汽车发电机智能充电控制方法及控制系统

摘要

一种汽车发电机智能充电控制方法及控制系统，用于发电机对蓄电池的智能充电控制，所述方法包括如下步骤：获取蓄电池的状态信息；获取车辆的工况信息；获取发动机的状态信息；获取发电机的状态信息，其中获取的所述发电机的状态信息中至少包括所述发电机的调节器温度；根据上述获取的所述蓄电池的状态信息、所述车辆的工况信息、所述发动机的状态信息及所述发电机的状态信息，计算得出经所述发电机的调节器温度修正后的所述发电机的目标调压值；以及将所述发电机的目标调压值与所述蓄电池的电压进行比较，当所述发电机的目标调压值大于或者小于所述蓄电池的电压时，控制调节所述发电机的输出电压值，使所述发电机的输出电压值接近所述目标调压值。

说明书

技术领域

本发明涉及发电机的充电控制技术领域，特别涉及一种汽车发电机智能充电控制方法及控制系统。

背景技术

随着汽车在人们日常生活中逐渐普及，人们对于汽车的安全可靠性、低燃油消耗、智能化提出了更高的要求。现在的汽车电器负载增多，城市路况中堵车状况时有发生，发电机输出电量若得不到合理的分配，将导致电量浪费，或者蓄电池充电不足，对车辆的舒适性、可靠性都会造成影响。因此，如何合理分配发电机电量，提高燃油利用率，是必须研究和解决的问题。

目前，在新能源车辆上普遍配有能源管理系统，但是在传统车及带启停的微混车上，配备能源管理系统并能够对发电机进行充电控制的较少。而随着汽车智能化的发展需求，车上需要配备越来越多的科技配置及用电器，如果能加入发电机智能充电控制功能，实时调节发电机输出电压，合理分配发电机的充电电流，既能满足各用电器的需求，提高发电机输出电流的利用率，又能节省油耗。

图1为目前汽车上的电力系统的结构框图，该电力系统可运用在目前普通汽车及带启停的微混车上，包括发动机11、发电机12和蓄电池13，发电机12同时与发动机11及蓄电池13相连，发动机11一方面驱动车辆运行，另一方面带动发电机12运转进行发电，发电机12将发电产生的电能存储在蓄电池13中。针对车上的各种用电器，有部分的用电器(例如汽车的前照灯)可以连接在发电机12上并从发电机12获得所需电能，另有部分的用电器(例如汽车的音响设备)可以连接在蓄电池13上并从蓄电池13获得所需电能。

为了保证蓄电池电量，并尽可能降低油耗，现有技术主要根据电源管理模块以及其他信息获取模块所获得的车辆信息实现发电机的智能充电功能，从而实现发电机对蓄电池的充电电压智能调节。但是，在发电机智能调压时，调压的方式仅根据目标调压值与实际电压值的比较结果确定，存在一定的局限性。

而且，在智能调压过程中，会引起发电机本身的变化以及用电器功能的变化。例如发电机调节电压持续过高引起发电机过热，甚至损坏；或者发电机电压波动过快会引起车上灯光的亮度突然变化，这些变化会影响到车辆某些零部件的功能性、舒适性及安全性。另外，在智能调压过程中，也未控制发电机励磁电流这个参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车发电机智能充电控制方法及控制系统，以解决现有技术中发电机调压所存在的局限性问题。

本发明提供一种汽车发电机智能充电控制方法，用于发电机对蓄电池的智能充电控制，该汽车发电机智能充电控制方法包括如下步骤：

获取蓄电池的状态信息；

获取车辆的工况信息；

获取发动机的状态信息；

获取发电机的状态信息，其中获取的所述发电机的状态信息中至少包括所述发电机的调节器温度；

根据上述获取的所述蓄电池的状态信息、所述车辆的工况信息、所述发动机的状态信息及所述发电机的状态信息，计算得出经所述发电机的调节器温度修正后的所述发电机的目标调压值；以及

将所述发电机的目标调压值与所述蓄电池的电压进行比较，当所述发电机的目标调压值大于或者小于所述蓄电池的电压时，控制调节所述发电机的输出电压值，使所述发电机的输出电压值接近所述目标调压值。

