CN100574000C - 汽车电源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车电源管理系统，首先，通过监测蓄电池的状态，控制整车用电器的适用状态，同时控制发电机的发电功率以及输出电压，并向驾驶员提供蓄电池的状态信息，最大程度的优化整车的电平衡；其次，控制整车静态电流，降低静态电流对于蓄电池电量的损耗，保证车辆停放后可正常起动的时间，另外，优化蓄电池的充放电状态，延长蓄电池的使用寿命。

Description

汽车电源管理系统

技术领域

本发明涉及一种电源管理系统，特别是一种汽车的电源管理系统。

背景技术

目前，汽车电子技术已发展到控制系统综合化和信息共享化的新阶段。电器零部件及控制单元的大量增加，使得整车的负载功率也随之上升，加大了对电能的需求；如果不能很好的管理和控制电能的使用，可能会因为发电机供电不足，导致蓄电池对外供电，若蓄电池放电时间过长，则会使蓄电池电量不足，影响车辆的正常起动和安全行使，甚至影响蓄电池的使用寿命。电器零部件及控制单元的大量增加也给静态电流的控制增加了难度，如果不能很好的控制整车的静态电流，将影响整车的停放时间，甚至导致满足不了部分市场的法规要求。因此我们需要对蓄电池状态进行适时监控，并依此对整车电器实施控制，并且适当的调节发电机的发电功率和输出电压，优化整车的电平衡，保证用电系统的稳定运行，提高乘坐的舒适度；同时可以通过对蓄电池的荷电状态和健康状态的监控，来控制蓄电池的充放电状态，保证蓄电池的充放电平衡，优化蓄电池的使用情况，从而延长蓄电池的使用寿命。在车辆停放时，利用电源管理系统来控制用电系统与蓄电池之间的通断，使直接与蓄电池相接的零部件降低到最少，从而使静态电流降到最小，保证在一定的停放时间内，车辆可以正常起动。

发明内容

本发明所要解决的问题一：优化整车的电平衡。监测蓄电池的状态，控制整车用电器的适用状态，同时控制发电机的发电功率以及输出电压，并向驾驶员提供蓄电池的状态信息，最大程度的优化整车的电平衡。

本发明需要解决的问题二：控制整车静态电流，降低静态电流对于蓄电池电量的损耗，保证车辆停放后可正常起动的时间。

本发明需要解决问题三：优化蓄电池的充放电状态，延长蓄电池的使用寿命。

为了优化整车的电平衡，我们通过电源管理系统监测蓄电池的端电压U、蓄电池的充放电电流I、蓄电池的表面温度t；根据U、I、t判断蓄电池的荷电状态SOC、健康状态SOH，控制单元根据蓄电池的荷电状态SOC、健康状态SOH，控制整车用电器的使用状态，同时将信息传递给驾驶员；当蓄电池状态不够理想时，控制单元屏蔽部分舒适性负载，发出警告信息，引起驾驶员的注意，同时调节发电机的发电功率和输出电压，随着蓄电池状态的好转，电源管理系统将自动唤醒被屏蔽的负载；此时驾驶人员可以手工唤醒被屏蔽的负载并中断对发电机发电功率的调节。若蓄电池的状态进一步恶化，控制单元屏蔽所有舒适性负载，发出警告信息，引起驾驶员的注意，同时调节发电机的发电功率和输出电压，随着蓄电池状态的好转，电源管理系统将自动唤醒被屏蔽的负载；此时驾驶人员可以手工唤醒被屏蔽的负载并中断对发电机发电功率的调节。当蓄电池的状态可能会影响车辆正常驾驶时，控制单元将屏蔽除安全驾驶必需的负载外的所有负载，发出警告信息，同时调节发电机的发电功率和输出电压随着蓄电池状态的好转，逐级唤醒被屏蔽的负载，此时驾驶人员无法手工唤醒被屏蔽的负载。

在车辆停止运行时，在车辆没有进入设防状态下，电源管理系统根据蓄电池的状态，判断是否屏蔽负载，在蓄电池电量充足时，所有负载可以正常使用，随着蓄电池电量的降低，将逐步屏蔽或同时屏蔽所有舒适性负载，并进入某种模式，此时可以通过起动发动机等方式来退出该模式。在防盗模式下，电源管理系统，通过对蓄电池、整车用电系统的检测，根据各电器零部件的功能和划分的等级，将所有与车辆安全无关的用电器全部切断(保留对有极易功能的模块的供电)，从而使整车的静态电流降低到最小，对蓄电池的电能消耗最小，能够保证在规定的停放时间内，可以正常起动。

