CN102545758A - 汽车电源控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种汽车电源控制器，包括：发电机电流测量模块，用于测量汽车发电机的电流；蓄电池参数测量模块，用于测量汽车蓄电池的工作参数；励磁控制模块，用于控制所述汽车发电机的输出电压；以及控制模块，所述控制模块分别与发电机电流测量模块、蓄电池参数测量模块和励磁控制模块连接，用于根据汽车发电机的电流和所述蓄电池的工作参数计算所述蓄电池的工作状态，并根据所述蓄电池的工作状态控制所述励磁控制模块改变所述汽车发电机的输出电压。本发明通过监测蓄电池工作参数，并根据蓄电池工作状态控制发电机输出电压，能够避免出现蓄电池亏电或过充现象，有利于提高蓄电池寿命和提高燃油经济性。并判断电池老化与否，给出预警信息。

Description

汽车电源控制器

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，特别涉及一种汽车电源控制器。

背景技术

目前，汽车电源***一般根据汽车发动机的工作状况对汽车发电机的电压进行调节，稳定发电机的输出电压，避免电压波动对汽车电器造成破坏，起到对汽车的用电***的保护的作用。

现有技术存在的缺点是，对汽车发电机的电压调节没有对整体电源***进行考虑，缺乏对重要电源的保护。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种能够监测蓄电池工作参数，并根据蓄电池工作参数实时调节发电机输出电压的汽车电源控制器。

为达到上述目的，本发明提出一种汽车电源控制器，包括：发电机电流测量模块，用于测量汽车发电机的电流；蓄电池参数测量模块，用于测量汽车蓄电池的工作参数；励磁控制模块，用于控制所述汽车发电机的输出电压；以及控制模块，所述控制模块分别与所述发电机电流测量模块、蓄电池参数测量模块和励磁控制模块连接，用于根据所述汽车发电机的电流和所述蓄电池的工作参数计算所述蓄电池的工作状态，并根据所述蓄电池的工作状态控制所述励磁控制模块改变所述汽车发电机的输出电压。

根据本发明实施例的汽车电源控制器，通过监测蓄电池工作参数，并根据蓄电池工作状态控制发电机输出电压，能够避免出现蓄电池亏电或过充现象，有利于提高蓄电池寿命和提高燃油经济性。

在本发明的一个实施例中，所述蓄电池参数测量模块具体包括：电压测量单元，用于测量所述蓄电池的工作电压；电流测量单元，用于测量所述蓄电池的工作电流；和温度测量单元，用于测量所述蓄电池的工作温度。

在本发明的一个实施例中，所述电压测量单元具体包括：第一电阻，所述第一电阻的一端接收所述蓄电池的工作电压信号，所述第一电阻的另一端与第二电阻和第一运算放大器的同相输入端相连；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻和所述第一运算放大器的同相输入端相连，所述第二电阻的另一端接地；第一运算放大器，所述第一运算放大器的输出端与所述第一运算放大器的反相输入端和第三电阻相连；第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第三电阻的另一端与第一电容和第一稳压二极管相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第三电阻相连，所述第一电容的另一端接地；和第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的一端与所述第三电阻和所述控制模块相连，所述第一稳压二极管的另一端接地。

在本发明的一个实施例中，所述电流测量单元具体包括：霍尔效应传感器，用于输出所述蓄电池的工作电流对应的电压信号；第一分压电路，用于对所述蓄电池的工作电流对应的电压信号进行分压；第二分压电路，用于对-12V的输入电压进行分压；第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一分压电路的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二分压电路的输出端相连，所述第二运算放大器的输出端通过第四电阻与所述第二运算放大器的反相输入端相连；第一RC滤波电路，所述第一RC滤波电路与所述第二运算放大器的输出端相连，用于对所述第二运算放大器的输出信号进行滤波；和第二稳压二极管，所述第二稳压二极管与所述第一RC滤波电路的输出端和所述控制模块相连。

