CN101633354A - 一种具备电源管理的汽车起停控制芯片 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种具备电源管理的汽车起停控制芯片，包括：电池类参数输入引脚、第一硬件运行类参数输入引脚、第二硬件运行类参数输入引脚、存储单元、起停决策处理单元、用电负载调整单元、发动机控制信号输出引脚、发电机控制信号输出引脚、及调整信号输出引脚，在汽车短暂停车时能够在不停止整车系统运行的情况下停止发动机。本发明的有益效果在于：能够对汽车的电源资源有效管理，节约能源。

Description

一种具备电源管理的汽车起停控制芯片

技术领域

本发明涉及一种汽车起停控制芯片，特别涉及一种高集成的具备电源管理的汽车起停控制芯片。

背景技术

现代社会，随着国民经济的高速度发展，带动城市中的车辆也出现高速度的增长。例如，在我国，从1978年到1993年，汽车产量由14.9万辆增加到128万辆，增长7.6倍，即使当世界汽车工业出现严重滑坡时，我国1993年的汽车产量仍比1990年增产151％，增长速度仍居世界首位。当车辆越来越普遍的进入普通民众的生活，而城市的道路建设、交通管理、及交通安全设施的不能配套完善，不可避免就会出现交通堵塞问题。尤其现阶段，我国的道路交通设施不完善、轨道交通极少、交通管理及交通安全设施不到位、车辆发展与道路发展的不协调、城市发展与交通供给之间的不协调、道路交通建设与交通拥挤区域缓解的不协调、混合交通与占路现象严重，使进一步增加了拥堵问题。此外，经济的发展也大大刺激了客货运量的增加，特别是90年代以来，其增长速度更快。与此同时，私家车的增长等，诸多因素造成了交通堵塞问题日益严重。

在城市行驶的各车辆中，由于交通堵塞或红灯等状况时，车辆经常会处于制动的情况，此时，大部分驾驶员通常会采用发动机空转的方式来停止车辆的运行，而在此过程中，发动机所消耗的资源没有任何意义，反而会产生大量废弃排放。但若采用整车停止运转的方式，不仅再启动较为麻烦，且在冬天等户外温度较低的情况下，容易产生启动困难的情况。请参阅图1，其为一城市车辆行驶状态分布图，由图可见，在某一时刻，处于制动状态的车辆比处于停止和行驶的车辆的总和还要多，显然，处于制动状态的车辆的能量消耗也是惊人的。针对这一能量的浪费，各汽车研发机构纷纷开展各项汽车起停研究，尽管也已提出汽车在等待红绿灯的短暂时间内令发动机暂时停转的各种方案，但多数方案较为简单，如申请号为：200610098171.8的中国专利，公开了一种混合动力汽车的发动机起停控制方法，其通过HCU、MCU等控制电机实现发动机的快速起动。

因此，如何对汽车进行全面有效的管理以达到更为节能的目的，已经成为本技术领域人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备电源管理的汽车起停控制芯片及方法，以解决现有技术的不足。

为解决上述技术方案，本发明提供一种具备电源管理的汽车起停控制芯片，包括：

供电类输入引脚，用于将外部电源接入；

时钟类输入引脚，用于接入时钟信号；

电池类参数输入引脚，用于与设置在汽车内的电池检测模块输出端相连接，以将所述电池检测模块所检测出的汽车电池的当前电压、电流、温度、及内阻接入；

第一硬件运行类参数输入引脚，用于与设置在汽车内的第一硬件运行状态检测模块输出端相连接，以将所述第一硬件运行状态检测模块所检测出的汽车的离合器的位置信息、档位位置信息、油门位置信息、及车轮的转速信息接入；

第二硬件运行类参数输入引脚，用于与设置在汽车内的第二硬件运行状态检测模块输出端相连接，以将所述第二硬件运行状态检测模块所检测出的发电机运行参数、发动机的温度信息、空调的运行状态信息、雨刷的运行状态、及电加热器的运行状态接入；

存储单元，用于存储所述汽车电池的电量、电流、温度、内阻之间关系的关系模型；

电池管理分析单元，与所述电池类参数输入引脚和所述第一及第二硬件运行类参数输入引脚相连接，用于根据所述电池类参数输入引脚接入的各电池类参数、时间量、以及所述存储单元所提供的关系模型计算所述电池当前的电量；

