带有负载管理器的交流发电机充电和配电系统设计实例（一）

介绍：

本实例显示了一个典型的汽车充电和配电系统。在诸如雨夜和交通拥挤的状态下驾驶汽车会消耗掉大量电能。因此，交流发电机和电池需要具有足够的尺寸和容量，以便在极端条件下满足车辆的电气负载而又不会耗尽电池电量。

详述：

这是一直最坏情况,驾驶条件为高负载需求和低车速，整车使用铅酸电池的交流发电机充电和配电系统，该铅酸电池具有典型的电负载和一些自加热线束注意事项。这种最坏情况下，由于在整个驾驶周期中电力需求非常高且车速低，因此电池SOC将继续降低。如果长时间持续行驶，电池可能会完全放电。在这种情况下，采用负载管理方案，增加电池大小和/或发电机大小可以用来保持电池SOC的健康。

实现了负载管理方案，创建负载管理器可以使用SaberRD中的STATE AMS建模工具。

负载管理器在仿真进行时动态地计算电池SOC，如果SOC低于设置的阈值，则动态地关闭一些负载。当SOC恢复到略高于设置的SOC阈值的值时，指定的负载将再次打开。在此示例中，加热器负载的开/关状态由基于STATE AMS的负载管理器模型控制。使用SaberRD零件库中的负载构建块并使用SaberRD中的“Load Profile Editor”工具对电负载进行建模。设置了任意负载曲线以将电负载切换为“ ON”和“ OFF”。“DriveCycle Editor”工具使用标准的典型城市行驶周期来评估系统性能。

本实例中使用行为级交流发电机模型、铅酸电池、保险丝和用于线束连接的自发热线对充电系统进行建模。交流发电机的正输出端通过适当的电路保护装置（例如保险丝）连接到蓄电池的正极端子和车辆的电气负载。交流发电机和电池是充电系统的关键组件。

图1：带有负载管理器的交流发电机充电和配电系统

交流发电机：

典型的汽车交流发电机是一个子系统（组件），它由一个带有电动整流和调节组件的机电转子/定子组件组成。通常，汽车交流发电机带有内置的整流器和调节器，并由内燃机（IC）进行皮带驱动。在此示例中，已对14.4伏和100安培的交流发电机进行了建模。

SaberRD自带的模型库里提供了的“Generator，Level-1，Pulley”模型，gen_table_1.sin具有转速、热箱连接点和使用百分比测试点，可用于表征交流发电机。该模型的thermal针脚限于确定发电机在给定的转子转速下可以提供的最大电流。它对生成器及其性能没有任何其他影响（静态或动态）。在此一级发电机中，未对详细效果或二阶和三阶效果（例如皮带打滑，转子惯性，转矩饱和，波动，比损耗等）进行建模。有关详细信息，请参阅模板说明。

由于交流发电机的位置非常接近车辆中的IC引擎，并且由于自身发热，交流发电机的运行过程中温度将远高于环境温度，通常约为100摄氏度。因此，给定转子速度下的交流发电机输出电流输出能力也将取决于其温度。

为了使用“gen_table_1.sin”表征交流发电机，请使用交流发电机规格中的以下信息。

注：1、如下面的图2和3所示，将交流发电机性能ASCII数据文件（.ai_dat文件）导入TLU工具中以进行编辑或创建新的交流发电机性能特征（例如升级至更高容量）非常容易。只需在TLU中缩放此特性即可）。编辑后，可以使用“File->Export”选项保存.ai_dat文件。注：

2、也可以基于这些ASCII数据文件创建相应的TLU模型。作为参考，在TLU工具中创建了交流发电机电流输出的TLU模型（generator_temp_vs_rpm_vs_current.ai_tlu），该模型包括在本示例中。您可以在本设计示例的安装目录中找到此TLU模型。

图2：交流发电机电流输出曲线

3、交流发电机效率曲线如图3所示。功率损耗（铁损耗，铜损耗，机械损耗，温度损耗等损耗）被归入发电机效率中。输入的整体效率表现是转子转速（RPM）的函数。由于效率仅由转子速度决定，而不是由转子速度和发电机负载电流共同决定，因此效率可能被夸大了（例如，实际为30％时为40％）。因此，仿真结果可以提供最佳情况的效率。但是，先前的比较分析和一些制造商的数据表明，对于> 30 Amps左右的发电机，这种差异变得越来越小。有关更多详细信息，请参阅“gen_table1”模板的模板说明。

图3：发电机效率曲线

电池：

使用SaberRD自带12V铅酸电池模板“Battary,Lead-Acid,Level-2”(模型文件名称：batt_pb_2_v2.sin)表征电池。出于仿真目的，在仿真开始时，假定电池电量为90％SOC（初始充电状态）。以下基本参数用于表征电池：

驱动周期：

“Drive cycle Editor行驶周期编辑器”工具正在使用标准的典型城市行驶周期来评估系统性能。“行驶周期编辑器”将车辆速度描述为时间的函数。“驱动程序循环编辑器”工具还在库（在“文件”菜单下）中包括许多已知的行业标准驱动程序循环，可以加载，使用或更改这些驱动程序循环以适合任何特定的驱动程序和环境条件配置文件。城市大道已使用周期“ CYC_WVU CITY”（持续时间：1408秒）。驾驶周期配置文件可以轻松修改并重新保存。也可以从头开始表征和开发新的驱动周期。

图4：CYCWV CITY驱动周期