汽車電源管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

寧波市鄞州職業(yè)高級(jí)中學(xué) 孫航雨

寧波市交通技工學(xué)校 楊迪青

汽車電源管理系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)和控制充電系統(tǒng)的狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)有故障時(shí)發(fā)出診斷信息，提醒駕駛?cè)俗⒁庑铍姵睾桶l(fā)電機(jī)可能存在故障。電源管理系統(tǒng)主要利用已有的車載控制單元功能，使發(fā)電機(jī)效率最大化，管理負(fù)載，協(xié)調(diào)汽車用電設(shè)備的正常工作，使充電系統(tǒng)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響降到最小程度，改善蓄電池充電狀態(tài)、延長(zhǎng)蓄電池壽命。

1 汽車電源管理系統(tǒng)的功能

汽車電源管理系統(tǒng)主要有蓄電池診斷、休眠電源管理和動(dòng)態(tài)電源管理3大功能。

（1）蓄電池診斷功能用于持續(xù)測(cè)定蓄電池的狀態(tài)。通過(guò)電流傳感器監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓、電流和溫度，由此來(lái)判斷蓄電池當(dāng)前的充電狀態(tài)和性能。

（2）休眠電源管理功能是為了在汽車停放期間降低電流的消耗。在點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉的情況下，控制對(duì)各種用電設(shè)備的電流供給。此時(shí)要參考蓄電池診斷給出的數(shù)據(jù)，根據(jù)蓄電池的充電狀態(tài)，逐漸關(guān)閉某些用電設(shè)備，以免蓄電池過(guò)度放電，從而保持汽車的起動(dòng)性能。

（3）動(dòng)態(tài)電源管理功能負(fù)責(zé)在汽車行駛期間將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電量按需分配給不同的用電設(shè)備。當(dāng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電量超過(guò)用電設(shè)備消耗的電量時(shí)，便會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，向蓄電池充電，使其達(dá)到最佳充電狀態(tài)。動(dòng)態(tài)電源管理有充電模式、起動(dòng)模式等工作模式。

1）充電模式。當(dāng)滿足以下任一條件時(shí)，電源管理模塊將進(jìn)入充電模式，將發(fā)電機(jī)目標(biāo)輸出電壓設(shè)置為13.9 V～15.5 V：刮水器開啟并持續(xù)超過(guò)3 s、大功率燈光開啟；冷卻風(fēng)扇、后窗除霧器和空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)工作；蓄電池溫度低于0°C；蓄電池充電狀態(tài)低于80%；電流傳感器出現(xiàn)故障；系統(tǒng)電壓低于12.56 V。

2）起動(dòng)模式。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，電源管理模塊設(shè)置發(fā)電機(jī)的目標(biāo)輸出電壓為14.5 V并持續(xù)30 s。

2 汽車電源管理系統(tǒng)的組成

汽車電源管理系統(tǒng)主要由蓄電池、發(fā)電機(jī)、電流傳感器、電源管理模塊及組合儀表等部件組成。

2.1 電源管理模塊

電源管理模塊主要執(zhí)行監(jiān)測(cè)蓄電池電壓并判定蓄電池的狀態(tài)、通過(guò)提高怠速轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行校正、進(jìn)行診斷并提醒駕駛?cè)说裙δ堋?/p>

當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)置于斷開位置時(shí)，蓄電池停止工作數(shù)小時(shí)后，通過(guò)測(cè)量其斷路電壓來(lái)判斷蓄電池的充電狀態(tài)。充電狀態(tài)可作為一種診斷手段，以確定蓄電池的狀態(tài)。

點(diǎn)火開關(guān)置于接通位置期間，電源管理模塊根據(jù)調(diào)整的蓄電池容量、初始充電狀態(tài)和溫度，持續(xù)估算充電狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，蓄電池放電程度主要由電流傳感器確定。

此外，電源管理模塊用于執(zhí)行調(diào)節(jié)電壓控制，以改善蓄電池充電狀態(tài)、蓄電池壽命和燃油經(jīng)濟(jì)性。這是通過(guò)對(duì)蓄電池充電狀態(tài)和溫度的確定，將充電電壓設(shè)置為不損害蓄電池壽命的最佳充電電壓來(lái)完成的。