在本发明的一个实施例中，所述电流测量单元的电路与所述发电机电流测量模块的电路相同。

在本发明的一个实施例中，所述温度测量单元具体包括：温度传感器，所述温度传感器的第一输出端输出参考温度值对应的电压信号，所述温度传感器的第二输出端输出所述蓄电池的工作温度对应的电压信号；第二RC滤波电路，所述第二RC滤波电路的输入端与所述温度传感器的第二输出端相连，用于对所述蓄电池的工作温度对应的电压信号进行滤波；第三运算放大器，所述第三运算放大器的同相输入端与所述第二RC滤波电路的输出端相连；第三RC滤波电路，所述第三RC滤波电路的输入端与所述第三运算放大器的输出端相连；第三稳压二极管，所述第三稳压二极管与所述第三RC滤波电路的输出端和所述控制模块相连；第四RC滤波电路，所述第四RC滤波电路的输入端与所述温度传感器的第一输出端相连；和第四稳压二极管，所述第四稳压二极管与所述第四RC滤波电路的输出端和所述控制模块相连。

由此，实现实时监测蓄电池工作状态和发电机工作状态。

在本发明的一个实施例中，所述励磁控制模块具体包括：比较器，所述比较器的第一输入端接收所述电压检测单元检测到的蓄电池的工作电压，所述比较器的第二输入端接收通过所述控制模块设置的参考电压，所述比较器的输出端与光电耦合器相连；光电耦合器，所述光电耦合器的一端与所述比较器的输出端相连，所述光电耦合器的另一端与NMOS管相连；NMOS管，所述MOS管的栅极与所述光电耦合器相连，所述NMOS管的漏极与所述发电机的励磁线圈相连，所述NMOS管的源极通过第五电阻与所述NMOS管的栅极相连。由此，通过控制励磁控制模块能够改变励磁电流，从而改变发电机输出电压。

在本发明的一个实施例中，所述蓄电池的工作状态包括荷电状态SOC和健康状态SOH。所述控制模块计算所述蓄电池的工作状态，进一步包括：判断所述蓄电池的静置时间是否大于预定的时间阈值；如果所述蓄电池的静置时间大于所述预定的时间阈值，则通过开路电压法更新所述SOC和SOH的初始值；如果所述蓄电池的静置时间不大于所述预定的时间阈值，则通过安时法更新所述SOC和SOH的初始值。由此，能够实时计算蓄电池状态以及判断是否老化需要更换，保证安全。

本发明实施例重点在于分情况采用两种不同的计算方法进行计算SOC和SOH，并且能够实时更新参数，达到自学习的目的。

在本发明的一个实施例中，所述控制模块根据所述蓄电池的工作状态控制所述发电机的输出电压，进一步包括：根据所述蓄电池的工作电流判断所述蓄电池处于充电状态或放电状态；根据所述SOC判断所述蓄电池是否需要充放电切换；如果所述蓄电池需要充电，则控制所述参考电压增大以使所述发电机给所述蓄电池充电；如果所述蓄电池需要放电，则控制所述发电机空转不发电。从而避免出现蓄电池亏电或者过充现象，提高蓄电池寿命。

在本发明的一个实施例中，所述汽车电源控制器还包括通信模块，所述通信模块与所述控制模块相连，用于将所述发电机的电流和所述蓄电池的工作参数发送至上位机。由此，有利于汽车整体故障诊断。

在本发明的一个实施例中，所述通信模块具体包括：指令接收单元，所述指令接收单元通过汽车的LIN总线与所述上位机连接，用于接收所述上位机发送的指令信号；发送单元，所述发送单元用于将所述指令信号发送至所述控制模块，以及将所述发电机的电流和所述蓄电池的工作参数发送至上位机；以及信息接收单元，所述信息接收单元与所述控制模块连接，用于接收所述控制模块根据所述指令信号发送的发电机的电流和蓄电池的工作参数。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的汽车电源控制器的结构框图；

图2为本发明实施例的电压测量单元的电路原理图；

图3为本发明实施例的电流测量单元的电路原理图；

图4为本发明实施例的温度测量单元的电路原理图；

图5为本发明实施例的励磁控制模块的电路原理图；

图6为本发明实施例的蓄电池SOC的计算方法的流程图；

图7为根据本发明实施例的汽车电源控制器的发电机电压控制的流程图；

图8为本发明另一个实施例的汽车电源控制器的结构框图；

图9为本发明一个实施例的通信模块的结构框图；以及

图10为本发明实施例的通信模块的电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1为本发明实施例的汽车电源控制器的结构框图。如图1所示，该汽车电源控制器包括：发电机电流测量模块10、蓄电池参数测量模块20、励磁控制模块30和控制模块40。

