帶有負載管理器的交流發電機充電和配電系統設計實例（一）

介紹：

本實例顯示了一個典型的汽車充電和配電系統。在諸如雨夜和交通擁擠的狀態下駕駛汽車會消耗掉大量電能。因此，交流發電機和電池需要具有足夠的尺寸和容量，以便在極端條件下滿足車輛的電氣負載而又不會耗盡電池電量。

詳述：

這是一直最壞情況,駕駛條件為高負載需求和低車速，整車使用鉛酸電池的交流發電機充電和配電系統，該鉛酸電池具有典型的電負載和一些自加熱線束注意事項。這種最壞情況下，由于在整個駕駛周期中電力需求非常高且車速低，因此電池SOC將繼續降低。如果長時間持續行駛，電池可能會完全放電。在這種情況下，采用負載管理方案，增加電池大小和/或發電機大小可以用來保持電池SOC的健康。

實現了負載管理方案，創建負載管理器可以使用SaberRD中的STATE AMS建模工具。

負載管理器在仿真進行時動態地計算電池SOC，如果SOC低于設置的閾值，則動態地關閉一些負載。當SOC恢復到略高于設置的SOC閾值的值時，指定的負載將再次打開。在此示例中，加熱器負載的開/關狀態由基于STATE AMS的負載管理器模型控制。使用SaberRD零件庫中的負載構建塊并使用SaberRD中的“Load Profile Editor”工具對電負載進行建模。設置了任意負載曲線以將電負載切換為“ ON”和“ OFF”?！癉riveCycle Editor”工具使用標準的典型城市行駛周期來評估系統性能。

本實例中使用行為級交流發電機模型、鉛酸電池、保險絲和用于線束連接的自發熱線對充電系統進行建模。交流發電機的正輸出端通過適當的電路保護裝置（例如保險絲）連接到蓄電池的正極端子和車輛的電氣負載。交流發電機和電池是充電系統的關鍵組件。

圖1：帶有負載管理器的交流發電機充電和配電系統

交流發電機：

典型的汽車交流發電機是一個子系統（組件），它由一個帶有電動整流和調節組件的機電轉子/定子組件組成。通常，汽車交流發電機帶有內置的整流器和調節器，并由內燃機（IC）進行皮帶驅動。在此示例中，已對14.4伏和100安培的交流發電機進行了建模。

SaberRD自帶的模型庫里提供了的“Generator，Level-1，Pulley”模型，gen_table_1.sin具有轉速、熱箱連接點和使用百分比測試點，可用于表征交流發電機。該模型的thermal針腳限于確定發電機在給定的轉子轉速下可以提供的最大電流。它對生成器及其性能沒有任何其他影響（靜態或動態）。在此一級發電機中，未對詳細效果或二階和三階效果（例如皮帶打滑，轉子慣性，轉矩飽和，波動，比損耗等）進行建模。有關詳細信息，請參閱模板說明。

由于交流發電機的位置非常接近車輛中的IC引擎，并且由于自身發熱，交流發電機的運行過程中溫度將遠高于環境溫度，通常約為100攝氏度。因此，給定轉子速度下的交流發電機輸出電流輸出能力也將取決于其溫度。

為了使用“gen_table_1.sin”表征交流發電機，請使用交流發電機規格中的以下信息。

注：1、如下面的圖2和3所示，將交流發電機性能ASCII數據文件（.ai_dat文件）導入TLU工具中以進行編輯或創建新的交流發電機性能特征（例如升級至更高容量）非常容易。只需在TLU中縮放此特性即可）。編輯后，可以使用“File->Export”選項保存.ai_dat文件。注：

2、也可以基于這些ASCII數據文件創建相應的TLU模型。作為參考，在TLU工具中創建了交流發電機電流輸出的TLU模型（generator_temp_vs_rpm_vs_current.ai_tlu），該模型包括在本示例中。您可以在本設計示例的安裝目錄中找到此TLU模型。

圖2：交流發電機電流輸出曲線

3、交流發電機效率曲線如圖3所示。功率損耗（鐵損耗，銅損耗，機械損耗，溫度損耗等損耗）被歸入發電機效率中。輸入的整體效率表現是轉子轉速（RPM）的函數。由于效率僅由轉子速度決定，而不是由轉子速度和發電機負載電流共同決定，因此效率可能被夸大了（例如，實際為30％時為40％）。因此，仿真結果可以提供最佳情況的效率。但是，先前的比較分析和一些制造商的數據表明，對于> 30 Amps左右的發電機，這種差異變得越來越小。有關更多詳細信息，請參閱“gen_table1”模板的模板說明。

圖3：發電機效率曲線

電池：

使用SaberRD自帶12V鉛酸電池模板“Battary,Lead-Acid,Level-2”(模型文件名稱：batt_pb_2_v2.sin)表征電池。出于仿真目的，在仿真開始時，假定電池電量為90％SOC（初始充電狀態）。以下基本參數用于表征電池：

驅動周期：

“Drive cycle Editor行駛周期編輯器”工具正在使用標準的典型城市行駛周期來評估系統性能?！靶旭傊芷诰庉嬈鳌睂④囕v速度描述為時間的函數?！膀寗映绦蜓h編輯器”工具還在庫（在“文件”菜單下）中包括許多已知的行業標準驅動程序循環，可以加載，使用或更改這些驅動程序循環以適合任何特定的驅動程序和環境條件配置文件。城市大道已使用周期“ CYC_WVU CITY”（持續時間：1408秒）。駕駛周期配置文件可以輕松修改并重新保存。也可以從頭開始表征和開發新的驅動周期。

圖4：CYCWV CITY驅動周期