起停决策处理单元，与所述第一硬件运行类参数输入引脚及电池管理分析单元相连接，用于根据所述第一硬件运行类参数输入引脚接入的各参数分析汽车的当前状态，并当当前车轮的转速为0、所述发动机空转且未挂档、及所述电池当前的电量超过预设值时，发出使发动机暂时停止转动的暂停信号，并根据后续检测到的离合器的位置信息和油门位置信息发出使发动机快速启动的启动信号；

用电负载调整单元，与所述第二硬件运行类参数输入引脚相连接，用于根据所述第二硬件运行类参数输入引脚接入的各参数计算当前能驱动的汽车电负载值，进而发出调整汽车内配置的各电负载器件的运行以实现必要且舒适的能源消耗的调整信号；

发动机控制信号输出引脚，与所述起停决策处理单元相连接，用于输出所述起停决策处理单元发出的暂停信号和启动信号以控制发电机和电池向发动机的供电来控制发动机的快速停止与启动，由此实现汽车的快速起停；

调整信号输出引脚，与所述用电负载调整单元相连接，用于输出所述用电负载调整单元发出的调整信号，以调整所述各电负载器件的运行。

较佳的，所述的具备电源管理的汽车起停控制芯片还包括：与所述电池管理分析单元相连接且用于输出所述电池当前电量的电池状态类输出引脚，若所述存储单元还存储有电池的寿命、温度、内阻之间关系的寿命模型，所述电池管理分析单元还用于根据所检测出的所述电池的当前温度及内阻、及所述寿命模型计算所述电池寿命，则所述电池状态类输出引脚还输出所述电池寿命。

较佳的，所述电池管理分析单元还包括计算电池健康状态变量的子单元，所述电池健康状态变量也通过电池状态类输出引脚输出。

较佳的，所述电池健康状态变量包括充电时机变量、电池风险变量、及电机状态量。

较佳的，若所述起停决策处理单元还与所述第二硬件运行类参数输入引脚相连接时，所述起停决策处理单元则用于根据所述第一及第二硬件运行类参数接入引脚输入的各参数分析汽车的当前状态，并当当前车轮的转速为0、所述发动机空转且未挂档、所述电池当前的电量超过预设值、发动机无需提供空调、雨刷、电加热器及发电机的运行、及发动机的温度在允许范围内时，发出使发动机暂时停止转动的暂停信号。

较佳的，所述起停决策处理单元在发出的启动暂停信号中包括调整发动机活塞位置的信号，以便使发动机能够在0.6s内快速启动。

较佳的，所述调整发动机活塞的位置的信号进一步包括进行预喷油操作的子信号。

较佳的，所述具备电源管理的汽车起停控制芯片还包括：充放电决策单元，与所述第一硬件运行类参数输入引脚相连接，用于根据所述电池管理分析单元计算出的所述电池当前的电量及油门的位置信息发出相应的充放电信号；及发电机控制信号输出引脚，与所述充放电决策单元相连接，用于输出所述充放电决策单元发出的充放电信号，以便实现当汽车加速时停止向电池充电、而减速时向电池充电的功能。

较佳的，若所述电池管理分析单元还包括计算电池的充电电压、及充电电流的子单元，所述充放电决策单元则根据所述电池管理分析单元计算出的所述电池当前的电量、充电电压、充电电流及油门的位置信息发出相应的充放电信号。

较佳的，所述各电负载器件可包括各种车灯、油泵、电转向、空调、能加热的座椅、及雨括中的多种或全部。

本发明的有益效果在于：能够对汽车的电源资源有效管理，节约能源。

附图说明

图1为城市行驶状态示意图。

图2为具备电源管理的起停控制芯片及其外部连接的模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

请参阅图2，本发明提供的具备电源管理的汽车起停控制芯片，包括：

供电类输入引脚(为简化图示，图中并未示出)，用于将外部电源接入，以向芯片内部各部件提供必要的能量。

时钟类输入引脚(为简化图示，图中并未示出)，用于接入时钟信号，以向芯片内部各部件提供时钟信号。

电池类参数输入引脚，用于与设置在汽车内的电池检测模块(通常可包括电池传感器)输出端相连接，以将所述电池检测模块所检测出的汽车电池状态SOX，即电池当前电压、电流、温度、及内阻输入，其可设置为一个或多个引脚，以便将各参数接入。

