CN107078359B - 利用自适应变量补偿交流发电机调节以控制远程电池电压的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在缺乏外部远程感测能力并且利用串行通信的充电系统中补偿交流发电机到电池的电压降的方法。控制器利用自适应变量来确定补偿电池线缆电压损耗的交流发电机输出电压设置点，以及调整设置点以实现交流发电机负载的整个范围的基本恒定的电池电压。

Description

利用自适应变量补偿交流发电机调节以控制远程电池电压的 方法
技术领域
本公开一般而言涉及用于生成和分配电功率的系统和方法，并且更具体地涉及在远程电气负载处的电压经由串行通信网络被传送到发电机的系统和方法。
背景技术
通常，发电机是众所周知的类型的旋转电机，其具有围绕转子的定子，其中转子由原动机(例如，引擎)通过带或轴驱动以在定子的导电绕组中电磁感应出电流，由此将机械功率转换成电功率。定子包括以三角形或Y形配置耦接的相线圈。发电机可以是产生直流电的DC类型或产生交流电的AC类型，后一种类型也称为交流发电机。
在被用于向为电气系统供电的电池(或多个电池)充电的情况下，交流发电机的输出是经整流的DC电压。定子电耦接到整流器，整流器将交流发电机输出输送到交流发电机的B+端子。交流发电机B+端子处的电压是交流发电机的受控电压设置点或内部控制点电压，并且在本文中也被称为VCONTROL。B+端子经由线缆电连接到电池，电池是交流发电机负载的主要部件。B+端子处的交流发电机内部控制点电压(即VCONTROL)与实际电池电压VBAT之间的电压降可以随着电池线缆电阻而改变，并且因此随着交流发电机输出电流而改变。
并联交流发电机系统(其中多个交流发电机彼此并联电连接)可以适于在移动装置中使用，并且可以是用于向为各种类型的车辆(诸如长途运输的牵引车或大型公共汽车)提供电力的电池充电的主要电源。并联交流发电机系统(特别是在车辆中使用的那些系统)通常采用单个引擎来驱动多个交流发电机。例如，长途运输的牵引车或大型公共汽车的单个引擎驱动多个并联连接的交流发电机中的每一个，其中交流发电机安装到引擎并由引擎曲轴通过一个或多个带驱动。多个交流发电机可以彼此相同，并且可以以共同的速度被驱动，该速度是引擎曲轴速度的比率。在并联交流发电机系统中，整个负载由在系统中运行的所有并联连接的交流发电机单元共享，并且通常在这些交流发电机单元之间进行负载共享以确保它们都向系统负载贡献相同的功率，或者使得它们都共享相同的电压设置点。在并联系统中运行的各个交流发电机单元通常具有较小的容量，并且可以具有相对于彼此相同的或可变的输出。
不管电池充电系统使用一个交流发电机单元还是多个并联连接的交流发电机单元，向系统提供电力的每个交流发电机单元的定子绕组的输出通常由系统中所有交流发电机单元共用的单个电压调节器或者那个相应的交流发电机单元专用的电压调节器控制。相对于每个交流发电机单元，交流发电机调节器(无论是对于系统中的所有交流发电机单元共用，还是专用于那个交流发电机单元)被配置为控制到由交流发电机单元的转子承载的场线圈的励磁电流。调节器包括场驱动器电路，其被配置为以开关频率将电励磁电流信号输送到转子场线圈。虽然一些交流发电机利用以变化的频率向其转子场线圈提供电流脉冲的可变频率场驱动器，但是车辆交流发电机传统上使用固定频率场驱动器。在这些交流发电机中，场驱动器电路以固定频率向转子场线圈提供电流脉冲。转子场线圈从调节器接收指示预定占空比的信号。交流发电机转子的移动磁场的强度由一个或多个电压调节器控制，该移动磁场在周围定子的定子绕组中感应交流电流。交流的定子输出电流被整流以生成DC交流发电机输出电压，它是交流发电机电压设置点VCONTROL。
一般而言，当由调节器向转子场线圈提供较多的励磁电流时，交流发电机在其B+端子处的输出电压设置点增大，并且当向转子场线圈提供较少的励磁电流时，交流发电机的输出电压设置点减小。交流发电机在B+端子处的DC电压设置点与转子场线圈励磁电流或转子场占空比直接相关，其响应于交流发电机上的电负载而被调节。相关的转子励磁电流或占空比以及交流发电机负载通常表示为0％和100％之间的百分比。因此，交流发电机生成输出电压VCONTROL，其幅值基于施加到转子场线圈的经调节的励磁电流信号的占空比。
通常，交流发电机具有其自己的专用数字微控制器(“交流发电机控制器”)，其控制交流发电机单元的运行并且可以包括调节器和整流器两者。交流发电机控制器可以是即插即用设备。在并联连接的交流发电机的系统中，系统的交流发电机的交流发电机控制器在由系统控制器控制的整个电池充电系统的运行中协作。而且，多个交流发电机控制器可以在它们之间协调，以控制系统或指定在一个交流发电机内部的系统控制器。可替代地，系统控制器可以是与交流发电机控制器通信但是远离交流发电机放置的外部电子控制单元(“ECU”)。
调节器的场驱动器电路由交流发电机控制器控制，并被配置为控制提供给转子场线圈的励磁电流。场驱动器电路可以包括被配置为控制输送到转子场线圈的电流的MOSFET晶体管。晶体管可以以开关频率在导通状态和关断状态之间切换。根据具体情况，充电系统的每个并联连接的交流发电机或唯一交流发电机的晶体管切换由相应的交流发电机控制器控制。
交流发电机控制器通过将控制信号输送到场驱动器电路晶体管的栅极来控制调节器到转子场线圈的电流输出。这些控制信号使晶体管导通和关断，使得调节器输出场电压作为脉冲信号被提供给转子场线圈，以调节励磁电流。场电压信号具有脉冲持续时间τ和脉冲重复的脉冲周期T。转子场占空比FROTOR按照τ/T计算。依赖于接收到的输入，交流发电机控制器可以调整其转子场占空比FROTOR，以试图通过增大或减小场电压信号的脉冲持续时间τ来控制交流发电机输出电压设置点。因此，可以在0％和100％之间的范围内的交流发电机的命令的占空比(即，其转子场占空比)直接对应于定子输出电压，
