基于BSG电机的商用车发电装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车发电装置及其控制方法，特别涉及一种基于BSG电机的商用车发电装置及其控制方法。

背景技术

随着时间的发展，商用车改装需求日益多样，上装的用电设备增多、用电功率需求增大（比如：房车改装、救护车改装等），都对商用车基础底盘提出更高的供电要求。

首先，传统商用车改装是用基础底盘上的12V发电机给上装电池组和设备供电。12V发电机需要同时满足基础车12V低压系统和上装电池组及设备的供电需求。12V发电机容量多为150A或220A，而车辆自身的用电峰值可达到120A，可以提供给上装电池组和用电设备使用的功率很小。这就要求12V发电机大负荷且长时间地发电运行。这种传统商用车改装方案不仅充电时间长﹑效率低，还极易造成发电机的损坏，从而导致车辆低压系统供电受到影响，使得车辆不能正常使用。

其次，传统商用车改装，是将上装电池组和用电设备作为负载直接或间接（通过DCDC电压转换）连接到发电机上。此过程中，上装电池组和用电设备不与整车进行信号交互。这种连接和控制方式在发电过程中不能考虑目标车辆的工作状态，严重的影响整车的性能（如动力性、经济性、驾驶性）和排放。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于BSG电机的商用车发电装置及其控制方法，该商用车发电装置在提高发电效率的同时，减小了原装发电机的发电时间和运行负荷，提高了整车的可靠性，商用车发电装置的控制方法优化和改善了发电过程中的车辆性能（动力性、经济性、驾驶性）和排放。

本发明的技术方案：

一种基于BSG电机的商用车发电装置，含有BSG电机、电机控制器、预充DCDC、太阳能电池、太阳能DCDC、上装电池组、电池管理模块（BMS）、发电装置控制器（VCU）和继电器；BSG电机的驱动端通过皮带与商用车的发动机曲轴小轮连接，BSG电机的控制信号口与电机控制器的控制信号口连接，BSG电机的母线通过继电器的触点与电池管理模块的电源端连接，上装电池组与电池管理模块的电池端连接；预充DCDC的输入端与商用车基础底盘上原装的蓄电池连接，蓄电池为预充过程提供能量，预充DCDC的输出端与BSG电机的母线连接；太阳能DCDC的输入端与太阳能电池连接，太阳能DCDC的输出端与电池管理模块的电源端连接；电池管理模块的电源端与上装设备连接，上装设备含有直流上装设备和交流上装设备，电池管理模块的电源端通过上装DCDC与直流上装设备连接，电池管理模块的电源端还通过充逆变一体机与交流上装设备连接；电机控制器、预充DCDC、电池管理模块、上装DCDC、充逆变一体机和太阳能DCDC的通信口均通过第一CAN总线与发电装置控制器的第一通信口连接，发电装置控制器的第二通信口通过第二CAN总线与商用车的整车控制设备连接，发电装置控制器的继电器控制输出端与继电器的线圈连接。

继电器的作用在于：在预充完成之前，发电装置控制器控制继电器的触点保持断开，避免上装电池组因为BSG电机预充过程中电容产生的大电流对上装电池组内部电路造成损害；当预充完成后，发电装置控制器控制继电器的触点吸合，导通充电主回路。

商用车的基础底盘上装配有发电机（12V发电机），发电机的输出连接蓄电池，发电机给商用车的基础底盘的低压系统提供电能。

BSG电机为48V BSG电机；上装电池组为48V电池组；预充DCDC为12V/48V DCDC；蓄电池为12V蓄电池。

上装电池组的容量由改装需求决定，一般为50 Ah～200Ah。BSG电机的功率由上装电池组的容量和上装设备的功率决定，其范围一般为3kw～12kw。

充逆变一体机为48V充逆变一体机，充逆变一体机的交流输入口上可以接市电。

整车控制设备含有整车发动机控制单元（EMS）、变速箱控制单元（TCU）、制动防抱死系统（ABS）和车身控制器（BCM）等。

发电装置控制器为该商用车发电装置的控制核心，发电装置控制器通过控制BSG电机的工作状态和发电功率，给上装电池组和上装设备提供电能；发电装置控制器通过CAN通信分别与电机控制器、预充DCDC、电池管理模块、上装DCDC、充逆变一体机、太阳能DCDC以及整车控制设备交互，联合相关控制策略，控制发电装置的运行。

