CN110901408B - 一种基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法，包括如下步骤：步骤一、启动车辆，采集蓄电池电压和发电机电压，当蓄电池电压在预设值的范围内时，驱动继电器模块接通，太阳能板向蓄电池供电，同时发出警报；步骤二、车辆稳定行驶后，通主控制器判断车辆在行驶的过程中发电机是否发生故障；步骤三、当所述主控制器判断发电机故障时启动继电器模块接通使太阳能板向蓄电池供电；步骤四、当所述蓄电池充电后处于高压状态时，所述主控制器断开继电器模块断开电路停止太阳能板向蓄电池供电。

Description

一种基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法

技术领域

本发明涉及车辆供电设备技术领域，具体涉及一种基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法。

背景技术

因为车辆具有交流发电机和蓄电池两大供电设备。车辆起动是需要蓄电池给用电系统供电(其中，包括起动系统、点火系统和燃油喷射等系统)，这样才能保证车辆顺利起动。另外，车辆在正常行驶过程中，由交流发电机给相关的用电系统供电(除了起动系统外)，保证车辆正常行驶。如果蓄电池没电或者严寒地区蓄电池发电不足起动困难和发电机运行过程中出现了故障，都会导致车辆不能正常运行。

同时，在车辆行驶的过程中，更需要随时监测蓄电池和发电机的用电供电系统，进而保证车辆正常行驶。

发明内容

本发明设计开发了一种基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法，本发明的发明目的之一是在车辆行驶过程中对蓄电池电压和发电机电压监测，对太阳能充放电进行控制，同时对车辆供电系统能够实时监测预警。

本发明的发明目的之二是基于模糊控制模型对发电机是否发生故障进行判断，进而控制太阳能电池板对蓄电池供电。

本发明提供的技术方案为：

一种基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法，包括如下步骤：

步骤一、启动车辆，采集蓄电池电压和发电机电压，当蓄电池电压在预设值的范围内时，驱动继电器模块接通，太阳能板向蓄电池供电，同时发出警报；

步骤二、车辆稳定行驶后，通主控制器判断车辆在行驶的过程中发电机是否发生故障；

步骤三、当所述主控制器判断发电机故障时启动继电器模块接通使太阳能板向蓄电池供电；

步骤四、当所述蓄电池充电后处于高压状态时，所述主控制器断开继电器模块断开电路停止太阳能板向蓄电池供电。

优选的是，在所述步骤二中采用模糊控制模型输出发电机故障概率进而判断发电机是否发生故障，包括如下步骤：

分别将单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁、单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂以及发电机故障概率P转换为模糊论域中的量化等级；

将所述单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁以及所述单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂输入模糊控制模型，均分为7个等级；

模糊控制模型输出为所述发电机故障概率P，分为5个等级；

根据所述发电机故障概率P判断发电机是否发生故障；

其中，所述单位时间内蓄电池电压相对变化率的论域为[-1，1]，所述单位时间内发电机电压相对变化率的论域为[-1，1]，发电机故障概率的论域为[1，0]，设量化因子都为1，设定发电机故障概率的阈值为0.42～0.45中的一个值；

所述发电机故障概率P达到阈值则主控制器判断发电机发生故障。

优选的是，所述单位时间内蓄电池电压相对变化率的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，所述单位时间内发电机电压相对变化率的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，发电机故障概率的模糊集为{B，MB，M，SM，S}；隶属函数均选用三角函数。

优选的是，所述模糊控制模型的控制规则为：

如果单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁输入为NB或者NM，单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂为NB或者NM，则发电机故障概率输出为B，即发电机发生故障；

如果单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁输入为PB或者PM，单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂为PB、PM或者PS，则发电机故障概率输出为S，即发电机未发生故障；

如果发电机故障概率输出为S或者SM，则发电机未发生故障；如果发电机故障概率输出为B或者MB，则发电机发生故障；如果发电机故障概率输出为M，则发电机概率为阈值。

优选的是，还包括：在所述步骤二中，同时还监测蓄电池SOC和环境温度，当环境温度T≤-20时，对所述发电机故障概率P进行校正得到发电机故障校正概率P′：

式中，T为环境温度，T₀为环境校正温度阈值，U_B为蓄电池电压，U_{B_0}为校正蓄电池电压阈值，SOC为蓄电池SOC值，SOC₀为校正蓄电池SOC值阈值，δ₁为第一经验影响系数，取值范围为2.13～2.29，δ₂为第二经验影响系数，取值范围为1.13～1.31，δ₃为第三经验影响系数，取值范围为0.79～0.93；