定子输出电压被整流以在交流发电机B+端子处提供交流发电机电压设置点(VCONTROL)作为DC电压。因此，转子场占空比FROTOR、转子励磁电流IROTOR和交流发电机电压设置点VCONTROL彼此直接对应。
交流发电机B+端子通过电池线缆连接到电池的正极端子用于给电池充电，其中电池是充电系统上的主要负载。在并联连接的交流发电机系统的情况下，并联连接的交流发电机的B+端子与电池之间的连接是通过中间电压母线，该中间电压母线基本上是每个交流发电机B+端子和电池之间的电池线缆的一部分。当电池充电系统有负载时，即，当来自交流发电机的电力被输送到电池时，电流从交流发电机B+端子通过电池线缆流动。因此，在电池线缆内发生电压损耗，这可能导致在电池处实现从交流发电机B+端子处的电压电平的电压降。电池线缆电压损耗一般在不发生电池线缆损耗的交流发电机的基本无负载状态(即，在0％交流发电机负载水平处)之上随着交流发电机负载线性增大。
一些现有的电池充电系统及其交流发电机具有外部远程感测能力，其利用在交流发电机外部并且连接到电池的小直径(gauge)感测线，系统通过该线读取电池处的实际电压VBAT,COMP。这个系统的远程感测交流发电机的调节器具有输入引脚，系统的外部感测线也连接到该输入引脚。交流发电机调节器作为模拟信号接收并且因此感测电池电压VBAT,COMP，用于调节交流发电机的输出电压设置点。对交流发电机的电压设置点的调节抵消或补偿在电池线缆中发生的电压损耗，并且确保电池电压VBAT,COMP在交流发电机负载的范围上维持在期望的电平处。
在具有外部远程感测能力的电池充电系统中，在交流发电机有负载时在交流发电机的B+端子处提供的输出电压设置点的附加的、补偿的部分强制电流以相对较快的速率进入电池，由此减少达到电池完全充电的充电时间。通常，对交流发电机电压设置点的经调节的调整是为了诸如将VBAT,COMP维持在与交流发电机在0％交流发电机负载处的输出电压设置点VSet0等同的恒定电平。
在涉及可比较的示例24伏充电系统的图1中，线20示出在0％和100％之间的交流发电机负载，具有外部远程感测能力的现有系统将电池处的电压VBAT,COMP维持在等于VSet0的基本恒定的电平，其中VSet0在本文所讨论的示例中为28.3伏。在所示示例中，充电系统的外部远程感测能力调整VCONTROL,COMP以抵消或补偿在交流发电机B+端子和电池之间的电池线缆中发生的电压降，以将电池电压VBAT,COMP维持在28.3伏的恒定电平，即等于交流发电机的规定VSet0电平的电压。
在具有外部远程感测能力的充电系统中使用的交流发电机的内部，交流发电机B+端子处的交流发电机输出电压设置点VCONTROL,COMP随着交流发电机负载线性增大，以补偿连接交流发电机B+端子和电池的电池线缆中线性增大的电压损耗，如图2的线22所示。VCONTROL,COMP沿着线22从在0％交流发电机负载处为28.3伏的VSet0线性地变化到100％交流发电机负载处的28.5伏。线性增大的交流发电机电压输出VCONTROL,COMP抵消或补偿线性增大的电池线缆电压损耗，该损耗从0％负载处的0伏变化到100％负载处的0.2伏，并且将电池电压VBAT,COMP维持在恒定的28.3伏电平，如图1的线20所指示的。因此，由交流发电机调节器经由外部远程感测线作为模拟电压信号连续感测的电池电压VBAT,COMP维持在与VSet0匹配的恒定的、期望的28.3伏电平。
换言之，在具有外部远程感测能力的现有的24伏电池充电系统示例中，在100％交流发电机负载处的VCONTROL,COMP是28.5伏(即，VSet0+0.2伏)。在小于100％的交流发电机负载处，交流发电机的内部控制点电压VCONTROL,COMP线性衰减到28.3伏，28.3伏是在0％交流发电机负载处的原始VSet0值。参考图2，沿着线22的电压控制点VCONTROL,COMP的变化线性缩放以抵消或补偿电池线缆电压损耗，有助于将电池处的电压VBAT,COMP在由图1的线20指示的28.3伏电平处保持基本恒定。因此，具有外部远程感测能力的示例性现有充电系统抵消或补偿在交流发电机负载或占空比的整个范围上的线性变化的电池线缆电压损耗。
相反地，一些其它现有的电池充电系统完全没有远程感测能力。与具有外部远程感测能力的电池相比，缺少外部远程感测能力的电池充电系统相对较便宜并且需要相对较少的布线复杂性，但是在这种系统中，电池线缆损耗不能被抵消和补偿。其结果是，电池电压VBAT,UNCOMP随着交流发电机负载的增大而线性减小。如本领域中众所周知的，在缺乏远程感测能力的现有充电系统中使用的交流发电机常常设有内部电压感测和控制能力，通过这种能力，交流发电机在B+端子处的输出电压设置点VCONTROL,UNCOMP可以在整个交流发电机负载范围内保持在规定的、恒定的电平处。例如，VCONTROL,UNCOMP可以在整个交流发电机负载范围内被恒定地维持在交流发电机的规定的VSet0电平处。