发电机电流测量模块10用于测量汽车发电机50的电流。蓄电池参数测量模块20用于测量汽车蓄电池60的工作参数。励磁控制模块30用于控制汽车发电机50的输出电压。控制模块40

在本发明的一个实施例中，蓄电池参数测量模块20可包括电压测量单元、电流测量单元和温度测量单元，分别用于测量蓄电池的工作电压、工作电流和工作温度。

图2为本发明一个实施例的电压测量单元的电路原理图。如图2所示，该电压测量单元包括第一电阻R3、第二电阻R4、第一运算放大器OP1、第三电阻R5、第一电容C9和第一稳压二极管DZ3。第一电阻R3的一端接收蓄电池60的工作电压信号，第一电阻R3的另一端与第二电阻R4和第一运算放大器OP1的同相输入端相连。第二电阻R4的一端与第一电阻R3和第一运算放大器OP1的同相输入端相连，第二电阻R4的另一端接地。第一运算放大器OP1的输出端与第一运算放大器OP1的反相输入端和第三电阻R5相连。第三电阻R5的一端与第一运算放大器OP1的输出端相连，第三电阻R5的另一端与第一电容C9和第一稳压二极管DZ3相连。第一电容C9的一端与第三电阻R5相连，第一电容C9的另一端接地。第一稳压二极管DZ3的一端与第三电阻R5和控制模块40相连，第一稳压二极管DZ3的另一端接地。

蓄电池电压信号PBAT直接引入，经过电阻R3和R4分压，再经过运算放大器OP1的信号跟随，再经过电阻R5和电容C9的RC滤波，最后经过稳压二极管DZ3的端口保护，最后得到的信号输入控制模块40的采集端口AD₁。

在本发明一个实施例的中，电流测量单元包括：霍尔效应传感器、第一分压电路、第二分压电路、第二运算放大器、第一RC滤波电路和第二稳压二极管。霍尔效应传感器用于输出蓄电池60的工作电流对应的电压信号。第一分压电路用于对蓄电池60的工作电流对应的电压信号进行分压。第二分压电路用于对-12V的输入电压进行分压。第二运算放大器的同相输入端与第一分压电路的输出端相连，第二运算放大器的反相输入端与第二分压电路的输出端相连，第二运算放大器的输出端通过第四电阻与第二运算放大器的反相输入端相连。第一RC滤波电路与第二运算放大器的输出端相连，用于对第二运算放大器的输出信号进行滤波。第二稳压二极管与第一RC滤波电路的输出端和控制模块40相连。

如图3所示为本发明一个实施例的电流测量单元的电路原理图，霍尔效应传感器输出的代表蓄电池工作电流的电压信号CS1，首先经过电阻R6和R7的分压，再经过电容C12的滤波，输入运算放大器OP2的同相输入端，-12V电压经过电阻R13和电阻R14的分压，输入运算放大器OP2的反相输入端，经过运算放大器OP2后输出的电压值经过电阻R8和电容C13的RC滤波，再经过稳压二极管DZ4的端口保护，最后得到的信号输入控制模块40的采集端口AD₂。

在本发明的一个实施例中，发电机电流测量模块10与电流测量单元的电路原理是一致的，此处不再详细描述。

在本发明的一个实施例中，温度测量单元包括温度传感器、第二RC滤波电路、第三运算放大器、第三RC滤波电路和第三稳压二极管。温度传感器的第一输出端输出参考温度值对应的电压信号，温度传感器的第二输出端输出蓄电池40的工作温度对应的电压信号。第二RC滤波电路的输入端与温度传感器的第二输出端相连，用于对蓄电池的工作温度对应的电压信号进行滤波。第三运算放大器的同相输入端与第二RC滤波电路的输出端相连。第三RC滤波电路的输入端与第三运算放大器的输出端相连。第三稳压二极管与第三RC滤波电路的输出端和控制模块40相连。第四RC滤波电路的输入端与温度传感器的第一输出端相连。第四稳压二极管与第四RC滤波电路的输出端和控制模块40相连。

