CN103259319A - 汽车发电智能存储控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种汽车发电智能存储控制装置及方法，属于电气工程技术领域，该装置包括发电机励磁控制电路、滤波电路、启动与检测模块、车载电机、汽车蓄电池和升压电路，还包括控制器和全桥可控整流电路，本发明采用PIC控制器对汽车蓄电池充放电过程进行自动管理，有效控制蓄电池的充电饱和度和放电盈余度，延长蓄电池使用寿命；较之于分立元件式调压器，更好地防止蓄电池失电，提高车载电力系统安全性和可靠性；采用一种全桥可控整流电路代替原有的二极管不可控整流电路，增强电机对蓄电池充电环节稳定性和可操控性；本发明加入了一个滤波电路，提高电机输出电流质量；较之于分立元件式的调压器，本发明进行的是闭环控制，增强电机工作稳定性。

Description

汽车发电智能存储控制装置及方法

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种汽车发电智能存储控制装置及方法。

背景技术

随着汽车用电器的功率不断提高，汽车发电智能存储控制装置成为保障汽车用电的关键点。现代汽车的发展形成了以计算机为顶端，半导体元器件为基础，光电测试为手段，集成电路为原料的新格局。近几年以来电子点火，电子显示，电子钟，电子音响，空调，车载GPS等电子产品在我国汽车上得到了很大的发展和应用。这种发展态势对汽车发电系统提出了更高的要求。具体地说，用电系统不仅需要更大的供电能力，而且要求有更高的供电可靠性和供电质量。作为一个能满足这些要求的发电系统，除了高性能的发电机及可靠的整流装置外，还必需配备有高品质的发电存储控制装置。汽车发电存储控制装置的工作环境十分恶劣，工作温度高达100℃以上，散热空间很小。相应地，对作为其关键部件之一的发电存储控制装置的要求也很高。除要求发电存储控制装置节器具有优良的电压调节性能外，还有许多特殊的要求。如强的耐震性，宽的工作温度范围，耐化学腐蚀以及能承受超负荷状态下的高压、大电流冲击等。

现行的汽车调压器大多数是分立元件式的，对于不含CPU的分立元件控制系统而言，由于分立元件只能由事先设计好的逻辑关系进行工作，其工作方式不具备突发情况的应对能力，也不能在汽车负载显著增加的情况下改变原始控制设定。其电池的管理系统无法在一个较低转速（如1200rpm）给蓄电池进行充电，其储能控制系统可工作的最低转速固定，蓄电池控制能力低下，蓄电池容易失电。分立元件的调压控制器在调整过程中,自身耗能较大,容易烧损,进而造成由电瓶直接供电的局面,以及发动机断续停车的故障,对汽车性能及安全性产生较大影响。另外,发电机输出的电压和汽车电瓶输出电压是并联方式连接的,这会造成电瓶电压低时,产生非理想的较大充电电流,影响发电系统的工作效率以及元器件的使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种汽车发电智能存储控制装置及方法，以达到满足现代汽车用电需求，提高车载电力系统安全性和可靠性，降低成本的目的。

一种汽车发电智能存储控制装置，该装置包括发电机励磁控制电路、滤波电路、启动与检测模块、车载电机、汽车蓄电池和升压电路，还包括控制器和全桥可控整流电路，其中，

控制器：是用于采集车载电机的输出信号，根据上述信号选择装置的工作模式，即工作状态和休眠状态；输出脉冲信号控制全桥可控整流电路中晶闸管的通断状态，实现控制汽车蓄电池的充放电过程并检测汽车蓄电池发出的电量信号；同时调节励磁电流大小的装置；

全桥可控整流电路：是用于接收控制器发送的信号对功率开关的通断进行控制，将车载电机发出的交流电信号转换为直流电信号，实现对汽车蓄电池进行充放电的装置。

所述的控制器的6路输出端连接全桥可控整流电路的6路输入端；控制器的另1路输入端连接车载电机的1路输出端；控制器的又1路输出端连接发电机励磁控制电路的1路输入端；控制器的又2路输入端连接升压电路的2路输出端；控制器的再1路输入端连接启动与检测模块的1路输出端。

