高效智能发电机技术的核心概念是发电机VDA效率大于63%,发电机输出电压可根据车辆用电及运行状态确定。发电机调节器可与ECU通信，将发电机的发电电压、当前温度、运转状态和故障等信息发送给ECU，ECU根据车辆运行及电能消耗情况推算出最优的发电电压，并发送指令，控制发电机的发电量。

　　高效智能发电机系统的组成

　　高效智能发电机系统包括高效智能发电机、蓄电池、蓄电池传感器、车身控制器（BCM）、发动机电控单元（ECU）和CAN总线等。智能发电机和蓄电池分别通过发电机调节器和蓄电池传感器与ECU进行通信。ECU一方面负责对发电机、蓄电池及车辆运行状态信号进行分析判断，并据此确定发电机输出电压；另一方面向CAN总线发布蓄电池传感器、发电机状态及故障信息。BCM从CAN总线获取这些信息，并通过驱动仪表上的提示灯告知驾驶员发电机当前状态信息。

　　使用高效智能发电机的优势

　　高效智能发电机的节油特性主要体现在以下两个方面：一、采用高效发电机代替普通发电机，降低了发电过程中的电磁损耗和摩擦损耗；二、高效智能发电机的控制系统可根据车辆加、减速并结合蓄电池状态参数控制发电机的输出电压。在车辆加速时，降低发电机输出电压；车辆减速时，提高发电机输出电压；在车辆怠速或匀速行驶时，根据蓄电池电量情况确定适当的发电电压，从而实现车辆制动能量的部分回收实现节油的同时提高车辆加速性（见图1）。

　　另一方面，高效智能发电机技术可以优化蓄电池性能，使其工作在最佳状态，发挥其最大供电能力。具体来说就是智能发电机系统根据蓄电池电量来决定发电机输出电压，当蓄电池电量高于标准电量，系统将降低发电机电压，以充分利用蓄电池多余能量,保证电池的充电效率。当蓄电池电量低于标准电量时，蓄电池充电效率较高，发电机输出较高电压（见图2）。

　　应用技术方案

　　为了保证高效智能发电机系统可靠工作，必须确定合理的架构以确保发电机、蓄电池与ECU通信顺畅（见图3）。

　　在此架构中，ECU通过LIN线采集发电机、蓄电池状态信息，并从CAN网络采集ABS发出的轮速信号，一方面根据采集的信息和恰当的控制策略确定发电机输出电压并通过LIN线向发电机发送电压控制指令控制发电机输出电压。另一方面ECU把发电机及蓄电池状态信息发送到CAN网络，以便车身控制器BCM从CAN网络获取这些信息并据此进行整车用电负载和充电指示灯管理，从而保证了高效智能发电机系统各零部件通信，为功能实现提供必要的结构保障。以下说明智能发电机各组成零部件的技术方案。

　　1.优化发电机

　　该系统采用VDA效率为67%的智能发电机，发电机发电量根据整车电平衡确定。发电机的调节器需要采用LIN调节器，通过LIN线与ECU双向通信。

　　发电机优化如下：

　　（1）定子铁芯材料采用0.5 mm的矽钢片，矽钢片材料叠片之间气隙小，磁场气隙无法通过叠片流出，有效地降低定子的气隙磁损，提高电机的磁场强度；

　　（2）漆包线线径由原来的φ1.2 mm双线9匝改成φ1.32 mm双线9匝，槽满率由原来的52.8%提高到了63.5%，线径加粗、电阻变小、损耗降低，从而提升性能；

　　（3）发电机定子采用铝端盖外包设计结构，通过铝的热传导性，减少定子温升，效率提高。采用三维有限元方法计算电机三维电磁场分布，对转子爪极爪型进行优化，加强了气隙附近处的磁密度；

　　（4）发电机定、转子间的气隙由原来的0.4 mm降低到0.3 mm，减小了漏磁，增强磁场，提高效率。

　　2.蓄电池

　　为了提高智能发电机的能量回收能力，蓄电池必须具有较高的充放电效率，因此区别于普通铅酸电池，智能发电机系统采用卷绕蓄电池设计。其各项使用性能与普通铅酸电池相比均有提升（见表1）。

　　蓄电池的起动电流和充电能力是影响智能发电机系统充电效率的重要参数。起动电流就是-18 ℃下冷起动瞬间的放电电流，充电能力就是在25℃和50℃环境下不同荷电充电接受能力,即完全充电的蓄电池在25℃和50℃环境下以4.8 A放电至规定荷电状态后以14.4 V限流100 A充电2 min，记录2 min电流值。起动电流越小，蓄电池标准电量可以设定较低水平，蓄电池的充电效率越高，智能发电机能量回收效率就越高。充电接受能力越强，智能发电机能量回收效率就越高。卷绕蓄电池这两方面性能明显优于普通蓄电池，卷绕电池起动电流为15～18 C20，而普通蓄电池起动电流为6～8 C20 ，前者是后者的2～3倍。采用卷绕电池，能使蓄电池在较低电量下仍然能够释放足够的电流使发动机快速起动的同时提高智能发电机能量回收效率。