进一步地，在除所述发电机的调节器温度之外的其他状态信息不变的前提下，计算得出的所述发电机的目标调压值随着所述发电机的调节器温度升高而降低。

进一步地，在计算得出经所述发电机的调节器温度修正后的所述发电机的目标调压值时，是依照函数y＝f(x₁,x₂,…,x_n)-k*T计算得出所述修正后的目标调压值，其中f(x₁,x₂,…,x_n)为依据所述蓄电池的状态信息、所述车辆的工况信息、所述发动机的状态信息及所述发电机的状态信息计算得出的所述发电机的初始目标调压值，k为针对所述发电机的温度补偿系数，T为所述发电机的调节器温度。

进一步地，控制调节所述发电机的输出电压值的具体方式为：当所述目标调压值大于所述蓄电池的电压时，控制所述发电机调高占空比值以提高所述发电机的输出电压值至达到所述目标调压值；当所述目标调压值小于所述蓄电池的电压时，控制所述发电机调低占空比值以降低所述发电机的电压输出值至达到所述目标调压值。

进一步地，在所述发电机的调压过程中，进一步包括根据用电负载量的大小控制所述发电机的调压速率，当用电负载量越大时，控制所述发电机的调压速率越小。

进一步地，在所述发电机的调压过程中，进一步包括根据所述发动机的效率和所述发电机的扭矩消耗量计算得出所述发电机的励磁电流限值，并优先控制所述发电机的励磁电流值低于所述励磁电流限值。

进一步地，所述发电机的励磁电流限值与所述发动机的效率成正比，所述发电机的励磁电流限值与所述发电机的扭矩消耗量成反比。

本发明还提供一种汽车发电机智能充电控制系统，用于发电机对蓄电池的智能充电控制，该汽车发电机智能充电控制系统包括：

蓄电池状态获取模块，用于获取蓄电池的状态信息；

车辆工况信息获取模块，用于获取车辆的工况信息；

发动机信息获取模块，用于获取发动机的状态信息；

发电机信息获取模块，用于获取发电机的状态信息，其中获取的所述发电机的状态信息中至少包括所述发电机的调节器温度；

发电机调压控制器，用于根据上述获取的所述蓄电池的状态信息、所述车辆的工况信息、所述发动机的状态信息及所述发电机的状态信息，计算得出经所述发电机的调节器温度修正后的所述发电机的目标调压值，并将所述发电机的目标调压值与所述蓄电池的电压进行比较，当所述发电机的目标调压值大于或者小于所述蓄电池的电压时，控制所述发电机对其输出电压值进行调节，使所述发电机的输出电压值接近所述目标调压值。

进一步地，所述发电机调压控制器还进一步用于根据用电负载量的大小控制所述发电机的调压速率，当用电负载量越大时，控制所述发电机的调压速率越小。

进一步地，所述发电机调压控制器还进一步用于根据所述发动机的效率和所述发电机的扭矩消耗量计算得出所述发电机的励磁电流限值，并优先控制所述发电机的励磁电流值低于所述励磁电流限值。

本发明提供的汽车发电机智能充电控制方法，根据获取的蓄电池的状态信息、车辆的工况信息、发动机的状态信息及发电机的状态信息，通过实时计算得出所述发电机的目标调压值，并对所述目标调压值依据发电机的调节器温度进行补偿和修正，使所述发电机的目标调压值随着发电机的调节器温度升高而降低，避免忽略发电机温度的情况下，仅根据逻辑设定强制输出电压导致的发电机性能降低，也避免发电机长时间输出高电压而导致的过热，甚至元器件损坏，可以实现发电机的有效保护。

本发明提供的汽车发电机智能充电控制方法，进一步地在发电机调压过程中，根据用电负载量的大小控制所述发电机的调压速率，当用电负载量越大时，控制所述发电机的调压速率越小，可以避免发电机调压过快导致用电器功能受影响，影响舒适性甚至安全性。