采用汽车发电智能存储控制装置进行控制的方法，包括以下步骤：

步骤1、启动汽车，初始化控制器，包括设置AD转换、时钟、模拟端口、数字端口、时钟、使能全局中断和外设中断，控制器进入工作状态；

步骤2、控制器判断是否采集到车载电机停转信号，若是，则执行步骤6；否则，执行步骤3；

步骤3、控制器判断车载电机转速是否在800rpm～5500rpm范围内，若是，则执行步骤4；否则，返回执行步骤3；

步骤4、控制器判断汽车蓄电池的电量信号是否达到设定值，所述的设定值根据汽车类型而设定，若是，则执行步骤6；否则，执行步骤5；

步骤5、采用控制器输出脉冲信号控制全桥可控整流电路的晶闸管的通断状态，将交流电信号转换为直流电信号，实现对汽车蓄电池进行充电；同时控制励磁电流的大小，并返回执行步骤4；

步骤6、控制器进入休眠模式，并返回执行步骤2。

步骤4中所述的设定值，当为小轿车时，设定值为12～14V；当为公交车或卡车时，设定值为24～28V；当为电子设备多的轿车时，设定值为36～42V。

本发明的优点：

本发明采用PIC作为控制器，对汽车蓄电池的充放电过程进行自动管理，可以有效地控制蓄电池的充电饱和度和放电盈余度，延长蓄电池的使用寿命；同时本发明采用PIC控制器进行管理，较之于分立元件式的调压器，可以更好地防止蓄电池失电，提高车载电力系统安全性和可靠性；本发明采用一种全桥可控整流电路代替原有的二极管不可控整流电路，增强了车载电机对蓄电池充电环节的稳定性和可操控性，使蓄电池的充电电流更清洁稳定，延长了蓄电池的使用寿命；本发明在全桥可控整流电路的输出端加入了一个滤波电路，进一步提高了车载电机输出电流的质量；本发明的励磁控制电路电流由PIC控制器进行管理，较之于分立元件式的调压器，进行的是闭环控制，增强了汽车电机工作的稳定性。

附图说明

图1是本发明一种实施例汽车发电智能存储控制装置的结构图；

其中，1-控制器、2-全桥可控整流电路、3-电机励磁控制电路、4-滤波电路、5-启动与检测模块、6-车载电机、7-汽车蓄电池、8-升压电路；

图2是本发明一种实施例汽车发电智能存储控制装置电路原理图；

图3是本发明一种实施例全桥可控整流电路及滤波电路原理图；

图4为本发明一种实施例汽车发电智能存储控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步描述。

如图1所示，一种汽车发电智能存储控制装置，该装置包括发电机励磁控制电路3、滤波电路4、启动与检测模块5、车载电机6，汽车蓄电池7和升压电路8，还包括控制器1和全桥可控整流电路2，其中，控制器1是用于采集车载电机6的输出信号，根据上述信号选择装置的工作模式，即工作状态和休眠状态；输出脉冲信号控制全桥可控整流电路2中晶闸管的通断状态，实现控制汽车蓄电池7的充放电过程并检测汽车蓄电池7发出的电量信号；同时调节励磁电流大小的装置；全桥可控整流电路2是用于将车载电机6发出的交流电信号转换为直流电信号，实现对汽车蓄电池7进行充放电的装置。

所述的控制器1的6路输出端连接全桥可控整流电路2的6路输入端；控制器1的另1路输入端连接车载电机6的1路输出端；控制器1的又1路输出端连接发电机励磁控制电路3的1路输入端；控制器1的又2路输入端连接升压电路8的2路输出端；控制器1的再1路输入端连接启动与检测模块5的1路输出端。本发明实施例中，如图1所示，控制器1包括PIC16F610芯片和5V供电电源模块，PIC16F610芯片是汽车发电智能存储控制装置的核心，控制整个系统的安全可靠稳定运行，电源模块采用MCP1790稳压芯片，PIC16F610控制器1芯片端口1、3、5、4、6、2分别连接全桥可控整流电路2中的晶闸管VT1、VT3、VT5、VT4、VT6、VT2门极；控制器1芯片端口VCC连接升压电路8中的升压芯片BOOST，端口S连接车载电机6中的车载发电机转速信号采集端；芯片端口GND连接地线；芯片端口FIELD连接发电机励磁控制电路3中的励磁控制端；芯片端口A通过升压电路的2连接汽车蓄电池7中的蓄电池阳极充电信号控制端；芯片端口I连接启动与检测模块5中的点火及信号指示电路。