圖1 蓄電池標(biāo)簽

2.2 蓄電池

作為主要電源，蓄電池有發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)電源、穩(wěn)壓器、在發(fā)電機(jī)過(guò)載時(shí)作為替代電源等3項(xiàng)功能。通常，在蓄電池標(biāo)簽（圖1）上會(huì)注明額定冷起動(dòng)電流（CCA）和額定容量2個(gè)重要參數(shù)。額定冷起動(dòng)電流是蓄電池在低溫下起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的能力指標(biāo)，是指在低溫（一般為-18 ℃）條件下，12 V蓄電池電壓降至7.2 V前連續(xù)30 s釋放出的電流量。額定容量是指均勻放電20 h，可使用的電流安培數(shù)。例如55 A·h是指該蓄電池可以提供2.75 A電流連續(xù)放電20 h，直到電壓下降至10.5 V（10.5 V是完全放電水平，此時(shí)需對(duì)蓄電池充電）。

2.3 發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子線圈產(chǎn)生交流電（AC），通過(guò)一系列二極管整流轉(zhuǎn)換成供車輛電氣系統(tǒng)使用的直流電（DC），以維持電氣負(fù)載用電，并為蓄電池充電。電壓調(diào)節(jié)器與發(fā)電機(jī)控制裝置集成為一體，控制轉(zhuǎn)子的電流量，以此來(lái)控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓。如果發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)控制電路出現(xiàn)故障，發(fā)電機(jī)默認(rèn)輸出電壓為13.8 V。

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，電壓調(diào)節(jié)器通過(guò)控制脈沖寬度來(lái)改變勵(lì)磁電流，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓，使蓄電池正常充電，電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行。電源管理模塊使用脈寬調(diào)制信號(hào)輸入來(lái)確定發(fā)電機(jī)負(fù)載，向電壓調(diào)節(jié)器提供一個(gè)占空比調(diào)節(jié)的電壓，控制電壓調(diào)節(jié)器接通和斷開磁場(chǎng)電路。

2.4 電流傳感器

電流傳感器與蓄電池負(fù)極電纜連接，用于監(jiān)測(cè)蓄電池電流，并將信號(hào)輸入到電源管理模塊中，由此計(jì)算蓄電池的充電狀態(tài)、功能狀況及壽命。

2.5 組合儀表

當(dāng)充電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，如發(fā)電機(jī)輸出電壓低于11 V或高于16 V，組合儀表會(huì)提醒駕駛?cè)恕ＭǔＳ?種提醒方式，即點(diǎn)亮充電指示燈和顯示文字提示信息。

3 故障案例

故障現(xiàn)象一輛2015款別克君威車，累計(jì)行駛里程約為8萬(wàn)km，偶爾出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速過(guò)高、車窗不能升降、后窗除霧不能開啟、空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)只能低速旋轉(zhuǎn)、儀表盤顯示“電瓶電量低，請(qǐng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)”等故障現(xiàn)象。

故障診斷測(cè)量蓄電池電壓，為12.8 V，且發(fā)動(dòng)機(jī)能夠正常起動(dòng)，可以排除蓄電池故障的可能。將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高到2 000 r/min時(shí)測(cè)量蓄電池電壓，為14.6 V，可以排除發(fā)電機(jī)故障的可能。使用故障檢測(cè)儀讀取電源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流，發(fā)現(xiàn)當(dāng)蓄電池電壓顯示為9.9 V（圖2）時(shí)，故障再現(xiàn)，當(dāng)蓄電池電壓顯示為14.5 V（圖3）時(shí)，故障消失。蓄電池電壓由電流傳感器測(cè)量，由此推斷電流傳感器信號(hào)失準(zhǔn)。

故障排除更換電流傳感器后試車，故障現(xiàn)象未再出現(xiàn)，故障排除。

圖2 故障時(shí)的電源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流 （截屏）

圖3 正常時(shí)的電源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流（截屏）

故障總結(jié)汽車電源管理系統(tǒng)通過(guò)電流傳感器檢測(cè)蓄電池電壓，當(dāng)電壓不足時(shí)，組合儀表提示駕駛?cè)耍⒄{(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的占空比，使其達(dá)到最大發(fā)電量；若電壓依舊不足時(shí)，電源管理模塊調(diào)整怠速轉(zhuǎn)速以補(bǔ)償高電氣負(fù)載，甚至?xí)p少電器負(fù)荷。怠速提高與減負(fù)荷是根據(jù)蓄電池電壓計(jì)算值逐級(jí)激活的，具體的控制策略見(jiàn)表1所列。

表1 怠速提高與減負(fù)荷的控制策略