如上面所讨论的，电池线缆电压损耗随交流发电机负载增大而线性增大，并且在缺乏远程感测能力的充电系统的本示例中，随着交流发电机负载增大到100％，未补偿的电池电压VBAT,UNCOMP从0％交流发电机负载处的28.3伏(与交流发电机的规定的VSet0电平匹配)线性减小大约0.2伏。随着通过电池线缆吸取的电流增大，供给到电池的电压的线性下降由图1的线30指示，其示出了电池电压VBAT,UNCOMP随着交流发电机负载增大而从0％交流发电机负载处的28.3伏(即，VSet0电平)线性减小到100％交流发电机负载处的大约28.1伏。同时，参考图2的线32，在这个示例中，在0％和100％之间的整个交流发电机负载范围上，交流发电机B+端子处的交流发电机输出电压设置点VCONTROL，UNCOMP维持在其28.3伏的恒定VSet0电平处。
换言之，因为通过连接交流发电机B+端子和电池的电池线缆的电压降随着交流发电机输出电流而线性增大，所以在缺乏远程感测能力的电池充电系统中，其中交流发电机在B+端子处的输出电压设置点(VCONTROL,UNCOMP)在交流发电机的VSet0电平处维持恒定，并且实际电池电压VBAT,UNCOMP随交流发电机负载增大而线性下降。在本示例中，参考图1的线30，在0％交流发电机负载水平处，交流发电机的基本无负载状态下(在该状态下线缆电压损耗可忽略)，VBAT,UNCOMP是28.3伏，即交流发电机的规定的VSet0电平。但是，随着电池线缆电压损耗随着交流发电机负载线性增大，降低的电压电平被输送到电池。VBAT,UNCOMP在100％交流发电机负载处下降至28.1伏，或者下降至0％交流发电机负载水平处的28.3伏电平之下0.2伏，但是交流发电机的内部电压感测和控制能力将B+端子处的VCONTROL,UNCOMP在整个交流发电机负载范围内在28.3V的VSet0电平处维持恒定。因此，虽然完全没有远程感测能力的充电系统提供比具有外部远程感测能力的现有电池充电系统相对较低的成本和复杂性，但后一种系统类型提供相对较好的充电性能。
现代车辆通常包括控制器区域网(“CAN”)，通过该网络，用于各种子系统的不同ECU发送和接收消息，以例如控制子系统运行或从传感器接收反馈。ECU形成通过CAN母线串行通信的节点。每个节点能够发送和接收消息，但不能同时进行，并且消息的串行通信是基于优先级的。虽然对被立即重传的较高优先级消息可能没有延迟，但是较低优先级消息的刷新率可以长达一至三秒。
在具有CAN的一些现代车辆中，识别感测到的电池电压电平VBAT的信息已经在CAN母线上传送。如果这种车辆的电池充电系统还具有外部远程感测能力，则它常常被认为是成本有益的，以省略交流发电机调节器的模拟信号接收输入引脚以及连接该输入引脚和电池的正极端子的专用外部远程感测线，并且用可接收识别电池电压电平VBAT的串行传送信息的控制器替代交流发电机控制器。因此，电池电压信息经车辆CAN到交流发电机控制器的串行通信可以促进一些能力，以向交流发电机调节器和/或交流发电机控制器(下文中称为交流发电机调节器/控制器)提供远程电池电压感测信号，用于调节交流发电机输出，并且避免与具有外部远程感测能力的电池充电系统相关联的成本和布线复杂性中的至少一些。
但是，依赖于消息收发优先级水平、串行通信速度以及CAN母线荷载，可能不可能以足够快的速率发送指示经CAN母线感测到的电池电压的信号，以使交流发电机调节器/控制器高效地调节交流发电机输出电压设置点。换言之，车辆的串行通信协议可能太慢，以致不能通过电池充电系统控制回路充分地提供数据以将供给到电池的电压维持在期望的水平，诸如由图1中的线20指示的由具有外部远程感测能力的现有系统提供的恒定的VBAT,COMP电平。当车辆串行通信被设置为传送在电池处所期望的恒定电压电平(例如，在本例中是28.3伏)时，依赖于经CAN母线的串行通信以将电池电压维持在期望的恒定电平，而不是依赖于对VCONTROL的补偿电压调整(通过该补偿电压调整抵消交流发电机B+端子和电池之间变化的电池线缆损耗)，出现额外的问题。迄今为止，还未能通过利用经车辆CAN母线串行传送到交流发电机调节器/控制器的VBAT信息方便且廉价地匹配现有外部远程感测系统的性能。
虽然模拟输入可以被实现为将一个或多个电池电压信号串行传送到交流发电机调节器的模拟输入用以监视电池电压，但是这种布置将非期望地增加布线复杂性和充电系统成本。另一方面，迄今为止，依赖于串行通信实现所感测到的电池电压到交流发电机调节器/控制器的任何实时反馈而不提供外部远程感测能力，需要提供更快、更昂贵的串行通信网络，或者将更高的消息收发优先级指派给电池电压信息，这两者都不是期望的。期望用于实现与电池充电系统中的外部远程感测能力相关联的性能水平的方法或系统，而不提供外部远程感测能力本身或相对更昂贵和/或更快的串行通信网络或者将更高的串行通信消息收发优先级指派给感测到的电池电压信息。
发明内容
本公开提供了一种用于在缺乏外部远程感测能力的电池充电系统中利用串行通信、控制器和自适应变量来调节交流发电机输出电压设置点的方法，以外推随着交流发电机负载的变化而发生的电池线缆电压损耗变化，并相应地调整交流发电机B+端子处的交流发电机输出电压设置点(VCONTROL)，以抵消或补偿电池线缆损耗。
根据本公开的方法在缺乏外部远程电压感测能力的电池充电系统中利用串行通信消息来调整交流发电机的内部感测到的电压设置点，以抵消或补偿交流发电机的B+端子和电池之间的电池线缆电压损耗，其中电池的电压信息被串行传送到交流发电机调节器/控制器。
根据本公开的方法可应用于利用单个交流发电机或多个并联连接的交流发电机的电池充电系统，并且提供与具有外部远程感测能力的现有充电系统的电池充电系统性能相匹配或更优越的电池充电系统性能，而无需将远程感测线或交流发电机的相关联的模拟信号输入到调节器、相对更昂贵和/或更快的串行通信网络或者向提供感测到的电池电压信息的串行通信的消息指派更高优先级。