本发明提供的汽车发电机智能充电控制方法，进一步地在发电机调压过程中，根据发动机的效率和发电机的扭矩消耗量计算得出所述发电机的励磁电流限值，并优先控制发电机的励磁电流值低于所述励磁电流限值，可以避免发动机处在低效率区和/或发电机消耗发动机较多扭矩时，发电机仍然采用较大励磁电流而对发动机造成的拖累，可以减少发电机对发动机的扭矩消耗，改善电平衡，进而节省油耗。

附图说明

图1为目前汽车上的电力系统的结构框图。

图2为本实施例中汽车发电机智能充电控制系统的结构框图。

图3为本实施例中汽车发电机智能充电控制方法的流程框图。

图4为本实施例中汽车发电机智能充电控制方法的逻辑框图。

图5为本实施例中发电机调压速率与用电负载量的曲线示意图。

图6为本实施例中发动机效率与发动机效率补偿系数的曲线示意图。

图7为本实施例中发电机扭矩消耗量与发电机扭矩消耗量补偿系数的曲线示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图2为本实施例中汽车发电机智能充电控制系统的结构框图，请参图2，该汽车发电机智能充电控制系统包括蓄电池状态获取模块101、车辆工况信息获取模块102、发动机信息获取模块103、发电机信息获取模块104、发电机调压控制器105以及发电机106，其中发电机调压控制器105与蓄电池状态获取模块101、车辆工况信息获取模块102、发动机信息获取模块103、发电机信息获取模块104及发电机106相连，发电机106还与发动机107及蓄电池108相连。发动机107启动后，发动机107可以带动发电机106进行发电，从而发电机106一方面可以对蓄电池108输出电压并进行充电，另一方面也可以直接为某些用电器(例如汽车的前照灯)进行供电。

为了实现发电机106的智能充电控制，本实施例中，发电机调压控制器105根据蓄电池状态获取模块101、车辆工况信息获取模块102、发动机信息获取模块103和发电机信息获取模块104所获取的状态信息，实时计算得出发电机106的目标调压值，并依据所述目标调压值，控制调节发电机106输出至蓄电池108的输出电压值，使发电机106的输出电压值接近所述目标调压值。也就是说，本发明可以根据车辆运行的不同状态，对发电机106的输出电压值进行调整，实现发电机106对蓄电池108的智能充电控制，从而合理分配发电机106的充电电流，提高发电机106输出电流的利用率，提高燃油利用率，提高车辆的舒适性、可靠性。

图3为本实施例中汽车发电机智能充电控制方法的流程框图，图4为本实施例中汽车发电机智能充电控制方法的逻辑框图。请同时参图2至图4，该汽车发电机智能充电控制方法包括以下步骤：

步骤S101，获取蓄电池的状态信息。

本实施例中，获取的蓄电池的状态信息例如可以包括蓄电池的电压、电流、温度、电量等信息。蓄电池的这些状态信息可以通过蓄电池状态获取模块101获取，蓄电池状态获取模块101例如可以包括蓄电池传感器，通过检测得到所述蓄电池的电压、电流、温度、电量等信息。

步骤S102，获取车辆的工况信息。

本实施例中，获取的车辆的工况信息例如可以包括车辆上电或启动状态、车速、油门信号、刹车信号、环境温度等信息。车辆的这些工况信息可以通过车辆工况信息获取模块102获取，车辆工况信息获取模块102例如可以包括多个传感器，其中车辆上电或启动状态可以通过点火钥匙位置传感器检测得到，车速可以通过车速传感器检测得到，油门信号可以通过油门踏板位置传感器检测得到，刹车信号可以通过刹车踏板位置传感器检测得到，环境温度可以通过温度传感器检测得到。

步骤S103，获取发动机的状态信息。

本实施例中，获取的发动机的状态信息例如可以包括发动机的水温、转速、效率等信息。发动机的这些状态信息可以通过发动机信息获取模块103获取，发动机信息获取模块103例如可以包括传感器以及发动机电控单元(ECU)，其中发动机的水温、转速可以通过传感器检测得到，发动机的效率可以由发动机电控单元根据发动机的相关工作参数计算得到。

