丁琴琴，李东浩，吴震云

（江淮技术中心乘研院电气部，安徽 合肥 230009）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.024



一种汽车大功率负载能量管理的方法和装置

丁琴琴，李东浩，吴震云

（江淮技术中心乘研院电气部，安徽 合肥 230009）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.024

摘 要：随着汽车电气电子技术的不断进步，大功率负载在整车上应用的越来越多，传统的粗放型的电源管理模式越来越不能满足整车电量的需求，利用蓄电池电量传感器检测蓄电池的剩余电量，发动机电控单元通过检测SOC、SOF信号来实现能量的管理不仅成本高，而且加长了产品的开发周期。文章利用现有发电机的L端信号，通过设计大功率负载控制器的回路及相应的补偿电路实现能源的管理，不仅成本低、性能可靠，而且可以快速的在江淮现有车型上进行应用。

关键词：大功率负载；电源管理；发电机L端；补偿电路

CLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-73-03

引言

随着汽车电气电子技术的不断进步，车辆搭载的电器部件越来越多，整车对电器的负载能力也要求越来越大，不仅对起动状态时发电机的供电能力需求要求变高，对蓄电池的状态也要求越来越高。发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时，向启动机外的所有用电设备供电，同时给蓄电池充电，目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。交流发电机必须配装电压调节器，电压调节器对发电机的输出电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足汽车用电器的需求。汽车能量传递关系如图1所示：

图1 汽车能量传递关系

1、大功率负载能量管理方法

1.1 传统能量管理方法

传统的汽车能量管理方法是利用蓄电池电量传感器检测蓄电池的剩余电量，发动机电控单元通过检测SOC、SOF信号来实现能量的管理，原理如图2所示，利用蓄电池电量传感器进行能量管理需要开发智能发电机、蓄电池传感器、作为网关的控制单元及相应的功耗部件，成本高而且开发周期长，与现有车型方案不兼容。

图2 电源管理系统框图

2、一种新型大功率负载能量管理方法

2.1 新型能量管理方法及组成系统

该能量管理方法通过利用发电机的L端信号来作为控制大功率负载控制器工作的电源，同时利用检测回路判断L端电压值来实现汽车电气系统功能的开启与关闭，同时将蓄电池的充放电状态在仪表显示。上述装置包括蓄电池充放电状态显示系统（仪表）、发电机、蓄电池、点火开关、第一补偿电路及大功率负载。

2.1.1 蓄电池充放电状态显示系统

组合仪表充放电指示电路（如图3所示）包括一个LED的发光二极管D2,发光二极管可以承受的最大电流为200mA,其工作电流随端口电压变化曲线如图4所示。同时还包括两个二极管D1和D3及两个1500Ω的电阻R1和R2，二极管D1、D2、D3及电阻R1串联，电阻R2并联，保证port发电机L端电压大于9.5V时，发光二极管不亮；当端口电压小于9.5V时，发光二极管点亮。

图3 组合仪表充放电原理图

图4 LED灯工作变化曲线

当点火状态在LOCK及ACC档时充电指示灯11不亮（如图5所示）；在ON档时，充电指示灯点亮，表示发电机未向蓄电池充电；当启动后，发电机向蓄电池充电，系统无故障，此时充电指示灯熄灭，表示发电机向蓄电池充电，当系统故障时，充电指示灯点亮。

图5 组合仪表充放电指示灯

2.1.2 发电机

发电机其功用是在发动机正常运转时（怠速以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电，保障发动机和整车的用电需求。发电机回路是由三相桥式整流电路13 、励磁二极管回路12、电子调节器14、磁场绕组15组成，如图6所示：

图6 发电机内部原理图

在on档时，外界通过发电机L端口向磁场绕组15进行励磁，发电机开始发电，此时充电指示灯点亮；当启动后，励磁方式变成自励，发电机通过励磁二极管回路12进行励磁，此时充电指示灯两端等电位，指示灯熄灭。