如图1所示，控制器1的端口1、3、5、4、6、2分别对应图2中PIC16F610芯片的引脚9、7、5、6、10、8；图1中控制器1的端口VCC对应图2中PIC16F610芯片引脚1即VDD；控制器1的端口S对应图2中端口P，该端口由PIC16F610芯片引脚11控制；控制器1的端口GND对应图2芯片引脚14即VSS；控制器1的端口FIELD对应图2中F和L端口，其中端口F由PIC16F610芯片引脚4控制，端口L由PIC16F610芯片引脚2、3共同控制；控制器1的端口A对应图2中端口B+，该端口由PIC16F610芯片引脚13控制；控制器1的端口I对应图2中端口IG，该端口由PIC16F610芯片引脚12控制。

如图3所示，全桥可控整流电路2由晶闸管VT1、VT4、VT3、VT6、VT5和VT2组成，其中，VT1、VT3、VT5的阴极连接在一起，VT4、VT6、VT2的阳极连接在一起，VT4的阴极与VT1的阳极连接，VT6的阴极与VT3的阳极连接，VT2的阴极与VT5的阳极连接，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5和VT6的门极依次与PIC16F610芯片的1、2、3、4、5、6端连接，车载电机的三相输出端子PA，PB，PC分别连接于全桥可控整流电路的晶闸管VT1与VT4之间，VT3与VT6之间，VT5与VT2之间，车载电机输出的三相交流电经过全桥可控整流电路2将转化为直流电。VT1，VT3，VT5的共阴极与三极管Q3的发射极相连，三极管Q3、电容C1，电容C2，电阻R1组成滤波电路，三极管Q3的集电极接于图2中B+端，输出稳定的直流电供系统使用。

图1中发电机励磁控制电路3由励磁绕组组成，其励磁绕组两端分别接于控制器与汽车蓄电池正极，励磁控制电路的作用是通过调节励磁电流调节车载电机的转速。

图1中滤波电路4用于对全桥可控整流电路2中输出的直流电进行滤波，滤波电路4的输入端接于全桥可控整流电路2中VT1，VT3，VT5的共阴极，4的输出端接于控制器的电源模块以及汽车蓄电池的正极。

图1中启动与检测模块5由启动开关、信号灯和电压检测器组成，启动与检测模块5的两端分别接于控制器与汽车蓄电池阳极。

图1车载电机6的三相输出端U，V，W分别连接于全桥可控整流电路的晶闸管VT1与VT4，VT3与VT6及VT5与VT2之间，车载电机的三相输出端用于输出三相交流电，作为汽车发电智能存储控制装置中所有芯片与电路以及蓄电池的能量来源。

图1中汽车蓄电池7用于为负载汽车用电器供电及储存电能。

图1中升压电路8主芯片为MCP1790，该芯片为PIC16F610芯片提供稳定的5V直流电工作电压。

如图2所示控制器1电路的核心部分U1为Microchip公司PIC16F610芯片，PIC16F610芯片具有14个引脚，其中，引脚1与引脚14分别接+5V电源与接地GND，PIC16F610芯片的1引脚连接U2稳压芯片MCP1790的Vout端，稳压芯片MCP1790的Vin端与GND端之间连接一个电容C1，Vout端与GND端之间连接一个电容C2，其中，电容C1与C2起到滤除输出电压信号毛刺的作用。稳压芯片MCP1790的Vin端通过限流电阻R16与三极管Q3的集电极相连，Q3的基极与电阻R14相连，发射极与汽车蓄电池正极B+相连，三极管Q3、电阻R14、电阻R15共同构成一个判断车钥匙是否发出点火信号的电路。当车钥匙发出点火信号时，三极管Q3工作在饱和状态，稳压芯片MCP1790的Vin端有输入，稳压芯片MCP1790工作。