发电装置控制器通过电池管理模块识别上装电池组的充电许可状态、充电功率需求和剩余电量（SOC）；发电装置控制器通过电机控制器识别BSG电机的工作状态和实时发电能力；发电装置控制器通过整车控制设备识别整车所处的不同工况，计算发动机的发电能力，结合控制逻辑，对整个BSG电机的发电过程进行控制。

一种上述基于BSG电机的商用车发电装置的控制方法，采用发电装置控制器来控制，具体含有如下步骤：

步骤1，发电装置控制器通过与整车发动机控制单元通信后判断商用车当前是否处于启动状态；如果处于非启动状态，则发电装置控制器控制BSG电机不发电，并重新进入步骤1；如果处于启动状态，则进入步骤2；

步骤2，发电装置控制器通过与电池管理模块通信后判断上装电池组是否允许充电；如果不是，则发电装置控制器控制BSG电机不发电，并重新进入步骤2；如果是，则进入步骤3；

步骤3，判断商用车当前是否处于驻车状态；如不是驻车状态，则进入步骤5；如是驻车状态，则进入步骤4；

步骤4，发电装置控制器与整车发动机控制单元通信，请求发动机的目标转速为怠速转速

确定发电装置控制器请求BSG电机的允许发电功率

上装电池组和上装设备的需求充电功率

BSG电机的发电能力限值

发动机允许发电能力限值

式中，

考虑上装电池组的剩余电量和发动机效率（最佳燃油区间），确定当前驻车时BSG电机的发电功率

发电装置控制器与电机控制器通信，请求BSG电机的发电扭矩

步骤5，发电装置控制器通过与车身控制器通信后得到商用车的行驶路况，通过与电池管理模块通信后得到上装电池组的剩余电量，然后根据行驶路况和上装电池组的剩余电量判断是否请求行车发电；如果不是，则进入步骤8；如果是，则进入步骤6；

步骤6，确定发电装置控制器请求BSG电机的允许发电功率

上装电池组和上装设备的需求充电功率

BSG电机的发电能力限值

发动机允许发电能力限值

式中，

结合上装电池组的剩余电量和发动机效率（最佳燃油区间），确定当前行车时BSG电机的充电功率

发电装置控制器与电机控制器通信，请求BSG电机的发电扭矩

步骤7，发电装置控制器通过与电机控制器和电池管理模块通信来监控BSG电机的充电过程，并检测上装电池组的剩余电量是否达到目标剩余电量；当上装电池组的剩余电量达到目标剩余电量时，发电装置控制器控制BSG电机退出发电过程；

步骤8，结束。

步骤5中，根据行驶路况和上装电池组的剩余电量判断是否请求行车发电的方法如下：发电装置控制器通过与整车控制设备通信后得到商用车的平均车速和挡位，再根据平均车速和挡位确定商用车的行驶路况，行驶路况含有：市区道路﹑市郊道路和高速道路；

如果商用车行驶在市区道路上，且上装电池组的剩余电量为低电量时，则请求行车发电；

如果商用车行驶在市郊道路上，且上装电池组的剩余电量为低电量或中电量时，则请求行车发电；

如果商用车行驶在高速道路上，则请求行车发电。

不同的行驶路况分别对应不同的平均车速和挡位，各行驶路况对应的平均车速和挡位通过对实际行驶的车辆检测后获得；低电量﹑中电量和高电量通过上装电池组的剩余电量的值来区分，该区分方式通过对实际行驶的车辆实验后获得。

