智能發電控制系統及其應用

涂紫鵬，劉宇，張紅，肖綱坤，楊自強

(江西五十鈴汽車有限公司，江西南昌 330000)

0 引言

環境污染的加劇，法規對于傳統車輛油耗的要求越來越高。出于油耗的壓力，許多車企已經開始使用蓄電池傳感器及智能發電機去減少車輛的油耗。為了滿足法規和客戶駕駛性能要求，五十鈴從客戶體驗的角度出發結合電裝公司(DENSO)蓄電池發電控制系統開發出了專用的智能發電系統IBS(Intelligent battery sensor+ACG)[1]。本文作者將對該系統的硬件結構、控制策略、功能、實車工況應用進行介紹和闡述。

1 智能發電控制系統的結構

該智能充電控制系統包含智能發電機(圖1)和智能蓄電池傳感(圖2)。

圖1 智能發電機 圖2 智能電池傳感器

其中智能蓄電池傳感器的電路原理如圖3所示，通過LIN總線與智能發電機連接，通過CAN總線與整車總線連接。與其他通信交互的模塊為：ECM(發動機控制單元)、BCM(車身控制單元)、CLUSTER METER(組合儀表)。其簡易布置結構如圖3所示。

圖3 簡易布置結構

2 智能發電控制系統的工作原理

傳統車輛的發電機的發電量僅取決于用電器的負載，進行恒定電壓對蓄電池進行充電。無法根據車輛的實際使用狀態智能控制發電機發電。存在無法節省油耗及過度對蓄電池充電等缺點。DENSO智能發電控制系統是通過CAN總線與ECM、CLUSTER METER、BCM進行通信[2-3]。智能傳感器可以實時收集發動機的轉速、油門踏板的開度、制動信號、整車用電負載情況。IBS根據這些數據參數，通過LIN線向ACG發送發電指令。同時IBS會讀取蓄電池狀態，如果蓄電池存在異常，會通過CAN線向組合儀表發出亮燈請求。工作原理框圖如圖4所示。

圖4 工作原理框圖

3 智能發電控制系統的邏輯概要

3.1 工況策略

帶IBS的ACG與老式ACG相比。老式ACG為了保證給電池充電在任何條件下都是固定電壓，如圖5(a)所示;帶IBS的新式ACG充電方式會根據駕駛條件進行電源管理。根據充電等級不同，充電的方法也不一樣。該策略可以滿足動力和蓄電池充電需求[4]。

工況模式如下：

(1)加速、上坡:客戶需要發動機扭矩時，IBS檢測到油門開度加大。這時發動機高負荷時燃油消耗增加。通過IBS控制發電機來減少發電電壓(蓄電池是放電狀態)，從而減少發動機附件負載來提供扭矩需求，如圖5虛框(1)所示。

(2)勻速行駛:這時動力需求一般，IBS通過控制發電機對蓄電池進行一般模式充電，如圖5框(1)和框(2)之前的勻速工況。

(3)制動、下坡：客戶在這種工況下不需要發動機扭矩，通過能量回收再生，IBS通過控制發電機對蓄電池進行高功率充電，如圖5虛框(2)所示。

圖5 工況策略圖

3.2 電池保護SOC策略

電池保護SOC策略如圖6所示。

圖6 電池保護SOC策略

(1)當蓄電池SOC電量超過95%，在減速模式下，會停止高功率模式充電，而是采用一般模式充電，以防蓄電池過充，如圖6圈1所示。

(2)當蓄電池SOC電量低于88.2%,在加速模式下，會恢復一般模式充電，保護蓄電池，防止SOC過低，如圖6圈2所示。

(3)當蓄電池SOC為88.2%～95%時，IBS將按工況情況控制發電機發電。

4 蓄電池狀態管理

此系統把握蓄電池荷電狀態(State of Charge，SOC)、內部阻力、蓄電池的溫度模型(Battery Temperature Model)，監控電池功能狀態(State of Function，SOF)，估算電池健康狀態(State of Health，SOH)，警告蓄電池充電不足及壽命到期提示。實施下述概念的狀態感應。

4.1 充電狀態的管理

根據蓄電池溫度、SOC等推算蓄電池充電不足，如圖7所示。

圖7 充電狀態的管理

4.2 劣化狀態的管理

實車監控計算啟動—行駛—停止—啟動蓄電池電壓、電流以及蓄電池溫度等引起的蓄電池內部阻力，來推測蓄電池壽命來實現預警功能，如圖8所示。

圖8 劣化狀態的管理

4.3 異常報警

IBS檢測到蓄電池存在異常狀態，會通過CAN向組合儀表實現報警功能。

5 結束語

文中對電裝公司智能發電控制系統結構、工作原理及應用實現方法上進行了概述。該智能發電控制系統與傳統的蓄電池傳感器具有以下優點：可以根據車輛用電負載及車輛工況情況，實現智能控制發電；可以通過電池保護措施控制智能發電；當蓄電池存在異常時，可通過CAN總線實現報警功能；可實現節能減排，減少碳排量及節省油耗0.5%。