在本发明中，我们还对蓄电池的健康状态进行了监控。我们通过蓄电池的检测单元检测的得出的数据，通过专用软件，分析出蓄电池的健康状态，并根据蓄电池的健康状态和车辆对蓄电池的使用情况，预先判断蓄电池还可以正常使用的时间。同时在车辆的正常运行过程中，我们通过检测蓄电池的端电压U、蓄电池的充放电电流I、蓄电池的表面温度t，判断蓄电池荷电状态SOC和健康状态SOH，通过专业软件的分析判断，再通过电源管理系统的控制部分，对用电系统和发电机发出指令，调节流过蓄电池的电流以及发电机的输出电压，从而可以优化蓄电池的充放电平衡，使蓄电池处于最佳的工作状态，最大限度的延长蓄电池的使用寿命。

附图说明

图1，优化整车的电平衡的原理框图；

图2，控制静态电流的原理框图；

图3，优化蓄电池充发电的原理框图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明方案做进一步详细的阐述。

为了能够优化整车的电平衡、控制整车的静态电流以及优化蓄电池的充放电状态，我们采用以下3种措施：

措施1、优化整车的电平衡

如图1所示，在本发明专利中，我们对整车所有负载按照负载的功能以及整车的电器原理，划分为不同优先级的负载类型。在此为阐述方便，我们将整车负载按照优先级从底到高命名为负载1、负载2、负载3、负载4、负载5，同时根据蓄电池的健康状态，将蓄电池的荷电状态相应的划分为几个预警级别，在此以预警1、预警2、预警3为例来阐述我们的设计理念。

在本发明专利中，在电源管理系统中设计了一个监测单元和控制单元，监测单元用来监测蓄电池的端电压U、蓄电池的充放电电流I、蓄电池的表面温度t，并做简单的分析，将最终监测的结果发送给控制单元，控制单元根据监测的结果，通过专业的软件，分析判断，从而给用电系统及发电机、发动机发出相应的指令，控制负载、发电机的状态，并向驾驶员提供相应的信息。

当电源管理系统判断出蓄电池的荷电状态达到预警1级别时(例如U＝12.6V、I＝0.5A、T＝23℃)，将分别向用电系统和发电机发出指令1，要求优先级较低的负载1被屏蔽，增加发电机的发电功率并调节输出电压，同时给驾驶人员警告1(蓄电池电量不足，负载1被屏蔽)；此时，驾驶人员可以通过人工唤醒功能将被屏蔽的负载唤醒，恢复被屏蔽负载的正常使用。通过电源管理系统的调节，若蓄电池的荷电状态得到缓解，通过检测得出的数据分析得出蓄电池已经达到退出预警1的条件(例如U＝12.65V、I＝0.5A、T＝23℃)，电源管理系统将自动解除指令1，退出预警1状态。

如果在蓄电池荷电状态达到预警1后，在电源管理控制部分采取措施后，由于驾驶人员唤醒了被屏蔽的负载1，或者其他原因，导致蓄电池的荷电状态没有得到好转并进一步恶化，达预警2时(例如U＝12.5V、I＝0.5A、T＝23℃)，电源管理系统将发出指令2，要求屏蔽负载1、负载2，增加发电机发电功率并对输出电压进行调节，同时给驾驶人员警告2(蓄电池电量严重不足，负载1、负载2被屏蔽)；此时，驾驶人员可以通过人工唤醒功能将被屏蔽的负载唤醒，恢复被屏蔽负载的正常使用。随着蓄电池荷电状态的好转，当达到退出预警2条件后(例如U＝12.55V、I＝0.5A、T＝23℃)，系统将自动退出预警2，进入预警1；

如果在蓄电池荷电状态达到预警2后，在电源管理控制部分采取措施后，由于驾驶人员唤醒了被屏蔽的负载1、负载2，或者其他原因，导致蓄电池的荷电状态没有得到好转，并进一步恶化，达到预警3时(例如U＝12.4V、I＝0.5A、T＝23℃)，电源管理系统将发出指令3，要求强行屏蔽负载1、负载2、负载3，增加发电机发电功率并调节输出电压，同时给驾驶人员警告3(蓄电池电量严重不足，已经屏蔽负载1、负载2、负载3，蓄电池剩余电量按照现在的行使状态还可以行使**Km)；此时除了安全驾驶所必需的负载4、负载5外，其他负载全部屏蔽，并要求增加发电机的发电功率和调节发电机的输出电压，补偿蓄电池的电量。在预警3，驾驶人员无法唤醒被屏蔽的负载，随着蓄电池荷电状态的好转，当达到退出预警3条件后(例如U＝12.45V、I＝0.5A、T＝23℃)，系统将自动退出预警3，进入预警2。