PIC16F610的引脚2通过一个限流电阻R3与+5V电源相连，是一个快速复位电路，当PIC16F610的引脚2获得+5电压信号时，PIC16F610可以立即进入工作状态，无需等待。

PIC16F610芯片的引脚4通过一个限流电阻R1与MOSFET管Q1的栅极相连，PIC16F610芯片的引脚3通过一个限流电阻R2与三极管Q2的基极相连，MOSFET管Q1的漏极与三极管Q2的发射极相连共地，三极管Q2的集电极经过R4与充电指示灯L相连，MOSFET管Q1源极与二极管D1的正极及车载电机U、V、W中的任意一个励磁绕组F端相连，二极管D1是一个保护二极管，起到防止蓄电池过电压过充的作用。这部分电路整体构成一个为汽车蓄电池充电以及为汽车励磁绕组励磁的电路，MOSFET管Q1选用耗尽型以增加控制精度，MOSFET管Q1由PIC16F610芯片的引脚4控制其开闭状态来实现汽车蓄电池是否进行充电（一般为汽车蓄电池电压小于14V时进入充电状态），当MOSFET管Q1工作在饱和态时，充电指示灯L亮，汽车蓄电池充电。

PIC16F610芯片的引脚13通过一个由电容C4、电阻R12和电阻R13构成的滤波电路与汽车蓄电池的正极B+相连，芯片的引脚13负责对蓄电池当前的电压信号进行采集和检测。PIC16F610芯片的引脚12经过一个由电容C3、电阻R10和电阻R11组成的滤波电路与汽车车钥匙点火口P5相连，实现接收整个装置的启动信号，P5经过分压电阻R5、电阻R6与三极管Q4的基极相连，在汽车启动及正常行驶状态下给稳压MCP1790的Vin端供电。PIC16F610芯片的引脚11与二极管D2的阴极相连，二极管D2与电阻R7、电阻R8、电阻R9以及转速采集端口P4、P6共同组成一个转速采集控制电路，其功能相当于图1中的S端口。其中二极管D2的作用是滤除采样正弦波的负半波部分，PIC16F610芯片的引脚11在接收到转速信息后判断是能够给汽车蓄电池充电。

PIC16F610芯片的引脚5与全桥可控整流电路的晶闸管VT5的门极相连，PIC16F610芯片的引脚7与全桥可控整流电路的晶闸管VT3的门极相连，PIC16F610芯片的引脚9与全桥可控整流电路的晶闸管VT1的门极相连，PIC16F610芯片的引脚6与全桥可控整流电路的晶闸管VT4的门极相连，PIC16F610芯片的引脚8与全桥可控整流电路的晶闸管VT2的门极相连，PIC16F610芯片的引脚10与全桥可控整流电路的晶闸管VT6的门极相连，IC16F610芯片的5、6、7、8、9、10引脚对全桥可控整流电路进行控制。

采用汽车发电智能存储控制装置进行控制的方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤1、启动汽车，初始化控制器，包括设置AD转换时钟、模拟端口、数字端口、时钟、使能全局中断和外设中断，控制器进入工作状态；

启动说明：汽车点火装置点火，汽车点火装置由图1中的P5口经过分压电阻分压，给稳压芯片MCP1790的输入端Vin供电，稳压芯片MCP1790进入工作状态，稳压芯片MCP1790为处理器PIC16F610的VCC端提供+5V供电电压，处理器PIC16F610上电，初始化PIC16F610，AD转换时钟设置为4uS；芯片引脚13（B+端口）设置为模拟端口，其他为数字端口，芯片引脚11（F）设为输出，芯片引脚3为L输出，芯片引脚2为L输入，芯片引脚13（B+）为模拟输入,芯片引脚11（P5）作数字输入，其他设为输入；初始化时钟，INT上升沿触发，T0内部时钟；使能全局和外设中断，使能INT中断，使能TMR2中断。

步骤2、控制器判断是否采集到车载电机停转信号，若是，则执行步骤6；否则，执行步骤3；

采集车载电机停转信号方法：PIC16F610芯片进入中断，芯片引脚2接收蓄电池电压变化的输入信号，若PIC16F610的芯片引脚2引脚输入为下降沿，进入判断程序，则未采集到车载电机停转信号；若PIC16F610的芯片引脚2引脚输入为超过1S的稳定信号，则采集到车载电机停转信号。