所述发电机故障校正概率P′达到阈值则所述主控制器判断发电机发生故障。

优选的是，T₀取值为-20℃，U_{B_0}取值为12V，SOC₀取值为80％。

优选的是，δ₁取值为2.2，δ₂取值为1.25，δ₃取值为0.9。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：在车辆稳定行驶后，实时监测蓄电池电压和发电机电压的工作状态，基于模糊控制模型对发电机故障进行判断，进而控制太阳能电池板是否对蓄电池进行充电，通过采集环境温度和蓄电池SOC值对该判断进行校正，进而能够更准确对发电机是否发生故障进行判断。

附图说明

图1是单位时间内蓄电池电压相对变化率的隶属函数。

图2是单位时间内发电机电压相对变化率的隶属函数。

图3是发电机故障概率的隶属函数。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供一种基于太阳能辅助供能的车辆供电系统，其主体包括：主控制器、转换模块、显示模块、可调降压电源模块、继电器控制模块、蓄电池、供电模块、语音报警模块、传感器信号采集电路；

其中，在本实施例中，主控制器采用STC89C52RC作为微处理器，其为车辆太阳能充放电辅助管理系统的微控制器；转换模块采用ADC0809CCN模数转换芯片，其用于将蓄电池的电压值变化的模拟量转换成数字量供主控制器读取；显示模块采用LCD1602液晶显示模块，其首先显示车辆太阳能充放电辅助管理系统的相关信息，然后显示当前蓄电池电压和其工作状态，同时还具有发电机故障标志显示；可调降压电源模块采用大功率可调降压电源模块，其采用非隔离方式的大功率可调降压模块，能够实现可调恒压恒流充电，广泛应用于蓄电池充电，车载电源，稳压电源等场合；继电器控制模块采用1路继电器控制模块，其通过继电器模块控制蓄电池充电电路的通断，保证蓄电池的使用寿命，同时延长汽车一定的行驶里程；蓄电池用于汽车启动或怠速运转时给车上用电设备供电；供电模块采用5V锂电池独立供电，保证系统的正常运转；当发电机出现故障或检测到的蓄电池电压值过高，系统均语音报警模块会发出语音报警，另外当蓄电池欠压时，会有短暂的报警发出，提醒驾驶员应当立即检修蓄电池或发电机；传感器信号采集电路主要进行蓄电池的分压，保证其电压值在可检测范围内，同时还监测蓄电池SOC值和环境温度。

本发明提供一种基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法，包括如下步骤：

步骤一、系统上电后进行各个硬件的初始化操作，然后通过电压信号采集模块进行蓄电池的电压信号采集，将采集到的电压信号转换为电信号送给单片机控制单元，同时在LCD液晶显示模块上实时显示蓄电池电压；车辆太阳能充放电辅助管理系统还检测发电机工作信号，在检测到发电机故障时启动继电器控制开关，开始对蓄电池进行紧急充电。

步骤二、车辆稳定行驶后，通主主控制器判断车辆在行驶的过程中发电机是否发生故障；

步骤三、当所述主控制器判断发电机故障时启动继电器模块接通使太阳能板向蓄电池供电；

步骤四、当蓄电池处于高压状态时，蜂鸣器发出报警，并通过继电器控制模块的断开切断电路，实现对蓄电池的保护，同时还防止了高压的蓄电池在给负载供电时烧毁负载。

系统还在稳压模块输出端设置一个整流二极管防止蓄电池对太阳能电池板进行倒灌，达到保护系统电路的目的。

在所述步骤二中采用模糊控制模型输出发电机故障概率进而判断发电机是否发生故障，包括如下步骤：

分别将单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁、单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂以及发电机故障概率P转换为模糊论域中的量化等级；将单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁以及单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为发电机故障概率P，进而进行判断发电机是否发生故障，发电机故障概率的阈值为0.42～0.51中的一个值，如果发电机故障概率达到设定阈值，判断为发电机发生故障；在本实施例中，为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，将阈值确定为0.47。

单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁的变化范围为[-1，1]，单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂的变化范围为[-1，1]，设定量化因子都为1，因此单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁以单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂的论域分别为[-1，1]和[-1，1]，发电机故障概率的论域为[1，0]；为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，最终将单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁的变化范围分为7个等级，模糊集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，NB表示负大，NM表示负中等，NS表示负小，ZO表示零，PS表示正小，PM表示中正等，PB表示正大；将单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂的变化范围分为7个等级，模糊集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，NB表示负大，NM表示负中等，NS表示负小，ZO表示零，PS表示正小，PM表示中正等，PB表示正大；输出的发电机故障概率分为5个等级，模糊集为{B，MB，M，SM，S}，B表示大，MB表示较大，M表示中等，SM表示较小，S表示小；隶属函数均选用三角形隶属函数，如图1、2、3所示。

模糊控制模型的控制规则选取经验为：

如果单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁为负大或者负中等，单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂为负大或者负中等，则发电机故障概率为大，即发电机发生故障；

如果单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁为正大或者正中等，单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂为正大、正中等或者正小，则发电机故障概率为小，即发电机未发生故障；