第一硬件运行类参数输入引脚，用于与设置在汽车内的第一硬件运行状态检测模块输出端相连接，以将所述第一硬件运行状态检测模块所检测出的汽车的离合器的位置信息、档位位置信息、油门位置信息、及车轮的转速信息，其也可设置为一个或多个引脚，以便将各参数接入。需注意的是，其中，根据油门位置信息及车轮的转速信息等来判断刹车信号或停车信号，通常通过ABS车速管理单元来执行，因此，第一硬件运行状态检测模块可包括ABS车速管理单元。

第二硬件运行类参数输入引脚，用于与设置在汽车内的第二硬件运行状态检测模块输出端相连接，以将所述第二硬件运行状态检测模块所检测出的发电机运行参数、发动机的温度信息(即发动机冷却需求)、空调的运行状态信息、雨刷的运行状态、及电加热器的运行状态输入，其也可设置为一个或多个引脚，以便将各参数接入。

存储单元，用于存储所述汽车电池的电量、电流、温度、内阻之间关系的关系模型，此外，其还可存储电池的寿命、温度、内阻之间关系的寿命模型。

电池管理分析单元，与所述电池类参数输入引脚和所述第一及第二硬件运行类参数输入引脚相连接，用于根据所述电池类参数输入引脚输入的各电池类参数、时间量、以及所述存储单元所提供的关系模型计算所述电池当前的电量、及反应电池健康状态的充电时机变量、电池风险变量、电机状态量等等约上百个量。

其中，充电时机变量，也称充电强度变量，表示电机在何时对整车充电，充电强度的控制，充电时长的控制，比如负载重时，电池状态好时，充电就减少，甚至不充电，而负载轻时，电池状态差时，充电强度加大，刹车或减速时，就强加充电，充电时机变量与电机自动自己测试的负载度量、及电池健康度量(由时间和SOC，放电加速度算法得来)有关，负载度与充电强度变量成反比，电池健康度与充电强度量成反比，在保证转向，油泵，发动机等的用电电压(比如转向中12.8伏)这些安全量满足之后，进行上述两个反比算法，得出充电时机(强度)变量；

电池风险变量表示在汽车使用时电池的情况是否能够支持熄火后再启动车辆的能力，如果计算出电池能够很轻易的支持汽车启动，则电池风险变量小，如果电池风险处于最大时，就会加强充电，减少负载，保证整车起停的功能和汽车再启动功能，电池风险变量的算法是：连续计算电池在同一环境温度下停车三天后的启动电流瞬间放电量，该启动电流瞬间放电量的算法为：计算三天的电池的自放动量，整车静态耗电耗掉的电池电量，减去这两个量后，得出一个电池电量，这个电池电量再乘以电池剩余寿命因子，再通过非线性插值算法，得出启动电流大小，即启动电流瞬间放电量，所述启动电流瞬间放电量再和装在ECU中的该温度下克服发动机反扭矩所需的电流相比较，如果差值越小，证明风险越大，得到的电池风险变量越大；

电机状态变量能够表示电机的输出负荷度，电机温度，电机工作时长，电机的电压等等电机输出负荷可直接由开关管的开关占空比直接探测得知，然后自动从发电机智能调节器以总线形式量输出，电机温度由发电机转速和输出之间的物理特性计算得出(因为输出与温度是成比的，有固定代数关系，所以可以推出温度值)，电机工作时长，可从从计数器得知，电机电压可直接测得。

起停决策处理单元，与所述第一硬件运行类参数输入引脚相连接，用于根据所述第一硬件运行类参数输入引脚输入的各参数分析汽车的当前状态，并当当前车轮的转速为0、所述发动机空转且未挂档、及所述电池当前的电量超过预设值时，发出使发动机暂时停止转动的暂停信号，并根据后续检测到的离合器的位置信息和油门位置信息发出使发动机快速启动的启动信号；