步骤4中，上装电池组的允许充电功率

步骤6中，上装电池组的允许充电功率

当商用车处于行车工况时，BSG电机发电的同时，保证了整车的经济性、动力性和排放目标。并且，发电装置控制器根据行驶路况和上装电池组的剩余电量，决定是否请求行车发电，优化了BSG电机发电过程对整车驾驶性的影响。

本发明的有益效果：

1、本发明的基于BSG电机的商用车发电装置在商用车基础底盘上原装有发电机的基础上，在发动机上加装BSG电机，为上装电池组和上装设备提供电能，在提高发电效率的同时，减小了发电机的发电时间和运行负荷，提升了发电机的使用寿命，提高了整车可靠性。

2、本发明的商用车发电装置的控制方法从车辆的实际状态出发，结合上装电池组及上装设备的状态和功率，实时考虑BSG电机的发电能力，通过调整BSG电机的发电扭矩，优化和改善了发电过程中的车辆性能（动力性、经济性、驾驶性）和排放。

附图说明

图1为基于BSG电机的商用车发电装置的电力线路示意图；

图2为基于BSG电机的商用车发电装置的信号线路示意图。

具体实施方式

参见图1～图2，图中，基于BSG电机的商用车发电装置含有BSG电机、电机控制器、预充DCDC、太阳能电池、太阳能DCDC、上装电池组、电池管理模块（BMS）、发电装置控制器（VCU）和继电器；BSG电机的驱动端通过皮带与商用车的发动机曲轴小轮连接，BSG电机的控制信号口与电机控制器的控制信号口连接，BSG电机的母线通过继电器的触点与电池管理模块的电源端连接，上装电池组与电池管理模块的电池端连接；预充DCDC的输入端与商用车基础底盘上原装的蓄电池连接，蓄电池为预充过程提供能量，预充DCDC的输出端与BSG电机的母线连接；太阳能DCDC的输入端与太阳能电池连接，太阳能DCDC的输出端与电池管理模块的电源端连接；电池管理模块的电源端与上装设备连接，上装设备含有直流上装设备和交流上装设备，电池管理模块的电源端通过上装DCDC与直流上装设备连接，电池管理模块的电源端还通过充逆变一体机与交流上装设备连接；电机控制器、预充DCDC、电池管理模块、上装DCDC、充逆变一体机和太阳能DCDC的通信口均通过第一CAN总线CAN1与发电装置控制器的第一通信口连接，发电装置控制器的第二通信口通过第二CAN总线CAN2与商用车的整车控制设备连接，发电装置控制器的继电器控制输出端与继电器的线圈连接。

继电器的作用在于：在预充完成之前，发电装置控制器控制继电器的触点保持断开，避免上装电池组因为BSG电机预充过程中电容产生的大电流对上装电池组内部电路造成损害；当预充完成后，发电装置控制器控制继电器的触点吸合，导通充电主回路。

商用车的基础底盘上装配有发电机（12V发电机），发电机的输出连接蓄电池，发电机给商用车的基础底盘的低压系统提供电能。

该商用车发电装置应用在基于轻客底盘的改装房车项目中；BSG电机为48V BSG电机，BSG电机的额定功率为4kw；上装电池组为48V-150Ah磷酸铁锂电池组；预充DCDC为12V/48V DCDC；蓄电池为12V蓄电池，太阳能电池的发电功率约500w，充逆变一体机为48V充逆变一体机，充逆变一体机的额定输出功率为5kw，上装DCDC的额定功率2kw。通过BSG电机的驻车发电和行车发电功能，为上装电池组、电动空调、电磁炉、电冰箱以及其它电气化改装提供电能。

充逆变一体机的交流输入口上可以接市电。

整车控制设备含有整车发动机控制单元（EMS）、变速箱控制单元（TCU）、制动防抱死系统（ABS）和车身控制器（BCM）等。

发电装置控制器为该商用车发电装置的控制核心，发电装置控制器通过控制BSG电机的工作状态和发电功率，给上装电池组和上装设备提供电能；发电装置控制器通过CAN通信分别与电机控制器、预充DCDC、电池管理模块、上装DCDC、充逆变一体机、太阳能DCDC以及整车控制设备交互，联合相关控制策略，控制发电装置的运行。