步骤S104，获取发电机的状态信息，其中获取的所述发电机的状态信息中至少包括所述发电机的调节器温度。

本实施例中，获取的发电机的状态信息例如可以包括发电机的调节器温度、占空比值、励磁电流等信息。发电机的这些状态信息可以通过发电机信息获取模块104获取，发电机信息获取模块104例如可以包括传感器，通过检测得到所述发电机的调节器温度、占空比值、励磁电流等信息。

步骤S105，根据上述获取的所述蓄电池的状态信息、所述车辆的工况信息、所述发动机的状态信息及所述发电机的状态信息，计算得出经所述发电机的调节器温度修正后的所述发电机的目标调压值。

当车辆上电时(即点火钥匙处在ACC档位，此时发动机尚未启动)，发电机调压控制器105从休眠状态进入到唤醒状态。当车辆点火启动后(即点火钥匙处在ON档位，此时发动机已启动)，发动机107带动发电机106运转，发电机106发电并可对蓄电池108进行充电。发电机调压控制器105即可根据上述获取的所述蓄电池的状态信息、所述车辆的工况信息、所述发动机的状态信息及所述发电机的状态信息，计算得出经所述发电机的调节器温度修正后的所述发电机的目标调压值，并根据所述目标调压值对发电机进行调压。

本实施例中引入针对发电机的温度补偿系数，根据所述发电机的调节器温度实时修正所述发电机的目标调压值。具体地，依照下述函数计算得出经所述发电机的调节器温度修正后的所述发电机的目标调压值：

y＝f(x₁,x₂,…,x_n)-k*T

y为引入发电机的调节器温度进行补偿修正后，计算得出的所述发电机的目标调压值；

f(x₁,x₂,…,x_n)为依据所述蓄电池的状态信息、所述车辆的工况信息、所述发动机的状态信息及所述发电机的状态信息计算得出的所述发电机的初始目标调压值，其中x₁,x₂,…,x_n代表蓄电池电压、蓄电池电量、车速、油门信号、刹车信号、发动机水温、发动机转速、发动机效率等信息；

k为针对发电机的温度补偿系数，其值为0.01V/℃，T为发电机的调节器温度。

本实施例中，发电机带有温度补偿功能，根据经所述发电机的调节器温度修正后的目标调压值对发电机进行调压，在调节发电机的输出电压值时，考虑了发电机自身温度的变化。由于发电机本身的输出特性与温度有关，若发电机温度过高，不仅会影响发电机的输出效率，甚至会损坏发电机的调节器。本实施例在调压过程中，引入针对发电机的温度补偿系数，通过实时检测发电机的调节器温度，在根据获取的蓄电池的状态信息、车辆的工况信息、发动机的状态信息及发电机的状态信息计算得出初始目标调压值后，减去发电机的调节器温度对调压的影响，从而对发电机的目标调压值进行温度补偿和修正，在除发电机的调节器温度之外的其他状态信息不变的前提下，使计算得出的发电机的目标调压值随着发电机的调节器温度升高而降低，避免忽略发电机温度的情况下，仅根据逻辑设定强制输出电压导致的发电机性能降低，也避免发电机长时间输出高电压而导致的过热，甚至元器件损坏，可以对发电机进行有效保护。

步骤S106，将所述发电机的目标调压值与所述蓄电池的电压进行比较，当所述发电机的目标调压值大于或者小于所述蓄电池的电压时，控制调节所述发电机的输出电压值，使所述发电机的输出电压值接近所述目标调压值。

本实施例中，控制调节所述发电机的输出电压值的具体方式为：当所述目标调压值大于所述蓄电池的电压时，控制所述发电机调高占空比值，以提高所述发电机的输出电压值至达到所述目标调压值；当所述目标调压值小于所述蓄电池的电压时，控制所述发电机调低占空比值，以降低所述发电机的电压输出值至达到所述目标调压值。