步骤3、控制器判断车载电机转速是否在800rpm～5500rpm范围内，若是，则执行步骤4；否则，返回执行步骤3；

判断汽车电机转速是否在合理充电800rpm～5500rpm范围内的方法：

PIC16F610芯片的芯片引脚11判断上次P5端是否为低电平，若上次P5端为低电平，检测频率是否低于70Hz，并检查本次频率是否超过100Hz，则车载电机转速在800rpm～5500rpm范围内。

步骤4、控制器判断汽车蓄电池的电量信号是否低于设定值，所述的设定值根据汽车类型而设定，若是，则执行步骤5；否则，执行步骤6；

通用设定值：PIC16F610的芯片引脚13引脚电压是否低于14V（小轿车），28V（公交车，卡车），42V（高档轿车，电子设备多的车辆）。

步骤5、采用控制器输出脉冲信号控制全桥可控整流电路的晶闸管的通断状态，将交流电信号转换为直流电信号，实现对汽车蓄电池进行充电；同时控制励磁电流的大小，并返回执行步骤4；

充电状态描述：PIC16F610芯片的芯片引脚3引脚输出高电平，充电指示灯L亮，PIC16F610芯片的芯片引脚4输出控制电平，进行F脚励磁控制，蓄电池进入充电阶段。

步骤6、控制器进入休眠模式，并返回执行步骤2。

Claims (4)

1.一种汽车发电智能存储控制装置，该装置包括发电机励磁控制电路（3）、滤波电路（4）、启动与检测模块（5）、车载电机（6）、汽车蓄电池（7）和升压电路（8），其特征在于：还包括控制器（1）和全桥可控整流电路（2），其中，

控制器（1）：是用于采集车载电机（6）的输出信号，根据上述信号选择装置的工作模式，即工作状态和休眠状态；输出脉冲信号控制全桥可控整流电路（2）中晶闸管的通断状态，实现控制汽车蓄电池（7）的充放电过程并检测汽车蓄电池（7）发出的电量信号；同时调节励磁电流大小；

全桥可控整流电路（2）：是用于接收控制器（1）发送的信号对功率开关的通断进行控制，将车载电机（6）发出的交流电信号转换为直流电信号，实现对汽车蓄电池（7）进行充放电的装置。

2.根据权利要求1所述的汽车发电智能存储控制装置，其特征在于：所述的控制器（1）的6路输出端连接全桥可控整流电路（2）的6路输入端；控制器（1）的另1路输入端连接车载电机（6）的1路输出端；控制器的（1）又1路输出端连接发电机励磁控制电路（3）的1路输入端；控制器（1）的又2路输入端连接升压电路（8）的2路输出端；控制器（1）的再1路输入端连接启动与检测模块（5）的1路输出端。

3.采用权利要求1所述的汽车发电智能存储控制装置进行控制的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、启动汽车，初始化控制器，包括设置AD转换、时钟、模拟端口、数字端口、时钟、使能全局中断和外设中断，控制器进入工作状态；

步骤2、控制器判断是否采集到车载电机停转信号，若是，则执行步骤6；否则，执行步骤3；

步骤3、控制器判断车载电机转速是否在800rpm～5500rpm范围内，若是，则执行步骤4；否则，返回执行步骤3；

步骤4、控制器判断汽车蓄电池的电量信号是否达到设定值，所述的设定值根据汽车类型而设定，若是，则执行步骤6；否则，执行步骤5；

步骤5、采用控制器输出脉冲信号控制全桥可控整流电路的晶闸管的通断状态，将交流电信号转换为直流电信号，实现对汽车蓄电池进行充电；同时控制励磁电流的大小，并返回执行步骤4；

步骤6、控制器进入休眠模式，并返回执行步骤2。

4.根据权利要求3所述的采用汽车发电智能存储控制装置进行控制的方法，其特征在于：步骤4中所述的设定值，当为小轿车时，设定值为12～14V；当为公交车或卡车时，设定值为24～28V；当为电子设备多的轿车时，设定值为36～42V。

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