本公开提供了一种用于调节交流发电机的输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)的方法，包括以下步骤：建立交流发电机的对应于第一交流发电机负载水平的第一电压设置点(VSet0)和交流发电机的对应于大于第一负载水平的第二交流发电机负载水平的第二电压设置点(V100)的初始值(V100,INIT)；将识别由交流发电机通过电池线缆充电的电池的电压电平(VBAT,ADAPT)的信息连续地串行传送到控制器；使用控制器使第二电压设置点(V100)从其初始值(V100,INIT)递增地增大，直到在电池电压(VBAT,ADAPT)和第一电压设置点(VSet0)之间达到期望的关系，然后定义第二电压设定值(V100)的结束值(V100,END)；使用控制器基于第一电压设置点(VSet0)和所定义的第二电压设置点(V100)的结束值(V100,END)来确定自适应变量(RADAPT)，并且使用自适应变量(RADAPT)确定交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)的抵消电平，该抵消电平补偿被估计为在第一和第二交流发电机负载水平之间一定范围的交流发电机负载水平上发生的电池线缆电压损耗；以及将交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)连续地调节到补偿交流发电机和电池之间的相应电池线缆电压降的抵消电平，并将电池电压(VBAT,ADAPT)维持在基本恒定的电平。
本公开还提供了一种用于调节交流发电机的输出电压设置点的方法，包括以下步骤：建立对应于0％交流发电机负载水平的第一输出电压设置点(VSet0)和对应于100％交流发电机负载水平的第二输出电压设置点(V100)的初始值(V100,INIT)；将关于由交流发电机通过电池线缆充电的电池的电压电平(VBAT,ADAPT)的信息连续地串行传送到控制器；使用控制器使第二输出电压设置点电平(V100)从其初始值(V100,INIT)递增地增大，直到串行传送的电池电压电平(VBAT,ADAPT)基本等于第一输出电压设置点电平(VSet0)，然后定义第二输出电压设置点电平(V100)的结束值(V100,END)；使用交流发电机控制器基于第一输出电压设置点电平(VSet0)和所定义的第二输出电压设置点电平(V100)的结束值(V100,END)来确定自适应变量(RADAPT)，并且确定交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)的抵消电平，该抵消电平在0％和100％交流发电机负载水平之间的范围内的相应的交流发电机负载水平处相对于第一输出电压设置点电平(VSet0)补偿电池线缆电压降；以及将交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)调节到其抵消电平，以将电池电压(VBAT,ADAPT)维持在等同于第一输出电压设置点电平(VSet0)的基本恒定的值。
附图说明
通过结合附图参考示例性实施例的以下描述，根据本公开的方法和/或系统的上面提到的方面和其它特性及优点将变得更加显然并且将被更好地理解，其中：
图1是示出分别与根据现有技术的电池电压VBAT,COMP和VBAT,UNCOMP以及根据本公开的VBAT,ADAPT相关联的三个不同的24伏电池充电系统在0％和100％交流发电机负载(或转子场占空比)之间的输送到电池的电压(VBAT)的曲线图；
图2是示出分别与根据现有技术的VCONTROL,COMP和VCONTROL,UNCOMP以及根据本公开的VCONTROL,ADAPT相关联的在图1中指示的三个电池充电系统在0％和100％交流发电机负载(或转子场占空比)之间的交流发电机的B+端子处的交流发电机输出电压设置点(VCONTROL)的曲线图；
图3是示出根据根据本公开的第一电池充电系统或方法实施例部分地通过诸如车辆CAN的串行通信网络发送的信息的示意图；以及
图4是示出根据根据本公开的替代的第二电池充电系统或方法实施例部分地通过诸如车辆CAN的串行通信网络发送的信息的示意图。
具体实施方式
下面描述的本发明的实施例并不意在为排他的，也不意在将本发明限制为以下详细描述中公开的精确形式。相反，选择和描述实施例是为了使本领域其他技术人员可以领会和理解本发明的原理和实践。
图1是分别与上述电池电压VBAT,COMP和VBAT,UNCOMP以及下述VBAT,ADAPT相关联的三个不同的24伏电池充电系统在0％和100％交流发电机负载(或转子场占空比)之间的输送到电池的电压(VBAT)的曲线图。
对应于由图1的线20指示的恒定电池电压(VBAT,COMP)的现有电池充电系统具有抵消或补偿交流发电机B+端子和电池之间的电池线缆电压损耗的外部远程感测能力。这种系统经由远程感测线将实际电池电压电平作为模拟信号提供给交流发电机调节器。
对应于由图1的线30指示的线性变化的电池电压(VBAT,UNCOMP)的现有电池充电系统完全没有对交流发电机B+端子和电池之间的线缆电压降的补偿。如这种系统的典型情况，在本示例中，交流发电机包括内部电压感测和控制能力，通过该能力，B+端子处的交流发电机输出电压设置点VCONTROL,UNCOMP在整个交流发电机负载范围内在规定的VSet0电平处保持恒定。
对应于由图1的线40指示的恒定电池电压(VBAT,ADAPT)的电池充电系统采用根据本公开的方法。这种方法和系统利用串行通信和自适应变量来抵消或补偿交流发电机B+端子和电池之间的电池线缆电压损耗，并且在本示例中基本匹配上面提到的产生曲线VBAT,COMP的具有外部远程感测能力的系统的充电性能。在图1中，线40(VBAT,ADAPT)基本与线20(VBAT,COMP)重合。
