CN202906823U - 一种用于控制发电机输出电压的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于控制发电机输出电压的控制装置，包括电源控制模块和发动机控制模块。发动机控制模块包括用于测量汽车发动机转速的传感器，传感器的信号输出端连接电源控制模块的第一信号输入端以传输发动机转速信号。电源控制模块的第二信号输入端连接汽车发电机的负载输出反馈端以接收发电机负载输出信号，其信号输出端连接汽车发电机的控制输入端以传输控制信号。通过本实用新型提供的控制装置，能够控制发电机的输出电压，从而高效地利用发电机、节省油耗，同时保护电池。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车动力系统，具体地，涉及一种用于控制发电机输出电压的控制装置。
背景技术
日益高涨的油价使人们对汽车的油耗越来越敏感，大家纷纷将目光转向油耗较低的小型车，甚至是混合动力车、电动车。而目前在配套设备尚不完善的大环境下，电动汽车的发展还很缓慢，因此如何使传统的汽油机汽车油耗进一步降低成为了人们关注的焦点。
汽车油耗主要集中在为蓄电池充电和促使发动机运转上，发动机运转使发电机开始发电，而蓄电池和发电机是汽车电力的来源，且相辅相成。蓄电池主要用于在启动发动机时，向起动机、点火系统、仪表等设备供电。例如在长时间堵车的情况下，发动机低速运转，使得发电机的电压低于蓄电池的电压，则由蓄电池向点火系统等设备供电。当发动机高速运转时，发电机的电压高于蓄电池的电压，则由发电机向点火系统供电，并对蓄电池充电。
对于现有汽车的发电机和蓄电池供电系统，当发电机的电压高于蓄电池电压时即开始向蓄电池充电，因此很可能存在电池过度充电的现象，这不仅会增加汽车油耗，还会影响电池寿命。此外，当发动机长期低速运转时，又存在蓄电池深度放电的现象，且很有可能因蓄电池电量不足而导致无法再次起动发动机。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于控制发电机的输出电压的控制装置，通过对发电机的输出电压进行控制以尽可能不对蓄电池造成损害。
为此，本实用新型提供了一种用于控制发电机输出电压的控制装置，所述控制装置包括电源控制模块和发动机控制模块。
发动机控制模块包括用于测量汽车发动机转速的传感器，所述传感器的信号输出端连接所述电源控制模块的第一信号输入端以传输发动机转速信号。电源控制模块的第二信号输入端连接汽车发电机的负载输出反馈端以接收发电机负载输出信号，其信号输出端连接汽车发电机的控制输入端以传输控制信号。
优选地，电源控制模块与所述发动机控制模块通过CAN总线连接。
优选地，电源控制模块的第三信号输入端连接用于测量汽车蓄电池温度的传感器的信号输出端。
优选地，电源控制模块还包括连接分别用于测量汽车蓄电池和汽车负载端的电流或电压的传感器的信号输出端。
优选地，所述电源控制模块为车用DC/DC电源模块。
通过本实用新型提供的控制装置，能够控制发电机的输出电压，从而确保电池不深度放电、不过度充电，有效地延长了电池寿命。利用该装置可以根据汽车蓄电池的实际剩余电量，在保证蓄电池充电电压的基础上，根据电池温度、以及发电机实际发电效率来调整充电电流。利用该控制装置，还能够根据实际的电池状态施以不同的电源管理策略，在电池状态正常时，根据当前发动机转速下的发电机的最佳效率曲线来调整电池的充电电流，从而最高效地利用发电机，达到节省油耗的目的。
附图说明
图1为本实用新型的用于控制发电机输出电压的控制装置的工作原理示意图；
图2为根据本实用新型的优选的实施例的不同电流及剩余电量下的蓄电池充电效率曲线图。
具体实施方式
图1为本实用新型所提供的用于控制发电机输出电压的控制装置的工作原理示意图。电源控制模块1连接在发电机4与发动机控制模块3之间，接收来自发动机控制模块3的关于发动机的状态信息、以及连接于电池5或负载6的蓄电池电流传感器10、负载电流传感器11、电压传感器8和温度传感器9所反馈的关于电池和负载的相关信息，并利用这些信息对发电机4的输出电压进行控制。其中，蓄电池电流传感器10串联于汽车的电池5，负载电流传感器11串联于汽车的负载6，电压传感器8并联于所述电池5，电池温度传感器9设置在所述电池5上用以测量电池温度。
本实用新型中所提到的发动机控制模块主要负责控制发动机的运转，其包括很多用来接收并传递发动机运转信息的感应器，例如用于测量发动机转速信息的传感器。负载在本文中是指汽车整车所有的用电器，例如大灯、雨刮、座椅加热、后窗除雾等。发电机的控制端（也称作L端）主要用于控制发电机电压的输入，负载输出反馈端（也称作F端）主要是发电机用于发出反应当前发电机负载的输出端。如本领域技术人员所知，PWM信号为脉宽调制信号，是有固定周期、固定电压值的方波信号，其中高低电压与时间的比值可调。发电机的L端用于控制发电机的输出电压，当L端输入的PWM信号的占空比越高时，发电机的输出电压越高，反之，占空比越低，发电机输出电压越低。当占空比过高或过低时，将被认为是系统短路，发电机进入默认的13.8v工作状态。
