涂紫鵬，劉宇，張紅，肖綱坤，楊自強(qiáng)

(江西五十鈴汽車有限公司，江西南昌 330000)

0 引言

環(huán)境污染的加劇，法規(guī)對于傳統(tǒng)車輛油耗的要求越來越高。出于油耗的壓力，許多車企已經(jīng)開始使用蓄電池傳感器及智能發(fā)電機(jī)去減少車輛的油耗。為了滿足法規(guī)和客戶駕駛性能要求，五十鈴從客戶體驗(yàn)的角度出發(fā)結(jié)合電裝公司(DENSO)蓄電池發(fā)電控制系統(tǒng)開發(fā)出了專用的智能發(fā)電系統(tǒng)IBS(Intelligent battery sensor+ACG)[1]。本文作者將對該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、控制策略、功能、實(shí)車工況應(yīng)用進(jìn)行介紹和闡述。

1 智能發(fā)電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

該智能充電控制系統(tǒng)包含智能發(fā)電機(jī)(圖1)和智能蓄電池傳感(圖2)。

圖1 智能發(fā)電機(jī) 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(fā)電機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)控制單元)、BCM(車身控制單元)、CLUSTER METER(組合儀表)。其簡易布置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 簡易布置結(jié)構(gòu)

2 智能發(fā)電控制系統(tǒng)的工作原理

傳統(tǒng)車輛的發(fā)電機(jī)的發(fā)電量僅取決于用電器的負(fù)載，進(jìn)行恒定電壓對蓄電池進(jìn)行充電。無法根據(jù)車輛的實(shí)際使用狀態(tài)智能控制發(fā)電機(jī)發(fā)電。存在無法節(jié)省油耗及過度對蓄電池充電等缺點(diǎn)。DENSO智能發(fā)電控制系統(tǒng)是通過CAN總線與ECM、CLUSTER METER、BCM進(jìn)行通信[2-3]。智能傳感器可以實(shí)時(shí)收集發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、油門踏板的開度、制動(dòng)信號(hào)、整車用電負(fù)載情況。IBS根據(jù)這些數(shù)據(jù)參數(shù)，通過LIN線向ACG發(fā)送發(fā)電指令。同時(shí)IBS會(huì)讀取蓄電池狀態(tài)，如果蓄電池存在異常，會(huì)通過CAN線向組合儀表發(fā)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(fā)電控制系統(tǒng)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(huì)根據(jù)駕駛條件進(jìn)行電源管理。根據(jù)充電等級不同，充電的方法也不一樣。該策略可以滿足動(dòng)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(fā)動(dòng)機(jī)扭矩時(shí)，IBS檢測到油門開度加大。這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷時(shí)燃油消耗增加。通過IBS控制發(fā)電機(jī)來減少發(fā)電電壓(蓄電池是放電狀態(tài))，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)附件負(fù)載來提供扭矩需求，如圖5虛框(1)所示。

(2)勻速行駛:這時(shí)動(dòng)力需求一般，IBS通過控制發(fā)電機(jī)對蓄電池進(jìn)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(dòng)、下坡：客戶在這種工況下不需要發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，通過能量回收再生，IBS通過控制發(fā)電機(jī)對蓄電池進(jìn)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(hù)SOC策略

電池保護(hù)SOC策略如圖6所示。

圖6 電池保護(hù)SOC策略

(1)當(dāng)蓄電池SOC電量超過95%，在減速模式下，會(huì)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(dāng)蓄電池SOC電量低于88.2%,在加速模式下，會(huì)恢復(fù)一般模式充電，保護(hù)蓄電池，防止SOC過低，如圖6圈2所示。

(3)當(dāng)蓄電池SOC為88.2%～95%時(shí)，IBS將按工況情況控制發(fā)電機(jī)發(fā)電。

4 蓄電池狀態(tài)管理

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

4.1 充電狀態(tài)的管理

根據(jù)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(tài)的管理

4.2 劣化狀態(tài)的管理

實(shí)車監(jiān)控計(jì)算啟動(dòng)—行駛—停止—啟動(dòng)蓄電池電壓、電流以及蓄電池溫度等引起的蓄電池內(nèi)部阻力，來推測蓄電池壽命來實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能，如圖8所示。

圖8 劣化狀態(tài)的管理

4.3 異常報(bào)警

IBS檢測到蓄電池存在異常狀態(tài)，會(huì)通過CAN向組合儀表實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

5 結(jié)束語

文中對電裝公司智能發(fā)電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方法上進(jìn)行了概述。該智能發(fā)電控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的蓄電池傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以根據(jù)車輛用電負(fù)載及車輛工況情況，實(shí)現(xiàn)智能控制發(fā)電；可以通過電池保護(hù)措施控制智能發(fā)電；當(dāng)蓄電池存在異常時(shí)，可通過CAN總線實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能；可實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，減少碳排量及節(jié)省油耗0.5%。