图2与图1相关，并且是示出分别与上面讨论的VCONTROL,COMP和VCONTROL,UNCOMP以及下面讨论的VCONTROL,ADAPT相关联的三个上面提到的电池充电系统在0％和100％交流发电机负载(或转子场占空比)之间在交流发电机的B+端子处的交流发电机输出电压设置点(或内部电压控制点)(即VCONTROL)的曲线图。
产生图1的曲线VBAT,COMP的现有电池充电系统产生由图2的线22指示的线性变化的控制点电压(VCONTROL,COMP)。产生图1的曲线VBAT,UNCOMP的现有电池充电系统产生由图2的线32指示的恒定的电平控制点电压(VCONTROL,UNCOMP)。产生图1的曲线VBAT,ADAPT的电池充电系统产生由图2的线42指示的线性变化的控制点电压(VCONTROL,ADAPT)，其基本与线22(VCONTROL,COMP)重合。
通过类似地在电池处提供恒定的期望电压电平(参见图1)，并且以相对较低的成本和布线复杂性，根据本公开的利用串行通信的电池充电方法或系统可以容易地容纳在配备有CAN的车辆中，并且可以匹配或超过具有外部远程感测能力的现有电池充电系统的性能。这通过使用可接收被串行传送的感测到的电池电压信息的控制器来实现，以在交流发电机负载的0％与100％之间线性缩放交流发电机输出电压设置点变化(参见图2)，而无需先前的外部远程感测能力、相对更快或更昂贵的串行通信网络或者为关于电池电压电平信息的串行传送的消息指派更高的优先级。
参考图2，在根据本公开的示例性24伏电池充电系统实施例中，在100％交流发电机负载处的VCONTROL,ADAPT是28.5伏(即，VSet0+0.2伏)。在小于100％交流发电机负载处，交流发电机的输出电压设置点或内部控制点电压VCONTROL,ADAPT沿着线42朝在0％交流发电机负载处的原始VSet0值(在这个示例中为28.3伏)线性地衰减。对电压控制点VCONTROL,ADAPT沿着线42的变化进行线性缩放以抵消或补偿在交流发电机负载的变化范围上遭遇的电池线缆电压损耗，有助于将电池处的电压VBAT,ADAPT在由图1的线40指示的电平28.3伏(VSet0)处基本保持恒定，匹配具有外部远程感测能力的示例性现有电池充电系统的性能(由图1的VBAT,COMP曲线指示，即由线20指示)。因此，根据本公开的方法或系统有益地提供先前由具有外部远程感测能力的可比较的电池充电系统实现的充电系统性能，而无需实际提供远程感测的附加费用和布线复杂性，并且可以利用已经由典型车辆CAN提供的串行通信能力和消息收发优先级来实现。
在根据本公开的电池充电系统44的第一实施例中的车辆CAN的节点之间的串行通信在图3中指示。如图所示，根据具体情况，唯一交流发电机或者多个并联连接的交流发电机中每一个交流发电机的交流发电机调节器/控制器46是CAN上的节点，并且接收提供感测到的实际的电池电压VBAT,ADAPT的消息，其中电压VBAT,ADAPT被连续监视并且经CAN母线串行传送到交流发电机调节器/控制器46。
结合图3中所示的通信流程，根据本公开的方法的第一实施例通过建立VSet0来开始进行，其中VSet0是0％交流发电机负载(以及0％转子场占空比)的期望输出电压设置点。VSet0可以被建立或规定为固定的默认值或者先前被确定为表示期望的交流发电机输出电压设置点的初始化值。VSet0由车辆电子控制单元(ECU)建立，被串联地传送到交流发电机调节器/控制器46，并且被期望为不管交流发电机负载如何都保持恒定的电池电压电平，如由在图1的点48处的VBAT,ADAPT电压电平指示的，其在本示例中为28.3伏。参考图2，在本示例中，VCONTROL,ADAPT曲线(线42)期望地与VCONTROL,COMP曲线(线22)重合。
一旦交流发电机有负载并且产生电流输出，交流发电机调节器/控制器46就可以确定接收到的串行传送的VBAT,ADAPT(或其经滤波的平均值)的感测值小于所建立的VSet0值。这种条件暂时反映缺乏远程感测能力的可比较的现有充电系统的正在进行的运行条件，因为VBAT,UNCOMP(图1的线30)总是小于VCONTROL,UNCOMP(图2的线32)，除了在0％交流发电机负载处。如果进行了这样的确定，则交流发电机调节器/控制器46将从V100的目前内部感测到的初始值V100,INIT开始递增地增大交流发电机的内部感测电压控制点V100，其中V100是在认可的(recognized)100％交流发电机负载处的B+端子处的交流发电机的输出电压设置点。
到V100设置点的递增增大具有预定义的量，并且可以是小的，例如，小至0.01至0.1伏，并且可以以与识别电池电压电平VBAT,ADAPT的信息经CAN母线串行传送的速率相对应的速率进行。继续对V100进行电压递增，直到串行传送的VBAT,ADAPT电平(或其经滤波的平均值)达到VSet0的电平，在这个点，通过将内部输出电压设置点的增量的总和加到VSet0来定义V100的结束值V100,END。然后，建立上面提到的自适应变量，即比率RADAPT：
RADAPT＝(V100,END-VSet0)/VSet0 (1)
相关领域的普通技术人员已知，一个或多个交流发电机上的总电气负载作为最大充电系统容量的百分比AltLOAD％可以由一个或多个转子场线圈励磁电流IROTOR和系统中一个或多个交流发电机的速度NAlt表示。因此：
AltLOAD％＝f(IROTOR,NAlt) (2a)