通过以上的监测控制，达到了优化整车供电系统与用电系统的电平衡，保证车辆的安全驾驶，同时最大程度的提高了驾乘的舒适度。

措施2：控制整车的静态电流

为了便于阐述，我们沿用措施1中划分负载的方案，将整车负载按照优先级从底到高命名为负载1、负载2、负载3、负载4、负载5。假设负载5包含安全性负载、防盗系统，具有记忆功能的模块。

如图3所示，电源管理系统将车辆停放分为两种类型，在本发明中权且命名为熄火、防盗。熄火指发动机停止运转，在车辆没有点火且没有进入防盗的状态；防盗状态指发动机停止运转，并且得到防盗指令开始进入或者已经进入防盗模式的状态。

熄火状态：此时电源管理系统通过对蓄电池的监测，以及对防盗指令的判断，分析判断得出车辆处于熄火状态，按照整车的电器原理，此时大多数负载是可以正常使用。在这种状态下，我们需要适时监测蓄电池的状态，并且根据蓄电池的端电压U、蓄电池的充放电电流I、蓄电池的表面温度t来分析蓄电池的荷电状态SOC和健康状态SOH，并依此作为依据，给负载发出指令，控制负载的通断，当蓄电池的电量不足或者即将不足时，将发出屏蔽负载的指令(可以根据蓄电池的荷电状态，按照负载的优先级逐级屏蔽负载1、负载2、负载3、负载4，也可以同时屏蔽与防盗以及安全无关的所有负载，即同时断开负载1、负载2、负载3、负载4)，使车辆进入电源保护模式，此时只有通过起动发动机才能解除(或者其它解除方式)。从而达到保护蓄电池、保证车辆正常起动的作用。

防盗状态：电源管理系统通过对蓄电池的监测，以及对防盗指令的判断，分析判断出车辆处于防盗状态。此时防盗系统开始工作或者已经工作，电源管理系统需要在最短的时间内屏蔽或者断开与防盗以及安全无关的所有负载，此时电源管理系统将发出指令，断开负载1、负载2、负载3、负载4，使这些负载与蓄电池之间处于断开状态(对于一些有记忆功能的模块需要保持供电)，从而尽可能的降低整车的静态电流，减少对蓄电池电能的损耗。

通过以上的措施，既可以保证在停车等待时的舒适性，也可以保证蓄电池的电量足以保证车辆的正常行使，同时又使静态电流控制在比较理想的范围内。

措施3：优化蓄电池的充放电状态

如图3，在整车运行过程中，通过电源管理系统的监测单元对蓄电池的端电压U、蓄电池的充放电电流I、蓄电池的表面温度t的监测，对这些参数做简单的分析处理后，将最终数据发送给电源管理系统的控制单元，控制单元对监测结果进行进一步的处理，得出蓄电池的荷电状态SOC以及健康状态SOH，再将SOC、SOH信息输送给专用分析软件，分析判断蓄电池的具体状态，为能更好的阐述本发明专利的设计理念，我们将蓄电池状态化分为以下几种：