需要说明的是，由于发电机106与蓄电池108相连，若不考虑发电机106与蓄电池108之间的连接线缆所造成的压降，蓄电池108的电压与发电机106的输出电压值是趋于等同的。因此随着发电机106的输出电压值的调节，蓄电池108的电压也会同步跟随变化并趋于与发电机106的输出电压值等同。但是，在车辆行驶过程中，当车辆状态发生变化时，发电机调压控制器105通过计算得出的所述发电机的目标调压值也会发生变化，当所述目标调压值不等于(大于或者小于)蓄电池108的当前电压时，发电机调压控制器105即会根据变化后的所述目标调压值重新控制调节发电机106的输出电压值，使发电机106的输出电压值接近变化后的所述目标调压值。也就是说，发电机106的调压是动态过程，随着车辆状态变化而随时进行。

随着发电机106持续对蓄电池108充电，当蓄电池108的电量到达第一限值时，则发电机调压控制器105关闭发电机的智能调压功能。当经过一段时间，若蓄电池108的电量低于设定的第二限值(其中第二限值低于上述第一限值)时，发电机调压控制器105重新开启对发电机106的智能调压，即重新开始计算得出的所述发电机的目标调压值，并根据所述目标调压值对发电机的输出电压值进行调节。

本实施例中，发电机调压控制器105可以根据车辆状态的变化，实时计算得出所述发电机的目标调压值，并调节所述发电机的输出电压值，以实现对发电机的智能充电控制，从而可以合理分配发电机的充电电流，避免对电池过充电，延长了电池寿命，同时改善了整车的电平衡，提高燃油利用率，节省油耗。

本实施例提出的汽车发电机智能充电控制方法，根据获取的蓄电池的状态信息、车辆的工况信息、发动机的状态信息及发电机的状态信息，通过实时计算得出所述发电机的目标调压值，并对所述目标调压值依据发电机的调节器温度进行补偿和修正，使所述发电机的目标调压值随着发电机的调节器温度升高而降低，避免忽略发电机温度的情况下，仅根据逻辑设定强制输出电压导致的发电机性能降低，也避免发电机长时间输出高电压而导致的过热，甚至元器件损坏，可以实现发电机的有效保护。

另外，汽车灯光等负载的亮度会随着两端工作电压的变化而变化，亮度变化的快慢与发电机的调压速率(即发电机的电压调节的快慢)有关，调压速率过快会导致灯光变化明显，影响舒适性，甚至安全性。本实施例中，请参图5，图5为本实施例中发电机调压速率与用电负载量的曲线示意图，在对所述发电机的输出电压值进行调节时(上述步骤S106)，进一步包括根据用电负载量的大小控制所述发电机的调压速率，当用电负载量越大时，控制所述发电机的调压速率越小。

考虑到车上用电负载过大，若发电机调压范围较大，容易引起用电器功能的变化，并影响舒适性甚至安全性。本实施例在发电机调压过程中，根据用电负载量控制发电机的电压调节速率，当用电负载越大时，发电机的调压速率越小，此时在调节所述发电机的输出电压值至接近所述目标调压值时，可采取逐步地增大发电机占空比值或逐步地减小发电机占空比值的方式，可以避免发电机调压过快导致用电器功能受影响，影响舒适性甚至安全性。

再者，发电机的励磁电流用于对发电机进行励磁以产生磁场进行发电，励磁电流越大，发电机所发电量越多。发电机的励磁电流是跟随发电机的输出电压值变化而变化的，当发电机的输出电压值增大时，发电机的励磁电流也增大；当发电机的输出电压值减小时，发电机的励磁电流也减小。即在正常情况下，发电机的励磁电流与发电机的输出电压值之间呈正比例变化的，发电机的励磁电流可以看作由发电机的输出电压值除以一个固定值而得到。