同样地，相关领域的普通技术人员已知，一个或多个交流发电机上的总电气负载作为最大充电系统容量的百分比AltLOAD％可以替代地由一个或多个转子磁场占空比FROTOR和系统中的一个或多个交流发电机的速度NAlt表示。因此：
AltLOAD％＝f(FROTOR,NAlt) (2b)
在交流发电机B+端子处的抵消或补偿电池线缆电压损耗的在0％和100％百分比交流发电机负载(或转子场占空比)之间的内部交流发电机控制点VCONTROL,ADAPT可以估计为：
VCONTROL,ADAPT＝VSet0*(1+(AltLOAD％*RADAPT)) (3)
交流发电机控制器对自适应变量RADAPT的利用促进沿着图2的线42的任一方向的线性外推，以增大或减小在交流发电机B+端子处实现的内部交流发电机控制点电压VCONTROL,ADAPT。由此，第一实施例的方法和系统在电池处提供在图1的点48处指示的恒定电压电平VBAT,ADAPT，其等同于所建立的VSet0电平。因此，参考图2，在本示例中，可以在所建立的28.3伏的VSet0值和在100％交流发电机负载处期望的28.5伏之间沿着线42线性调节在0％和100％交流发电机负载之间的VCONTROL,ADAPT的值，以补偿电池线缆电压损耗。可以通过交流发电机输出电压设置点沿着线42的进一步的相应增大来适应超过图1和2中所指示的认可的100％电平的交流发电机负载，直到达到系统的最大交流发电机电流输出。
根据本公开的方法和充电系统44'的替代的第二实施例提供CAN节点之间的串行通信，如在图4中所指示的。除了以下之外，第二实施例与上述第一实施例基本相同：
在第二实施例中，被监视的电池电压VBAT,ADAPT被串行传送到车辆ECU，并且VSet0和V100INIT由车辆ECU建立和/或从车辆ECU被串行传送到交流发电机调节器/控制器46。
在第二实施例中，一旦交流发电机产生输出，如果车辆ECU确定被串行传送到ECU的VBAT,ADAPT的感测值小于所建立的VSet0的值(例如，默认值或串行传送的初始值)，则V100从其建立的初始值V100,INIT开始以预定量(例如，0.1伏)递增地增大，直到被串行传送到ECU的VBAT,ADAPT(或其经滤波的平均值)的感测值到达VSet0。在其它方面，第一和第二方法和系统实施例在功能和结构上基本相同。
虽然上文已经公开了结合本发明的原理的示例性实施例，但是本发明不限于所公开的实施例。相反，本申请意在涵盖本发明的使用其一般原理的任何变化、使用或修改。另外，本申请意在覆盖在本发明所属领域中的已知或习惯实践内并落入所附权利要求的限制内的对本公开的偏离。
以下是根据本公开的优选实施例的列表：
1、一种用于调节交流发电机的输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)的方法，包括以下步骤：
建立对应于第一交流发电机负载水平的交流发电机的第一电压设置点(VSet0)和对应于大于第一负载水平的第二交流发电机负载水平的交流发电机的第二电压设置点(V100)的初始值(V100,INIT)；
串行地将识别由交流发电机通过电池线缆充电的电池的电压电平(VBAT,ADAPT)的信息连续地传送到控制器；
使用控制器使第二电压设置点(V100)从其初始值(V100,INIT)递增地增大，直到在电池电压(VBAT,ADAPT)和第一电压设置点(VSet0)之间达到期望的关系，然后定义第二电压设定值(V100)的结束值(V100,END)；
使用控制器基于第一电压设置点(VSet0)和所定义的第二电压设置点(V100)的结束值(V100,END)来确定自适应变量(RADAPT)，并且利用自适应变量(RADAPT)确定交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)的抵消电平，抵消电平补偿被估计为在第一和第二交流发电机负载水平之间一定范围的交流发电机负载水平上发生的电池线缆电压损耗；以及
将交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)连续地调节到补偿交流发电机和电池之间的相应的电池线缆电压降的抵消电平，并将电池电压(VBAT,ADAPT)维持在基本恒定的电平处。
2、如优选实施例1所述的方法，其中交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)的所确定的抵消电平随着交流发电机负载水平线性增大。
3、如优选实施例1或2所述的方法，其中连续地调节交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)，以将电池电压(VBAT,ADAPT)维持在基本等同于第一电压设置点(VSet0)的值。
4、如前述优选实施例中任一项所述的方法，还包括使用控制器利用自适应变量(RADAPT)确定交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)的抵消电平，抵消电平补偿被估计为在大于第二交流发电机负载水平的交流发电机负载水平处发生的电池线缆电压损耗。
5、如前述优选实施例中任一项所述的方法，其中交流发电机是包括在并联交流发电机系统中的多个并联连接的交流发电机中的一个，其中每个交流发电机连接到在该交流发电机和电池中间的电压母线，
并且其中电压母线是电池线缆的一部分，由交流发电机通过电池线缆向电池充电。
6、如优选实施例5所述的方法，其中控制器是系统控制器，并且还包括利用与系统控制器通信的交流发电机控制器来调节每个交流发电机的交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)。