发电装置控制器通过电池管理模块识别上装电池组的充电许可状态、充电功率需求和剩余电量（SOC）；发电装置控制器通过电机控制器识别BSG电机的工作状态和实时发电能力；发电装置控制器通过整车控制设备识别整车所处的不同工况，计算发动机的发电能力，结合控制逻辑，对整个BSG电机的发电过程进行控制。

上述基于BSG电机的商用车发电装置的控制方法采用发电装置控制器来控制，具体含有如下步骤：

步骤1，发电装置控制器通过与整车发动机控制单元通信后判断商用车当前是否处于启动状态；如果处于非启动状态，则发电装置控制器控制BSG电机不发电，并重新进入步骤1；如果处于启动状态，则进入步骤2；

步骤2，发电装置控制器通过与电池管理模块通信后判断上装电池组是否允许充电；如果不是，则发电装置控制器控制BSG电机不发电，并重新进入步骤2；如果是，则进入步骤3；

步骤3，判断商用车当前是否处于驻车状态；如不是驻车状态，则进入步骤5；如是驻车状态，则进入步骤4；

步骤4，发电装置控制器与整车发动机控制单元通信，请求发动机的目标转速为怠速转速

确定发电装置控制器请求BSG电机的允许发电功率

上装电池组和上装设备的需求充电功率

BSG电机的发电能力限值

发动机允许发电能力限值

式中，

其中9550为电机功率的计算系数，是常量；

考虑上装电池组的剩余电量和发动机效率（最佳燃油区间），确定当前驻车时BSG电机的发电功率

发电装置控制器与电机控制器通信，请求BSG电机的发电扭矩

步骤5，发电装置控制器通过与车身控制器通信后得到商用车的行驶路况，通过与电池管理模块通信后得到上装电池组的剩余电量，然后根据行驶路况和上装电池组的剩余电量判断是否请求行车发电；如果不是，则进入步骤8；如果是，则进入步骤6；

步骤6，确定发电装置控制器请求BSG电机的允许发电功率

上装电池组和上装设备的需求充电功率

BSG电机的发电能力限值

发动机允许发电能力限值

式中，

结合上装电池组的剩余电量和发动机效率（最佳燃油区间），确定当前行车时BSG电机的充电功率

发电装置控制器与电机控制器通信，请求BSG电机的发电扭矩

步骤7，发电装置控制器通过与电机控制器和电池管理模块通信来监控BSG电机的充电过程，并检测上装电池组的剩余电量是否达到目标剩余电量；当上装电池组的剩余电量达到目标剩余电量时，发电装置控制器控制BSG电机退出发电过程；

步骤8，结束。

步骤5中，根据行驶路况和上装电池组的剩余电量判断是否请求行车发电的方法如下：发电装置控制器通过与车身控制器通信后得到商用车的平均车速和挡位，再根据平均车速和挡位确定商用车的行驶路况，行驶路况含有：市区道路﹑市郊道路和高速道路；

如果商用车行驶在市区道路上，且上装电池组的剩余电量为低电量时，则请求行车发电；

如果商用车行驶在市郊道路上，且上装电池组的剩余电量为低电量或中电量时，则请求行车发电；

如果商用车行驶在高速道路上，则请求行车发电。

上述判断过程用表格的方式表示如下：

不同的行驶路况分别对应不同的平均车速和挡位，各行驶路况对应的平均车速和挡位通过对实际行驶的车辆检测后获得；低电量﹑中电量和高电量通过上装电池组的剩余电量的值来区分，该区分方式通过对实际行驶的车辆实验后获得。

步骤4中，上装电池组的允许充电功率

步骤6中，上装电池组的允许充电功率

当商用车处于行车工况时，BSG电机发电的同时，保证了整车的经济性、动力性和排放目标。并且，发电装置控制器根据行驶路况和上装电池组的剩余电量，决定是否请求行车发电，优化了BSG电机发电过程对整车驾驶性的影响。