也就是说，如果发电机故障概率为“小或较小”，则发电机未发生故障；如果发电机故障概率为“大或较大”，则发电机发生故障；如果发电机故障概率为“中等”，则该发电机故障概率为阈值，此种情况，如果监测过程中单位时间内蓄电池电压和单位时间内发电机电压稍有变化，则必然会有发电机发生故障或未发生故障这两种情况的切换。

具体的模糊控制规则如表1所示。

表1模糊控制规则

在所述步骤二中，同时还监测蓄电池SOC和环境温度，当环境温度T≤-20时，对所述发电机故障概率P进行校正得到发电机故障校正概率P′：

式中，T为环境温度，T₀为环境校正温度阈值，U_B为蓄电池电压，U_{B_0}为校正蓄电池电压阈值，SOC为蓄电池SOC值，SOC₀为校正蓄电池SOC值阈值，δ₁为第一经验影响系数，取值范围为2.13～2.29，δ₂为第二经验影响系数，取值范围为1.13～1.31，δ₃为第三经验影响系数，取值范围为0.79～0.93。

在另一种实施例中，作为一种优选，T₀取值为-20℃，U_{B_0}取值为12V，SOC₀取值为80％，δ₁取值为2.2，δ₂取值为1.25，δ₃取值为0.9。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、启动车辆，采集蓄电池电压和发电机电压，当蓄电池电压在预设值的范围内时，驱动继电器模块接通，太阳能板向蓄电池供电，同时发出警报；

步骤二、车辆稳定行驶后，通主控制器判断车辆在行驶的过程中发电机是否发生故障；

步骤三、当所述主控制器判断发电机故障时启动继电器模块接通使太阳能板向蓄电池供电；

步骤四、当所述蓄电池充电后处于高压状态时，所述主控制器断开继电器模块断开电路停止太阳能板向蓄电池供电；

在所述步骤二中采用模糊控制模型输出发电机故障概率进而判断发电机是否发生故障，包括如下步骤：

分别将单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁、单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂以及发电机故障概率P转换为模糊论域中的量化等级；

将所述单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁以及所述单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂输入模糊控制模型，均分为7个等级；

模糊控制模型输出为所述发电机故障概率P，分为5个等级；

根据所述发电机故障概率P判断发电机是否发生故障；

其中，所述单位时间内蓄电池电压相对变化率的论域为[-1，1]，所述单位时间内发电机电压相对变化率的论域为[-1，1]，发电机故障概率的论域为[1，0]，设量化因子都为1，设定发电机故障概率的阈值为0.42～0.45中的一个值；

所述发电机故障概率P达到阈值则主控制器判断发电机发生故障。

2.如权利要求1所述的基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法，其特征在于，所述单位时间内蓄电池电压相对变化率的模糊集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，所述单位时间内发电机电压相对变化率的模糊集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，发电机故障概率的模糊集为{B，MB，M，SM，S}；隶属函数均选用三角函数；NB表示负大，NM表示负中等，NS表示负小，ZO表示零，PS表示正小，PM表示中正等，PB表示正大；B表示大，MB表示较大，M表示中等，SM表示较小，S表示小。

3.如权利要求2所述的基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法，其特征在于，所述模糊控制模型的控制规则为：

如果单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁输入为NB或者NM，单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂为NB或者NM，则发电机故障概率输出为B，即发电机发生故障；

如果单位时间内蓄电池电压相对变化率ΔE₁输入为PB或者PM，单位时间内发电机电压相对变化率ΔE₂为PB、PM或者PS，则发电机故障概率输出为S，即发电机未发生故障；

如果发电机故障概率输出为S或者SM，则发电机未发生故障；如果发电机故障概率输出为B或者MB，则发电机发生故障；如果发电机故障概率输出为M，则发电机概率为阈值。

4.如权利要求1-3中任一项所述的基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法，其特征在于，还包括：在所述步骤二中，同时还监测蓄电池SOC和环境温度，当环境温度T≤-20℃时，对所述发电机故障概率P进行校正得到发电机故障校正概率P′：

式中，T为环境温度，T₀为环境校正温度阈值，U_B为蓄电池电压，U_{B_0}为校正蓄电池电压阈值，SOC为蓄电池SOC值，SOC₀为校正蓄电池SOC值阈值，δ₁为第一经验影响系数，取值范围为2.13～2.29，δ₂为第二经验影响系数，取值范围为1.13～1.31，δ₃为第三经验影响系数，取值范围为0.79～0.93；

所述发电机故障校正概率P′达到阈值则所述主控制器判断发电机发生故障。

5.如权利要求4所述的基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法，其特征在于，T₀取值为-20℃，U_{B_0}取值为12V，SOC₀取值为80％。

6.如权利要求5所述的基于太阳能辅助供能的车辆供电控制方法，其特征在于，δ₁取值为2.2，δ₂取值为1.25，δ₃取值为0.9。