電壓，使蓄電池正常充電，電氣系統正常運行。電源管理模塊使用脈寬調制信號輸入來確定發電機負載，向電壓調節器提供一個占空比調節的電壓，控制電壓調節器接通和斷開磁場電路。

2.4 電流傳感器

電流傳感器與蓄電池負極電纜連接，用于監測蓄電池電流，并將信號輸入到電源管理模塊中，由此計算蓄電池的充電狀態、功能狀況及壽命。

2.5 組合儀表

當充電系統出現故障時，如發電機輸出電壓低于11 V或高于16 V，組合儀表會提醒駕駛人。通常有2種提醒方式，即點亮充電指示燈和顯示文字提示信息。

3 故障案例

故障現象一輛2015款別克君威車，累計行駛里程約為8萬km，偶爾出現發動機怠速過高、車窗不能升降、后窗除霧不能開啟、空調鼓風機只能低速旋轉、儀表盤顯示“電瓶電量低，請起動發動機”等故障現象。

故障診斷測量蓄電池電壓，為12.8 V，且發動機能夠正常起動，可以排除蓄電池故障的可能。將發動機轉速提高到2 000 r/min時測量蓄電池電壓，為14.6 V，可以排除發電機故障的可能。使用故障檢測儀讀取電源管理系統數據流，發現當蓄電池電壓顯示為9.9 V（圖2）時，故障再現，當蓄電池電壓顯示為14.5 V（圖3）時，故障消失。蓄電池電壓由電流傳感器測量，由此推斷電流傳感器信號失準。

故障排除更換電流傳感器后試車，故障現象未再出現，故障排除。

圖2 故障時的電源管理系統數據流 （截屏）

圖3 正常時的電源管理系統數據流（截屏）

故障總結汽車電源管理系統通過電流傳感器檢測蓄電池電壓，當電壓不足時，組合儀表提示駕駛人，并調節發電機的占空比，使其達到最大發電量；若電壓依舊不足時，電源管理模塊調整怠速轉速以補償高電氣負載，甚至會減少電器負荷。怠速提高與減負荷是根據蓄電池電壓計算值逐級激活的，具體的控制策略見表1所列。

表1 怠速提高與減負荷的控制策略