根据一个具体的实施例，电源控制模块1包括信号输入端与信号输出端，其中第一信号输入端连接发动机控制模块3的传感器的信号输出端（通过CAN总线7）、第二信号输入端连接发电机4的F端，以及连接电池端电流传感器10与负载端电流传感器11的信号输出端、电池电压传感器8与电池温度传感器9的信号输出端的其它信号输入端。电源控制模块1的信号输出端则连接发电机4的控制端（L端）。
从F端接收的是发电机的当前负载情况，也就是发电机当前的发电功率与当前转速下的最大发电功率的一个比值关系。例如F端反馈100%就说明了发电机当前已经满负荷工作了。发电机4的输出电压直接关系到电池5的充放电以及负载6的供电，从而间接地影响油耗量。电源控制模块1通过处理单元对其接收的电池端电流、负载端电流、电池电压、电池温度、发动机转速信息进行处理，然后对输出方波的高低电平的百分比（占空比）进行调整，从而输出PWM波至发电机4的L端，从而到达传递控制信息的目的。在本系统中，占空比越高，相应的要求的发电机输出电压就越高。根据本实用新型的实施例，PWM波的调节范围在30%至90%的占空比之间，能够对应12V到15.5V的电压输出。
如图1所示，发电机电流等于整车负载电流与电池电流之和。整车负载电流取决于整车的负载，比如有没有开大灯，有没有开座椅加热。电池电流取决于电池当前的充电状态以及电池控制电压。电池的充电状态越满，越倾向于放电，充电状态越空，越倾向于充电。相似地，发电机电压越高，电池越倾向于充电，发电机电压越低，电池越倾向于放电。
利用本实用新型中的控制装置，能够针对蓄电池的实际剩余电量的不同情况，采用不同的电压控制策略。例如，当电池的电量大于85%时，根据图2所示的电池充电效率图可知，在电池电量大于85%的情况下，电池的充电效率急转直下，在各个水平的充电电流下都将迅速的由原先的接近100%的充电效率下降到接近0%。
为此在电池电量大于85%的情况下，电源控制模块1将进入省油模式，此处的省油模式是指在电池电量充足的情况下，使发电机4停止对电池5的充电。在该模式下，电源控制模块1将低占空比的PWM波信号发送至发电机4的L端，以降低发电机4的输出电压，从而降低输出电流，将充电电流保持在0安培附近。例如，30%的占空比的PWM波信号输入发电机4的L端，相应的发电机电压输出为12V。此时无论当前发电机的效率如何，都将根据实际充电电流进行电流闭环控制，把发电机的工作负载降到最低，这样一方面避免了无谓的能量损失，另一方面也可以避免电池因过充而导致的寿命下降问题。
通常情况下发电机的发电电流既要供整车负载又要供电池充电。而在省油模式下，电池充电这一部分就不需要继续供给了。因此对于发电机而言，省下了一部分能量。从而可以有效降低此时的整车油耗。一般在车辆进行油耗实验时，可以通过维护车辆进入省油模式而得到相对平时更低的整车油耗。
相反地，当电池的剩余电量很小时，为了及时的补充电池电量，避免因深度放电降低电池寿命、或者过度馈电导致发动机启动困难等问题。电源控制模块1可以提供占空比较大的PWM波至发电机控制端，以控制电池的充电电压（电池的充电电压等于发电机的电压与电池电压之差），使电池能尽快恢复到正常电量范围。
本实用新型通过针对不同电池电量的分段式充电电压控制策略，兼顾了发电效率与充电效率的平衡。通过有效的电源管理达到了节省能量、降低油耗的设计目的。通过对电压的合理控制，避免电池出现过度充电或者过度放电的情况。通过控制系统对电量的计算，在电池电量较高时降低电压停止充电；在电量较低时调高电压，增大充电电流，从而达到保护电池的目的。
Claims (5)
1.一种用于控制发电机输出电压的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括电源控制模块和发动机控制模块，其中：
发动机控制模块包括用于测量汽车发动机转速的传感器，所述传感器的信号输出端连接所述电源控制模块的第一信号输入端以传输发动机转速信号；电源控制模块的第二信号输入端连接汽车发电机的负载输出反馈端以接收发电机负载输出信号，其信号输出端连接汽车发电机的控制输入端以传输控制信号。
2.根据权利要求1所述的用于控制发电机输出电压的控制装置，其特征在于，所述电源控制模块与所述发动机控制模块通过CAN总线连接。
3.根据权利要求1所述的用于控制发电机输出电压的控制装置，其特征在于，所述电源控制模块的第三信号输入端连接用于测量汽车蓄电池温度的传感器的信号输出端。
4.根据权利要求1所述的用于控制发电机输出电压的控制装置，其特征在于，所述电源控制模块还包括连接分别用于测量汽车蓄电池和汽车负载端的电流或电压的传感器的信号输出端。
5.根据上述任一项权利要求所述的用于控制发电机输出电压的控制装置，其特征在于，所述电源控制模块为车用DC/DC电源模块。
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| CN106160604A (zh) * | 2016-09-19 | 2016-11-23 | 天津帅通科技发展有限公司 | 一种发电机的调速装置 |
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