智能发电控制系统及其应用

涂紫鹏，刘宇，张红，肖纲坤，杨自强

(江西五十铃汽车有限公司，江西南昌 330000)

0 引言

环境污染的加剧，法规对于传统车辆油耗的要求越来越高。出于油耗的压力，许多车企已经开始使用蓄电池传感器及智能发电机去减少车辆的油耗。为了满足法规和客户驾驶性能要求，五十铃从客户体验的角度出发结合电装公司(DENSO)蓄电池发电控制系统开发出了专用的智能发电系统IBS(Intelligent battery sensor+ACG)[1]。本文作者将对该系统的硬件结构、控制策略、功能、实车工况应用进行介绍和阐述。

1 智能发电控制系统的结构

该智能充电控制系统包含智能发电机(图1)和智能蓄电池传感(图2)。

图1 智能发电机 图2 智能电池传感器

其中智能蓄电池传感器的电路原理如图3所示，通过LIN总线与智能发电机连接，通过CAN总线与整车总线连接。与其他通信交互的模块为：ECM(发动机控制单元)、BCM(车身控制单元)、CLUSTER METER(组合仪表)。其简易布置结构如图3所示。

图3 简易布置结构

2 智能发电控制系统的工作原理

传统车辆的发电机的发电量仅取决于用电器的负载，进行恒定电压对蓄电池进行充电。无法根据车辆的实际使用状态智能控制发电机发电。存在无法节省油耗及过度对蓄电池充电等缺点。DENSO智能发电控制系统是通过CAN总线与ECM、CLUSTER METER、BCM进行通信[2-3]。智能传感器可以实时收集发动机的转速、油门踏板的开度、制动信号、整车用电负载情况。IBS根据这些数据参数，通过LIN线向ACG发送发电指令。同时IBS会读取蓄电池状态，如果蓄电池存在异常，会通过CAN线向组合仪表发出亮灯请求。工作原理框图如图4所示。

图4 工作原理框图

3 智能发电控制系统的逻辑概要

3.1 工况策略

带IBS的ACG与老式ACG相比。老式ACG为了保证给电池充电在任何条件下都是固定电压，如图5(a)所示;带IBS的新式ACG充电方式会根据驾驶条件进行电源管理。根据充电等级不同，充电的方法也不一样。该策略可以满足动力和蓄电池充电需求[4]。

工况模式如下：

(1)加速、上坡:客户需要发动机扭矩时，IBS检测到油门开度加大。这时发动机高负荷时燃油消耗增加。通过IBS控制发电机来减少发电电压(蓄电池是放电状态)，从而减少发动机附件负载来提供扭矩需求，如图5虚框(1)所示。

(2)匀速行驶:这时动力需求一般，IBS通过控制发电机对蓄电池进行一般模式充电，如图5框(1)和框(2)之前的匀速工况。

(3)制动、下坡：客户在这种工况下不需要发动机扭矩，通过能量回收再生，IBS通过控制发电机对蓄电池进行高功率充电，如图5虚框(2)所示。

图5 工况策略图

3.2 电池保护SOC策略

电池保护SOC策略如图6所示。

图6 电池保护SOC策略

(1)当蓄电池SOC电量超过95%，在减速模式下，会停止高功率模式充电，而是采用一般模式充电，以防蓄电池过充，如图6圈1所示。

(2)当蓄电池SOC电量低于88.2%,在加速模式下，会恢复一般模式充电，保护蓄电池，防止SOC过低，如图6圈2所示。

(3)当蓄电池SOC为88.2%～95%时，IBS将按工况情况控制发电机发电。

4 蓄电池状态管理

此系统把握蓄电池荷电状态(State of Charge，SOC)、内部阻力、蓄电池的温度模型(Battery Temperature Model)，监控电池功能状态(State of Function，SOF)，估算电池健康状态(State of Health，SOH)，警告蓄电池充电不足及寿命到期提示。实施下述概念的状态感应。

4.1 充电状态的管理

根据蓄电池温度、SOC等推算蓄电池充电不足，如图7所示。

图7 充电状态的管理

4.2 劣化状态的管理

实车监控计算启动—行驶—停止—启动蓄电池电压、电流以及蓄电池温度等引起的蓄电池内部阻力，来推测蓄电池寿命来实现预警功能，如图8所示。

图8 劣化状态的管理

4.3 异常报警

IBS检测到蓄电池存在异常状态，会通过CAN向组合仪表实现报警功能。

5 结束语

文中对电装公司智能发电控制系统结构、工作原理及应用实现方法上进行了概述。该智能发电控制系统与传统的蓄电池传感器具有以下优点：可以根据车辆用电负载及车辆工况情况，实现智能控制发电；可以通过电池保护措施控制智能发电；当蓄电池存在异常时，可通过CAN总线实现报警功能；可实现节能减排，减少碳排量及节省油耗0.5%。