图4为本发明一个实施例的温度测量单元的电路原理图。如图4所示，采用LM35的温度传感器进行温度的测量，传感器输出两路信号，其中1引脚输出参考温度值GND_LM35对应的电压信号，2引脚输出测量温度值对应的电压信号。测量温度值对应的电压信号通过电阻R3和电容C2的滤波，输入到运算放大器OP3的同相输入端，经过运算放大器OP3输出电压R_LM35。之后，R_LM35和GND_LM35的处理电路是一致的，图4中仅以GND_LM35进行具体说明。GND_LM35经过电阻R1和电容C7的RC滤波，以及稳压二极管DZ1的端口保护，最后得到的信号输入到控制模块40的采集端口AD₄。同样地，温度测量值对应的电压信号最终输入控制模块40的采集端口。

综上，蓄电池的工作电流、工作电压和工作温度以及发电机的电流信号均输入到控制模块40中。由此，能够实时监测蓄电池工作状态以及发电机状态。

在本发明的一个实施例中，励磁控制模块30包括比较器、光电耦合器和NMOS管。比较器的第一输入端接收电压检测单元检测到的蓄电池的工作电压，比较器的第二输入端接收参考电压，比较器的输出端与光电耦合器相连。光电耦合器的一端与比较器的输出端相连，光电耦合器的另一端与NMOS管相连。MOS管的栅极与光电耦合器相连，NMOS管的漏极与发电机的励磁线圈相连，NMOS管的源极通过第五电阻与NMOS管的栅极相连。

图5为本发明一个实施例的励磁控制模块的电路原理图。下面结合图5详细说明励磁控制电路对发电机励磁线圈通断的控制。

测量得到的蓄电池的电压值PV1与控制模块40给出的参考电压Ref通过比较器LM2903做比较运算。当PV1高于Ref时，比较器LM2903的输出端为低电平，光电耦合器LTV-817B处于导通状态，N沟道增强型MOS管IRFZ24N的栅极为高电平，N沟道增强型MOS管断开，励磁线圈断电流，发电机输出电压下降；反之，当PV1低于Ref时，比较器LM2903的输出端为高电平，光电耦合器LTV-817B处于断开状态，N沟道增强型MOS管IRFZ24N的栅极为低电平，N沟道增强型MOS管导通，励磁线圈通电流，发电机输出电压上升。励磁线圈断电时，由于电磁感应产生较大的感应电流，因此通过二极管IN5401进行吸收，同时利用多个电容消除因此产生的电压波动。

在本发明的一个实施例中，通过蓄电池的工作电压、工作电流和工作温度进行蓄电池荷电状态SOC和健康状态SOH的计算。根据不同的电池状态采取不同的SOC和SOH计算方法。如图6所示，首先利用安时法进行SOC和SOH的估算给出初始值，然后判断电池的静置时间是否超过预定的时间阈值(例如2个小时)，如果长时间静置，则使用开路电压法进行下一步SOC和SOH计算更新SOC和SOH参数，反之采用安时法计算后更新SOC和SOH参数。通过多次迭代，实时更新参数，逼近SOC和SOH的真值。由此，能够实时计算蓄电池状态以及判断是否老化需要更换，保证安全。

如图7所示为根据电池状态控制发电机电压的策略。首先，通过测量得到的蓄电池电流参数判断目前电池处于充电或放电状态，例如当电流值小于预定的充电电流值时，判断处于充电状态，当电流值大于预定的放电电流值时，判断处于放电状态。然后，根据得到的SOC值判断是否需要改变充放电状态，例如当SOC值小于预定的SOC最小值时，需要充电，当SOC值不小于1时，需要放电。如果电池需要充电，则调整励磁控制模块30中的参考电压Ref使之减小，根据图5所示的电路可知，发电机给蓄电池充电。反之，如果电池需要放电，则控制发电机空转不发电。

图8为本发明另一个实施例的汽车电源控制器的结构框图。如图8所示，在图1所示的实施例的基础上，该汽车电源控制器还包括通信模块70。通信模块70与控制模块40相连，用于将发电机50的电流和蓄电池60的工作参数发送至上位机80，从而有利于汽车整体故障诊断。

图9为本发明一个实施例的通信模块的结构框图。如图9所示，该通信模块包括指令接收单元710、发送单元720和信息接收单元730。

指令接收单元710通过汽车的LIN总线与上位机80连接，用于接收上位机发送的指令信号。发送单元720用于将指令信号发送至控制模块40，以及将发电机的电流和蓄电池的工作参数发送至上位机80。信息接收单元730用于接收控制模块根据指令信号发送的发电机的电流和蓄电池的工作参数。

