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浅析新一代汽车充电系统的变化特点(下)
来源:汽车维修与保养  作者:佚名  2014-12-03 08:43:57

    (3)1C调节器在LRC功能的控制下,使发电机转速进入切入频率(切入频率由发电机制造商根据车载电负荷功率和发电机极对数而确定,在800~2500r/min之间,一般设定在1500r/min左右,如设定发电机转速为1550r/min、6对极发电机频率就是155HZ、8对极发电机频率就是206HZ)。此时,允许IC调节器控制励磁电流占空比从0增加到100%,有3~12.4s不等的逐步加载过程(这个时间由发电机制造商给定,通过IC调节器内部总线写入数字核心内),而当发电机超过切入频率2倍时(LRC禁用频率,2400~4000r/min,一般设定在3000 r/min左右),IC调节器立即退出LRC控制,此时随着电负荷增加,励磁电流占空比马上增加,没有延迟,发电机输出稳定的目标电压。如果发电机转速再次进入切入频率,IC调节器会重新回到LRC控制,如果发电机转速低于500 r/min,则进入预励磁状态。

    3.1C调节器辅助功能
(1)发电机负载反馈
    通过发电机励磁电流占空比的变化,发动机ECU能够诊断到发电机的负载状态,发电机负载反馈(DF功能)波形如图10所示。

    发电机负载反馈的作用是在重负载情况下,发动机ECU决定不让电负荷大的用电器打开,避免发电机过载,同时调节发动机工况(加大节气门开度,增加扭矩),去适应负载变化。
(2)故障检测反馈
    以下错误状态超过300ms时,IC调节器将故障信息传输给发动机ECU,点亮充电指示灯。
    ①过电压。如果是因为电负荷突然消失而造成车辆电源系统短暂过电压,指示灯不会点亮。如果高电压不是出现在最小励磁占空比控制情况下(最小励磁占空比控制是在负载突然消失,发电机很可能会输出一个高电压时这种情况下,励磁不会一下子关断,它会保持一个最小5%的占空比),如励磁电路短路,充电指示ff亮。另外,如果B+A电压超过1.07倍的最大目标电压,且励磁电压大于2V)即使是在最小占空比控制情况下,充电指示灯也点亮。
    ②低电压。太多的电负荷一起加载,发电机输出的电流不能立即满足需要,重负载出现在LRC功能控制模式下,发电机故障(整流桥出现问题)都可能会出现车辆电源系统低电压。但是,如果B+A电压低于0.8倍的最小目标电压,另外低电压不是出现在LRC功能控制状态下,充电指示灯点亮。
    ③缺相。发电机停止了运转(皮带断裂,带单向离合器皮带轮损坏等),励磁消失(碳刷断开),都会导致相信号输入丢失。在缺相情况下,IC调节器首先会增加励磁电流占空比到100%,但如果还是检测不到相信号,则IC调节器强迫进入预励磁状态,并且点亮充电指示灯。
   ④B+A与蓄电池断线。如果发电机开始运转,B+A连接蓄电池的导线断开,就没有励磁电流,充电指示灯点亮。如果B+A到蓄电池断线发生在发电机正常运转中,只有在下一次启动的时候,充电指示灯才会点亮。

    三、新型车用蓄电池充电控制策略
    1.蓄电池充电控制策略变化特点
    在传统的内燃机车辆供电系统中,长期存在着以下的问题。
    (1)缺乏对蓄电池电荷状态(state of charge、SOC)的监控功能。整车电源系统对蓄电池充电侧和放电侧无法进行实时控制,导致电能量产生与电负荷消耗不平衡,造成了蓄电池电量不足或者过充电。
    (2)缺乏对重要电负载的保护。对不同的电气系统来说,没有优先级区分,即便是重要负载在低电量时也会被关闭。
    (3)燃油经济性差。发电机与发动机同步运转,其输出电压为常值,即便发动机运行在低效率区,发电机也照常发电,致使燃油经济性变差。
    近几年来,新型车辆将蓄电池充电控制融入到了车载电气能量管理系统中,发动机ECU根据蓄电池的传感器检测蓄电池的电压、电流和温度信号,计算出蓄电池SOC值,通过LIN总线控制IC调节器的目标电压,维持电负载供电和蓄电池充电的稳定功能。蓄电池充电控制系统电路如图11所示。

    当蓄电池放电低于SOC阀值时,发动机ECU会控制IC调节器调整目标电压,提高发电机输出电压,加快蓄电池充电至规定的SOC值。另外,发动机ECU可以根据车辆行驶中发动机的负载设定IC调节器的目标电压范围。这也意味着,蓄电池SOC处在正常范围时,充电电压可以以提高车辆的燃油经济性为目的而不断动态调节。在加速过程中,降低充电电压,使发电机消耗的扭矩减小,让更多的发动机输出功率传递给驱动轮,保证车辆的加速性。在车辆减速过程当中,提高发电机的输出电压,使发电机消耗发动机扭矩,实现制动能量回收,提高燃油经济性。发动机ECU动态调节发电机充电电压如图12所示。

    2.蓄电池传感器的原理与作用
    蓄电池传感器由霍尔式电流传感器和负热敏电阻蓄电池温度传感器组成,安装在蓄电池负极端子附近的电缆上,如图13所示。

    霍尔式电流传感器的工作原理是,当蓄电池充放电电流通过负极电缆时,在电缆的周围产生磁场,磁场的强弱与电缆上流过的电流成正比。由软磁材料制成的聚磁环将被测电流产生的磁场集中到霍尔元件上以提高测量灵敏度。根据霍尔效应原理,通过测量传感器上的霍尔电压,就可以获得被测的蓄电池充放电电流(如图14所示),用于发动机ECU计算蓄电池的SOC值,控制发电机输出的目标电压。

    同时,发动机ECU根据负热敏电阻蓄电池温度传感器检测到的蓄电池温度,可以及时调节蓄电池的充电电流,防止蓄电池过充电而提前老化。蓄电池温度与检测电阻值如图15所示。

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