7、如优选实施例6所述的方法，其中由系统控制器建立第一电压设置点(VSet0)和第二电压设置点的初始值(V100,INIT)中的至少一个。
8、如优选实施例6所述的方法，其中系统控制器是车辆ECU。
9、如优选实施例1至5中任一项所述的方法，其中所建立的第一电压设置点(VSet0)被串行传送到控制器。
10、如前述优选实施例中任一项所述的方法，其中识别电池的电压电平(VBAT,ADAPT)的信息从车辆ECU串行传送到控制器。
11、如优选实施例1至5、9和10中任一项所述的方法，其中控制器是专用于控制交流发电机的运行的数字交流发电机控制器。
12、如优选实施例11所述的方法，其中交流发电机控制器包括该交流发电机的电压调节器和/或整流器。
13、如前述优选实施例中任一项所述的方法，其中第一交流发电机负载水平是交流发电机的基本无负载状态。
14、如优选实施例11所述的方法，其中第二交流发电机负载水平是认可的100％交流发电机负载水平。
15、如前述优选实施例中任一项所述的方法，其中，以与识别电池的电压电平(VBAT,ADAPT)的信息被串行传送的速率基本对应的速率进行对第二电压设置点(V100)的递增的电压增大。
16、如前述优选实施例中任一项所述的方法，其中电池电压(VBAT,ADAPT)与第一电压设置点(VSet0)之间的期望的关系是在其间基本等同。
17、一种用于调节交流发电机的输出电压设置点的方法，包括以下步骤：
建立对应于0％交流发电机负载水平的第一输出电压设置点(VSet0)和对应于100％交流发电机负载水平的第二输出电压设置点(V100)的初始值(V100,INIT)；
将关于由交流发电机通过电池线缆充电的电池的电压电平(VBAT,ADAPT)的信息连续地串行传送到控制器；
使用控制器使第二输出电压设置点电平(V100)从其初始值(V100,INIT)递增地增大，直到串行传送的电池电压电平(VBAT,ADAPT)基本等于第一输出电压设置点电平(VSet0)，然后定义第二输出电压设置点电平(V100)的结束值(V100,END)；
使用交流发电机控制器基于第一输出电压设置点电平(VSet0)和所定义的第二输出电压设置点电平(V100)的结束值(V100,END)来确定自适应变量(RADAPT)，并且确定在0％和100％交流发电机负载水平之间的范围内相应的交流发电机负载水平相对于第一输出电压设置点电平(VSet0)补偿电池线缆电压降的交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)的抵消电平；以及
将交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)调节到其抵消电平，以将电池电压(VBAT,ADAPT)维持在等同于第一输出电压设置点电平(VSet0)的基本恒定的值。
18、如优选实施例17所述的方法，其中交流发电机输出电压设置点(VCONTROL,ADAPT)的抵消电平在0％交流发电机负载水平之上随着交流发电机负载线性增大。
19、如优选实施例17或18所述的方法，其中交流发电机是包括在并联交流发电机系统中的多个并联连接的交流发电机中的一个，其中每个交流发电机连接到在该交流发电机和电池中间的电压母线，并且其中电压母线是电池线缆的一部分，由交流发电机通过电池线缆向电池充电。
20、如优选实施例17至19中任一项所述的方法，其中，以基本与识别电池的电压电平(VBAT,ADAPT)的信息被串行传送的速率相对应的速率进行对第二电压设置点(V100)的递增的电压增大。
虽然上文已经公开了结合本发明的原理的示例性实施例，但是本发明不限于所公开的实施例。相反，本申请意在涵盖本发明的使用其一般原理的任何变化、使用或修改。另外，本申请意在覆盖在本发明所属领域中的已知或习惯实践内并落入所附权利要求的限制内的对本公开的偏离。

Claims (20)

1.一种用于调节交流发电机的输出电压设置点(VCONTROL，ADAPT)的方法，包括以下步骤：
建立对应于第一交流发电机负载水平的所述交流发电机的第一电压设置点(VSet0)和对应于大于所述第一交流发电机负载水平的第二交流发电机负载水平的所述交流发电机的第二电压设置点(V100)的初始值(V100，INIT)；
将识别由所述交流发电机通过电池线缆充电的电池的电池电压(VBAT，ADAPT)的信息连续地串行传送到控制器；
使用所述控制器使所述第二电压设置点(V100)从其初始值(V100，INIT)递增地增大，直到在电池电压(VBAT，ADAPT)和所述第一电压设置点(Vset0)之间达到期望的关系，然后定义所述第二电压设置点(V100)的结束值(V100，END)；
使用所述控制器基于所述第一电压设置点(Vset0)和所定义的所述第二电压设置点(V100)的结束值(V100，END)来确定自适应变量(RADAPT)，并且利用所述自适应变量(RADAPT)确定所述交流发电机输出电压设置点(VCONTROL，ADAPT)的抵消电平，所述抵消电平补偿被估计为在所述第一交流发电机负载水平和所述第二交流发电机负载水平之间的一定范围的交流发电机负载水平上发生的电池线缆电压损耗；以及
将所述交流发电机输出电压设置点(VCONTROL，ADAPT)连续地调节到补偿所述交流发电机和所述电池之间的相应的电池线缆电压降的抵消电平，并将所述电池电压(VBAT，ADAPT)维持在基本恒定的电平处。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述交流发电机输出电压设置点(VCONTROL，ADAPT)的所确定的抵消电平随着交流发电机负载水平线性增大。