状态1：电量不足并对外供电，蓄电池电量还没有达到预警级别，

状态2：电量不足并对外供电，蓄电池电量已经达到预警级别，

状态3：电量不足，不对外供电，也没有得到补偿，蓄电池电量还没有达到预警级别，

状态4：电量不足，不对外供电，也没有得到补偿，蓄电池电量已经达到预警级别

状态5：电量不足，蓄电池电量还没有达到预警级别，发电机正在给蓄电池进行充电，

状态6：电量不足，蓄电池电量已经达到预警级别，发电机正在给蓄电池进行充电。

状态7：电量充足，但是蓄电池正在并对外供电，

状态8：电量充足，不对外供电，也没有得到补偿，

状态9：电量充足，但是发电机正在给蓄电池进行充电。

当蓄电池处于状态1、状态7时，电源管理系统将发出指令，增加发电机的发电功率并调节发电机的输出电压，使蓄电池停止对外供电，或者降低蓄电池对外供电的程度；当蓄电池处于状态2、状态4、状态6时，将按措施1，通过对负载的控制，以及对发电机的发电功率和输出电压的调节，补偿蓄电池的电量；当蓄电池处于状态3、状态5、状态8时，电源管理系统的控制单元不发出控制指令；当蓄电池处于状态9时，为了节约能源，也为了避免因为蓄电池电量饱和，却始终对蓄电池充电，导致蓄电池内温度增高，酸液蒸发而影响蓄电池的寿命，这时电源管理系统的控制单元将发出指令，使发电机的发电功率降低并对发电机的输出电压进行调节。终止蓄电池的充电状态。

在以上的方案中，我们需要经常通过对发电机的输出功率和输出电压的调节来保证蓄电池充放电的平衡，在调节发电机的输出功率的同时，需要调节发电机的输出电压，使发电机的输出电压控制在对蓄电池健康最有利的范围之内。在对发电机的输出功率和发电机的输出电压进行调节的同时，需要根据发动机的实际负载，对发动机的转速做出相应的调节，从而确保发电机可以顺利的按电源管理系统的指令进行调节。

通过对蓄电池的端电压U、蓄电池的充放电电流I、蓄电池的表面温度t、负载、发电机、发动机的检测和调节，达到优化蓄电池的充放电状态，延长蓄电池的使用寿命。同时根据U、I、t，分析计算蓄电池的内阻，并判断蓄电池的健康状态SOH，当健康状态恶化到预警状态时(例如电压降Ud＝0.4V、输出电流I＝50A、T＝23℃)，将向驾驶员发出警告信息。

上述实施方案只是体现本发明技术方案的优选方案，本技术领域的技术人员对其中的某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种电源管理系统，包括监测单元和控制单元，监测单元用来监测蓄电池的参数，并进行简单分析；控制单元包括分析单元和处理单元，分析单元接收监测单元监测到的参数信息，进行分析判断，处理单元接收分析单元的指令，发出相应的处理信息，其特征在于：处理单元进行预警处理、静态电流管理以及蓄电池充放电管理，

预警处理包括多级预警，每一级预警对应于蓄电池荷电状态的一个预警状态，

当分析单元判断出蓄电池的荷电状态达到第一级预警时，将分别向用电系统和发电机发出第一指令，要求优先级较低的第一负载被屏蔽，增加发电机的发电功率并调节输出电压，同时给驾驶人员发出第一警告，此时，驾驶人员可以通过人工唤醒功能将被屏蔽的负载唤醒，恢复被屏蔽负载的正常使用，通过电源管理系统的调节，当蓄电池的荷电状态得到缓解，通过检测得出的数据分析得出蓄电池已经达到退出第一级预警的条件时，电源管理系统将自动解除第一指令，退出第一级预警状态。

2、根据权利要求1的电源管理系统，其特征在于：所述分析处理过程依优先级可重复多次。

3、根据权利要求2的电源管理系统，其特征在于：当分析单元判断出蓄电池的荷电状态达到最高级预警时，除了安全驾驶所必需的负载外，其他负载全部屏蔽，并要求增加发电机的发电功率和调节发电机的输出电压，补偿蓄电池的电量；在最高级预警状态，驾驶人员无法唤醒被屏蔽的负载，随着蓄电池荷电状态的好转，当达到退出最高级预警条件后，系统将自动退出最高级预警，进入次高级预警。

4、根据权利要求1-3任一项所述的电源管理系统，其特征在于：监测的蓄电池参数包括端电压U、蓄电池的充放电电流I以及蓄电池的表面温度t。

5、根据权利要求1-3任一项所述的电源管理系统，其特征在于：蓄电池充放电管理需要适时监测蓄电池的相关参数，并分析蓄电池的状态。

6、根据权利要求5的电源管理系统，其特征在于：电源管理系统根据蓄电池的状态，采取对负载和发电机发电功率的管理，优化蓄电池的充放电状态。

7、根据权利要求6的电源管理系统，其特征在于：电源管理系统根据监测的蓄电池参数，计算蓄电池的健康状态SOH。

8、根据权利要求7的电源管理系统，其特征在于：电源管理系统根据健康状态SOH与预设的预警值比较，当健康状态SOH达到预警值时，发出预警。

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