　　综合前述，蓄电池出色的充电能力、低电量下起动能力为智能发电机高效率回收制动能量奠定了基础。

　　3.蓄电池传感器

　　由于智能发电机系统需求，需要检测蓄电池状态，为此该系统需要引入电池传感器。其功能为给ECU输入蓄电池当前的电压、电流和温度等参数，以及经传感器计算的下次的起动电压与电池SOC状态，供ECU进行策略判断，蓄电池传感器监控的参数见表2。

　　4.ECU

　　为了实现ECU与发电机及蓄电池传感器通信，ECU需要定义LIN PIN脚。另外，ECU还需要集成智能发电机控制模块以保证智能发电机系统有效工作。

　　基于电池SOC的充电：发电机目标发电电压设定受电池实际荷电状态影响，在蓄电池电量正常的情况下，发电机主要根据车辆加、减速状态确定最低输出电压为13 V,最高输出电压为15.5 V。当电池电量不足时，电动机最低输出电压设定值在适当范围线性加大处理，增加发电量。常温下结合蓄电池可靠性及燃油经济性，确定标准电量为70%；低温低速时，蓄电池容易出现电量不足。标准电量就是正常工作中智能发电机系统需要将电池电量保持的目标水平。

　　动态电压控制：ECU根据发动机的转矩变化以及驾驶员的加减速及制动操作等判断车辆的加、减速工况，加速时降低发电电压，减速提高发电电压，实现电压的动态调节。在车辆制动、断油即减速或断油时，发电机以最大电压进行发电，在达到节油效果的同时提高了加速性能。

　　优化发动机起动：发动机起动时，设定较低的发电电压，让发电机不发电，减轻发动机负荷，实现快速起动（见图4）。

　　5.车身控制器（BCM）

　　由于智能发电机只有LIN通讯插头而无L端口，因此传统非智能发电机车辆仪表上的充电指示灯控制方案需要重新设计，需要BCM代替发电机L端口实现对组合仪表充放电指示灯的控制，并要求BCM连入CAN总线。

　　在常规发电机系统中，当发电机转速到达启动转速门限值并稳定一定时间后（通常在1 470 r/min左右时），系统进入正常调节状态。而发电机出现故障状态（如励磁中断、发电机无转速、输出级与B+断路等，则发电机调节器会通过L端口输出低电压，充电指示灯亮（见图5）。故障状态下发电机无法正常发电，车上的用电设备将通过蓄电池供电。

　　而在智能发电机系统中，发电机无L端口，此时发动机起动状态和发电机故障状态需要ECU或其它控制器，根据发电机及发动机运转状态向仪表的充电指示灯提供低电平或切断充电指示灯回路来决定充电指示灯的点亮与熄灭。通常用BCM来控制充电指示灯的点亮与熄灭。

　　在起动过程中，ECU将识别点火钥匙位置和发动机工作状态信息发送到CAN网络，BCM通过CAN网络获取这些信号来进行发动机是否处于起动阶段判断，当点火钥匙处于ON档且发动机处于“起动中”状态时，为发动机起动状态。当点火钥匙处于ON档而发动机处于“已起动”状态时，发动机处于正常运转状态。一旦BCM判断发动机处于起动状态，BCM将给充电指示灯低电平，驱动充电指示灯工作，指示灯点亮。当发动机正常运转时，BCM将切断充电指示灯回路，充电指示灯熄灭。而当发电机出现故障状态时，发电机调节器会将电气故障状态标志位置1，ECU识别到此标志位后，产生一个发电机故障状态参数并发到CAN网络，BCM从CAN上获取该信息后，将提供充电指示灯低电平，充电指示灯点亮。

　　节油效果验证

　　为了验证高效智能发电机技术的节油性能，使用三台样车进行油耗试验。分别在发电机上加装普通发电机系统（配普通调节器）和智能高效发电机系统（配LIN调节器），两套系统的发电机效率分别为58%和63%。试验中通过更换发电机及让ECU与发电机通信端（LIN线）自然悬空即可实现两种技术切换。试验结果确定应用高效智能发电机技术相比普通发电机，在冷、热机状态下总体节油状况和效率提升对节油有较大贡献。

　　此外，如图6所示，发电机在车辆减速或断油状态下大幅提输出电压，在加速时降低发电电压，实现了制动能量的部分回收，这也就是智能发电机技术节油的原因。

　　为了确定发电机效率对节油能力的贡献，还单独对测发电机效率与油耗的关系进行了对比。通过高效（VDA67%）智能发电机和普通发电机（VDA58%）进行试验得知,采用高效智能发电机技术整车冷机可节油1.17%，热机可节油1.25%（NEDC循环），提高发电机效率（由58%提高到66%）贡献的节油率为0.45%，效率每提高1%，可获得0.05%节油率。

　　结束语

　　本文通过论述高效智能发电机的工作原理及应用优势，确定其应用的技术方案，并通过试验验证了使用高效智能发电机技术所带来的节油效果和效率提升，得到如下结论：

　　1.该技术应用不涉及整车布置调整，只要整车具有CAN通讯功能即可应用该技术。

　　2.该技术有助于整车节油，在国家节能减排的政策要求下具有较高的应用价值。

　　3.该技术应用在轿车上，节油率超过1%，其中发电机效率每增加1%，节油率增加0.05%。