3.如权利要求1所述的方法，其中连续地调节所述交流发电机输出电压设置点(VCONTROL，ADAPT)，以将所述电池电压(VBAT，ADAPT)维持在基本等同于所述第一电压设置点(VSet0)的值处。
4.如权利要求1所述的方法，还包括使用所述控制器利用所述自适应变量(RADAPT)确定所述交流发电机输出电压设置点(VCONTROL，ADAPT)的抵消电平，所述抵消电平补偿被估计为在大于所述第二交流发电机负载水平的交流发电机负载水平处发生的电池线缆电压损耗。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述交流发电机是包括在并联交流发电机系统中的多个并联连接的交流发电机中的一个，其中每个交流发电机连接到在所述交流发电机和所述电池中间的电压母线，并且其中所述电压母线是所述电池线缆的一部分，由所述交流发电机通过所述电池线缆向所述电池充电。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述控制器是系统控制器，并且还包括利用与所述系统控制器通信的交流发电机控制器来调节每个交流发电机的所述交流发电机输出电压设置点(VCONTROL，ADAPT)。
7.如权利要求6所述的方法，其中由所述系统控制器建立所述第一电压设置点(Vset0)和所述第二电压设置点的初始值(V100，INIT)中的至少一个。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述系统控制器是车辆ECU。
9.如权利要求1所述的方法，其中所建立的第一电压设置点(VSet0)被串行传送到所述控制器。
10.如权利要求1所述的方法，其中识别所述电池电压(VBAT，ADAPT)的信息从车辆ECU被串行传送到所述控制器。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述控制器是专用于控制所述交流发电机的运行的数字交流发电机控制器。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述交流发电机控制器包括所述交流发电机的电压调节器和/或整流器。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述第一交流发电机负载水平是所述交流发电机的基本无负载状态。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述第二交流发电机负载水平是认可的100％交流发电机负载水平。
15.如权利要求1所述的方法，其中，以与识别所述电池电压(VBAT，ADAPT)的信息被串行传送的速率基本对应的速率进行对所述第二电压设置点(V100)的递增的电压增大。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述电池电压(VBAT，ADAPT)与所述第一电压设置点(VSet0)之间的期望的关系是在其间基本等同。
17.一种用于调节交流发电机的输出电压设置点的方法，包括以下步骤：
建立对应于0％交流发电机负载水平的第一电压设置点(VSet0)和对应于100％交流发电机负载水平的第二电压设置点(V100)的初始值(V100，INIT)；
将关于由所述交流发电机通过电池线缆充电的电池的电池电压(VBAT，ADAPT)的信息连续地串行传送到控制器；
使用所述控制器使所述第二电压设置点(V100)从其初始值(V100，INIT)递增地增大，直到串行传送的所述电池电压(VBAT，ADAPT)基本等于所述第一电压设置点(VSet0)，然后定义所述第二电压设置点(V100)的结束值(V100，END)；
使用所述交流发电机控制器基于所述第一电压设置点(Vset0)和所定义的所述第二电压设置点(V100)的结束值(V100，END)来确定自适应变量(RADAPT)，并且确定交流发电机输出电压设置点(VCONTROL，ADAPT)的抵消电平，所述抵消电平在0％交流发电机负载水平和100％交流发电机负载水平之间的范围内的相应的交流发电机负载水平处相对于所述第一电压设置点(Vset0)补偿所述电池线缆电压降；以及
将所述交流发电机输出电压设置点(VCONTROL，ADAPT)调节到其抵消电平，以将所述电池电压(VBAT，ADAPT)维持在等同于所述第一电压设置点(VSet0)的基本恒定的值处。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述交流发电机输出电压设置点(VCONTROL，ADAPT)的所述抵消电平在所述0％交流发电机负载水平之上随着交流发电机负载线性增大。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述交流发电机是包括在并联交流发电机系统中的多个并联连接的交流发电机中的一个，其中每个交流发电机连接到在所述交流发电机和所述电池中间的电压母线，并且其中所述电压母线是所述电池线缆的一部分，由所述交流发电机通过所述电池线缆向所述电池充电。
20.如权利要求17所述的方法，其中，以与识别所述电池电压(VBAT，ADAPT)的信息被串行传送的速率基本对应的速率进行对所述第二电压设置点(V100)的递增的电压增大。
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