但是在某些特殊情况下，例如当发动机工作在低效率区或者当发电机消耗较大的发动机扭矩时，若发电机仍采用较大的励磁电流进行发电，则会增加发电机对发动机的扭矩消耗，不利于改善电平衡，也不利于节省油耗。本实施例在发电机的调压过程中，进一步包括根据发动机的效率和发电机的扭矩消耗量(即发电机对发动机的扭矩消耗量)计算得出所述发电机的励磁电流限值，并优先控制发电机的励磁电流值低于所述励磁电流限值。在此，优先控制发电机的励磁电流值低于所述励磁电流限值的含义为，在发电机的调压过程中，优先满足发电机的励磁电流值低于所述励磁电流限值这个条件，若发电机的励磁电流控制与发电机的输出电压值调节冲突，则不再调节发电机的输出电压值使其接近所述发电机的目标调压值，即发电机的励磁电流的控制效力优先于发电机的输出电压值。例如，在某些特殊情况下，若调节发电机的输出电压值使其接近所述发电机的目标调压值时，会使发电机的励磁电流高于所述励磁电流限值，则优先满足发电机的励磁电流值低于所述励磁电流限值，此时不再调节发电机的输出电压值至接近所述目标调压值。

本实施例中，具体引入下述函数，根据发动机的效率和发电机的扭矩消耗量计算得出所述发电机的励磁电流限值：

y^e＝[f(x₁)+f(x₂)]*y

y^e为励磁电流限值；

y为励磁电流值；

x₁为发动机效率；

f(x₁)为发动机效率补偿系数；

x₂为发电机扭矩消耗量；

f(x₂)为发电机扭矩消耗量补偿系数。

图6为本实施例中发动机效率与发动机效率补偿系数的曲线示意图，请参图6，当所述发动机的效率升高时，发动机效率补偿系数增大，此时所述发电机的励磁电流限值增大，即所述发电机的励磁电流限值与所述发动机的效率成正比。

图7为本实施例中发电机扭矩消耗量与发电机扭矩消耗量补偿系数的曲线示意图，请参图7，当所述发电机的扭矩消耗量增大时，发电机扭矩消耗量补偿系数减小，此时所述发电机的励磁电流限值减小，即所述发电机的励磁电流限值与所述发电机的扭矩消耗量成反比。

本实施例在发电机调压过程中，引入上述发电机励磁电流限值控制函数，根据车况信息实时计算发电机的励磁电流限值，并优先控制发电机的励磁电流值低于该励磁电流限值。本实施例具体从发动机的效率和发电机的扭矩消耗量两个方面综合进行控制，当发动机工作在高效率区时，可提高所述发电机的励磁电流限值；当发电机消耗发动机较多扭矩时，则降低所述发电机的励磁电流限值。通过发动机的效率和发电机的扭矩消耗量计算得出所述发电机的励磁电流限值，并优先控制发电机的励磁电流值低于该励磁电流限值，可以避免发动机处在低效率区和/或发电机消耗发动机较多扭矩时，发电机仍然采用较大励磁电流而对发动机造成的拖累，可以减少发电机对发动机的扭矩消耗，改善电平衡，进而节省油耗。

请参图2，本发明还提供一种汽车发电机智能充电控制系统，用于发电机106对蓄电池108的智能充电控制，该汽车发电机智能充电控制系统包括：

蓄电池状态获取模块101，用于获取蓄电池108的状态信息；

车辆工况信息获取模块102，用于获取车辆的工况信息；

发动机信息获取模块103，用于获取发动机107的状态信息；

发电机信息获取模块104，用于获取发电机106的状态信息，其中获取的所述发电机106的状态信息中至少包括所述发电机106的调节器温度；

发电机调压控制器105，用于根据上述获取的所述蓄电池108的状态信息、所述车辆的工况信息、所述发动机107的状态信息及所述发电机106的状态信息，计算得出经所述发电机106的调节器温度修正后的所述发电机106的目标调压值，并将所述发电机106的目标调压值与所述蓄电池108的电压进行比较，当所述发电机106的目标调压值大于或者小于所述蓄电池108的电压时，控制所述发电机106对其输出电压值进行调节，使所述发电机106的输出电压值接近所述目标调压值。

本实施例中，发电机调压控制器105还进一步用于根据用电负载量的大小控制发电机106的调压速率，当用电负载量越大时，控制发电机106的调压速率越小。

本实施例中，发电机调压控制器105还进一步用于根据发动机107的效率和发电机106的扭矩消耗量计算得出发电机106的励磁电流限值，并优先控制发电机106的励磁电流值低于所述励磁电流限值。

本实施例提供的汽车发电机智能充电控制系统与上述的汽车发电机智能充电控制方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。