当起停决策处理单元还与所述第二硬件运行参数输入引脚相连接时，汽车在由行驶变为静止时，第一硬件运行状态检测模块所检测到的车轮转速信息将为0，发动机状态为空转、离合器踩下、则能够判定汽车为短暂停车，同时电池管理分析单元所计算出的电池当前的量足够发动机下一次的点火启动、且进一步根据第二硬件运行参数输入引脚输入的新的得到发动机的温度在允许范围内、空调、雨刷、电加热器等舒适性用电及发电机不需要发动机运行来维持、则起停决策处理单元发出使发动机暂时停止转动的暂停信号；

汽车由短暂静止状态变为启动状态时，离合器抬起，同时油门踩下，发动机上档，起停决策处理单元根据第一硬件运行状态检测模块检测到的离合器及油门信息的改变，判断发动机需要启动，从而发出快速启动的启动信号；

此外，在传统技术中，每次启动发动机都需要通过钥匙进行验证，启动时间多达数秒，为了达到快速起停的目的，需要修改汽车内的发动机管理ECU的验证程序，使得仅需第一次真正启动整车的时候，才需要通过钥匙进行验证，在车辆行驶过程中，由起停决策处理单元控制的发动机短暂停止，由起停决策处理单元给予发动机管理ECU此次发动机停止为短暂停止的信号，使得启动发动机时无需通过钥匙验证，并且，适当修改仪表，将指示车速的仪表中的“零车速”一档变为表示仅发动机停止的“start/stop”档及表示整车停止的“off”档，当车辆处于仅停止发动机的短暂停止时，仪表指针停止在“start/stop”档，当整车停止时，仪表指针指向“off”档，仪表的指示由起停决策处理单元发出指令进行控制。

用电负载调整单元，与所述第二硬件运行类参数输入引脚相连接，用于根据所述第二硬件运行类参数输入引脚输入的各参数计算当前能驱动的汽车电负载值，进而发出调整汽车内配置的各电负载器件的运行以实现必要且舒适的能源消耗的调整信号，需要调整的各电负载器件可包括各种车灯、油泵、电转向、空调、能加热的座椅、及雨括等；各种车灯的调整包括使得灯电压下降到一预设的标定电压以下的调节，油泵的调节包括在大踩油门时使得电压快速上涨以提供发动机足够动力的调节，电转向的调节包括在方向盘大转向时使得电压提升至13.2V以保证电机对方向盘的助力的调节，空调的调节包括在电量不足时略微降低空调温度及吹风的调节，座椅加热的调节包括在电池电量不足时降低座椅加热的调剂，雨括的调节包括在电量不足时降低雨括供电的调节。

充放电决策单元，与所述第一硬件运行类参数输入引脚相连接，用于根据所述电池管理分析单元计算出的所述电池当前的电量、充电电压、充电电流及油门的位置信息发出相应的充放电信号，以便实现当汽车加速时停止向电池充电、而减速时向电池充电的功能，此功能具有能量回收的效果，能够达到节能的目的。具体地说，汽车减速造成充电电压上升，充电电流上升，发电机控制模块据此控制发电机及发动机的扭矩加大，加快汽车的减速，从而使得发电机发电，并向电池充电。

电池状态输出引脚，与所述电池管理分析单元相连接，用于输出所述电池管理分析单元计算出的电池当前的电量、反应电池健康状态的充电时机变量、电池风险变量、电机状态量等等约上百个量。

发动机控制信号输出引脚，与所述起停决策处理单元相连接，用于输出所述起停决策处理单元发出的暂停信号和启动信号以控制发电机和电池向发动机的供电来控制发动机的快速停止与启动，由此实现汽车的快速起停。暂停信号通过发动机控制信号输出引脚向起动机发送，并通过起动机控制飞轮、飞轮控制曲轴、曲轴控制发动机，来使得发动机停止，同时控制仪表信息中心做出相应的指示，比如，正确显示车速等等，在暂停信号发送前，起停决策处理单元还发送调整发动机状态的信号，包括调整发动机的活塞位置，使之停在合适的位置，及预喷油等，以便使在下一次启动中快速启动发动机，起停决策处理单元还发送调整变速箱的控制信号，控制变速箱挂上或不挂上；暂停信号通过发动机控制信号输出引脚向起动机发送，并通过起动机控制飞轮、飞轮控制曲轴、曲轴控制发动机，来使得发动机启动，同时仪表信息中心做出相应的指示，比如，正确显示车速等等，在启动发动机之前，起停决策处理单元还通过第一硬件运行类参数输入引脚，获取发动机的状态信息，以便在0.6s内快速启动发动机。