如图10所示为本发明一个实施例的通信模块的电路原理图。LIN收发芯片共有8个引脚。引脚2通过一个保护电阻R82连接5V的电压。引脚3接地。引脚5接地，引脚6连接汽车的LIN总线，通过LIN总线与上位机80连接，接收上位机80的指令(图中未示出)，在引脚5和引脚6之间接入稳压二极管TVS2作为保护电路。引脚4为输出信息引脚，与控制模块40的相应端口相连，发送上位机80的指令。引脚1为接收信息引脚，与控制模块40的相应端口相连，接收控制模块40发送的发电机50的电流和蓄电池60的工作参数对应的信号。引脚7连接12V电压，且引脚6和引脚7之间接入二极管D3和电阻R81作为保护电路。引脚8悬空不接。

根据本发明实施例的汽车电源控制器，至少具有以下有益效果：

1、实现了测量蓄电池工作温度、工作电压、工作电流的电路和测量发电机电流的电路，能够实时监测蓄电池工作状态以及发电机状态。

2、通过本发明的SOC和SOH计算算法，能够实时计算蓄电池状态以及判断是否老化需要更换，保证安全。

3、通过本发明的发电机控制策略，能够根据SOC和SOH结果控制发电机励磁电流大小，进而控制发电机输出电压，能够避免出现蓄电池亏电或过充现象，有利于提高蓄电池寿命和提高燃油经济性。

4、通过通信模块，能够将蓄电池状态以及发电机状态实时发送给上位机，有利于汽车整体故障判断。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种汽车电源控制器，其特征在于，包括：

发电机电流测量模块，用于测量汽车发电机的电流；

蓄电池参数测量模块，用于测量汽车蓄电池的工作参数；

励磁控制模块，用于控制所述汽车发电机的输出电压；以及

控制模块，所述控制模块分别与所述发电机电流测量模块、蓄电池参数测量模块和励磁控制模块连接，用于根据所述汽车发电机的电流和所述蓄电池的工作参数计算所述蓄电池的工作状态，并根据所述蓄电池的工作状态控制所述励磁控制模块通过控制发电机通断来改变所述汽车发电机的输出电压，甚至使发电机空转。

2.根据权利要求1所述的汽车电源控制器，其特征在于，所述蓄电池参数测量模块具体包括：

电压测量单元，用于测量所述蓄电池的工作电压；

电流测量单元，用于测量所述蓄电池的工作电流；

温度测量单元，用于测量所述蓄电池的工作温度。

3.根据权利要求1所述的汽车电源控制器，其特征在于，所述蓄电池的工作状态包括荷电状态SOC和健康状态SOH。

4.根据权利要求3所述的汽车电源控制器，其特征在于，所述控制模块计算所述蓄电池的工作状态，进一步包括：

判断所述蓄电池的静置时间是否大于预定的时间阈值；

如果所述蓄电池的静置时间大于所述预定的时间阈值，则通过开路电压法更新所述SOC和SOH的初始值；

如果所述蓄电池的静置时间不大于所述预定的时间阈值，则通过安时法更新所述SOC和SOH的初始值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的汽车电源控制器，其特征在于，所述控制模块根据所述蓄电池的工作状态控制所述发电机的输出电压，进一步包括：

根据所述蓄电池的工作电流判断所述蓄电池处于充电状态或放电状态；

根据所述SOC判断所述蓄电池是否需要充放电切换；

如果所述蓄电池需要充电，则控制所述参考电压增大以使所述发电机给所述蓄电池充电；

如果所述蓄电池需要放电，则控制所述发电机空转不发电；

判断电池是否老化需要更换。

6.根据权利要求1所述的汽车电源控制器，其特征在于，还包括：

通信模块，所述通信模块与所述控制模块相连，用于将所述发电机的电流和所述蓄电池的工作参数，和电池需要更换时的预警信息发送至上位机。

7.根据权利要求6所述的汽车电源控制器，其特征在于，所述通信模块具体包括：

指令接收单元，所述指令接收单元通过汽车的LIN总线与所述上位机连接，用于接收所述上位机发送的指令信号；

发送单元，所述发送单元用于将所述指令信号发送至所述控制模块，以及将所述发电机的电流和所述蓄电池的工作参数发送至上位机；以及

信息接收单元，所述信息接收单元用于接收所述控制模块根据所述指令信号发送的发电机的电流和蓄电池的工作参数。

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