发电机通过S端来用于发电机对电瓶电压检测，发电机根据所检测到的S端电压高低来调整输出状态，防止电瓶过充电，提高电瓶使用寿命，通过B+端发电机向蓄电池充电。

2.1.3 大功率负载控制回路原理

大功率负载包括车载冰箱、电源逆变器、冷热杯托等，其控制回路由控制器电源回路16、电源诊断回路17及MCU 18组成，如图7所示。

上述控制器电源回路通过采集发电机L端的电压利用双极性线性稳压器78L05转化为稳定的5V电压，为MCU提供电源，保证了大功率负载只有在发电机发电的情况下，才会工作。同时电源诊断回路17通过检测DETE端口的电压利用相应的策略来实现负载的工作。

Udete=Uport*R4/（R3+R4），当检测到Udete小于1.8V时，此时负载工作请求被禁止；当1.8V＜Udete＜2.4V时，负载可以工作，在10min内Udete端电压未大于2.4V，提醒用户关闭负载，Udete端电压小于1.8V时，强制关闭负载；当检测到Udete大于2.4V时，此时负载工作可以正常工作。

图7 大功率负载控制回路内部原理图

2.2 新型能量管理系统原理

如下图8所示：点火开关闭合后，一方面通过仪表充放电指示灯回路向发电机磁场绕组励磁，另一方面需要通过第一补偿电路3向发电机励磁，此时发电机开始发电，仪表充放电指示灯点亮，发电机尚未给蓄电池充电；当启动后，当发电机S端检测到蓄电池电压小于发电机电压，发电机给蓄电池充电，此时发电机励磁方式变为自励，同时充放电指示灯两端因为等电位熄灭，同时，大功率负载电源诊断回路检测到L端电压大于9.5V时，表示发电机开始充电，此时指示灯熄灭；当L端电压大于12.5V时，表示发电机除向蓄电池充电，还可以向大功率负载供电，大功率负载可以正常工作。

图8 能量管理系统原理图

由于大功率负载都接在发电机L端上，为防止负载拉低L端回路电流，导致仪表充放电指示灯微亮，第一补偿电路同时起到避免该问题的作用。图8组成部分：1.蓄电池；2.点火开关；3.第一补偿电路；4.仪表充放电指示；5 发电机；6 大功率负载；11 仪表充电指示灯；12 励磁二极管回路；13 三相桥式整流电路；14 电子调节器；15 磁场绕组；16 控制器电源回路；17 电源诊断回路；18 MCU 。

3、结束语

本文所介绍的大功率负载能量管理的方法和装置，简单、可靠、成本低，解决了大功率负载工作导致蓄电池馈电的问题，同时避免了仪表充放电指示灯微亮的问题。

参考文献

[1] 古永棋,张伟.汽车电器及电子设备.重庆：重庆大学出版社,2004.8.

[2] 王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，2000.

[3] 余志生,汽车理论.北京:机械工业出版社.

[4] 曲秀云.汽车电子技术.北京:电子工业出版社,1988.

A method and apparatus for energy management of a vehicle with high power load

Ding Qinqin, Li Donghao, Wu Zhenyun
( Jianghuai technology center by institute of electrical department, Anhui Hefei 230009 )

Abstract:With the continuous development of automotive electrical and electronic technology, more and more high power load will be used on the vehicle, the traditional extensive mode of power management can not meet the needs of vehicle power,detect the battery remaining power through battery power sensor, and the engine electronic control unit through the detection of the SOC, SOF signal to achieve the energy management is not only costly, but also extended the product development cycle. In this paper, the L-terminal signal of the generator is used to design of high-power load controller circuit and compensation circuit to achieve energy management, which is not only low-cost, reliable, but also can be used in the JAC existing models quickly.

Keywords:High power load; power management; generator L; compensation circuit

中图分类号：U467.2

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)02-73-03

作者简介：丁琴琴，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。