发电机控制信号输出引脚，与所述充放电决策单元相连接，用于输出所述充放电决策单元发出的充放电信号，以便实现当汽车加速时停止向电池充电、而减速时向电池充电的功能；

调整信号输出引脚，与所述用电负载调整单元相连接，用于输出所述用电负载调整单元发出的调整信号，以调整空调、雨刷及电加热器的运行。

进一步的，所述存储单元还存储有电池的寿命、温度、内阻之间关系的寿命模型，相应所述电池管理分析单元还用于根据所检测出的所述电池的当前温度及内阻、及所述寿命模型计算所述电池寿命以使所述电池状态输出引脚输出诊断信息。

上述起停控制芯片内的各个单元能够根据需要选择性的集成在一起，各个输入引脚能够根据需要选择性的集成在一起，各个输出引脚能够根据需要选择性的集成在一起，各个单元集成后，单元间用于通信的引脚，如：电池状态输出引脚，可以省略。

通过本发明提供的具备电源管理的汽车起停控制芯片，既能应用于混合动力车，也能将传统车变为省油效果较好的微混合动力车，其省油效果接近强混合动力车，而成本远远低于强混合动力车，并使车辆具有能源回收的功能。其设计无需修改其他ECU模块，开发费用少。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1、一种具备电源管理的汽车起停控制芯片，其特征在于，包括：

供电类输入引脚，用于将外部电源接入；

时钟类输入引脚，用于接入时钟信号；

电池类参数输入引脚，用于与设置在汽车内的电池检测模块输出端相连接，以将所述电池检测模块所检测出的汽车电池的当前电压、电流、温度、及内阻接入；

第一硬件运行类参数输入引脚，用于与设置在汽车内的第一硬件运行状态检测模块输出端相连接，以将所述第一硬件运行状态检测模块所检测出的汽车的离合器的位置信息、档位位置信息、油门位置信息、及车轮的转速信息接入；

第二硬件运行类参数输入引脚，用于与设置在汽车内的第二硬件运行状态检测模块输出端相连接，以将所述第二硬件运行状态检测模块所检测出的发电机运行参数、发动机的温度信息、空调的运行状态信息、雨刷的运行状态、及电加热器的运行状态接入；

存储单元，用于存储所述汽车电池的电量、电流、温度、内阻之间关系的关系模型；

电池管理分析单元，与所述电池类参数输入引脚和所述第一及第二硬件运行类参数输入引脚相连接，用于根据所述电池类参数输入引脚接入的各电池类参数、时间量、以及所述存储单元所提供的关系模型计算所述电池当前的电量；

起停决策处理单元，与所述第一硬件运行类参数输入引脚及电池管理分析单元相连接，用于根据所述第一硬件运行类参数输入引脚接入的各参数分析汽车的当前状态，并当当前车轮的转速为0、所述发动机空转且未挂档、及所述电池当前的电量超过预设值时，发出使发动机暂时停止转动的暂停信号，并根据后续检测到的离合器的位置信息和油门位置信息发出使发动机快速启动的启动信号；

用电负载调整单元，与所述第二硬件运行类参数输入引脚相连接，用于根据所述第二硬件运行类参数输入引脚接入的各参数计算当前能驱动的汽车电负载值，进而发出调整汽车内配置的各电负载器件的运行以实现必要且舒适的能源消耗的调整信号；

发动机控制信号输出引脚，与所述起停决策处理单元相连接，用于输出所述起停决策处理单元发出的暂停信号和启动信号以控制发电机和电池向发动机的供电来控制发动机的快速停止与启动，由此实现汽车的快速起停；

调整信号输出引脚，与所述用电负载调整单元相连接，用于输出所述用电负载调整单元发出的调整信号，以调整所述各电负载器件的运行。

2、如权利要求1所述的具备电源管理的汽车起停控制芯片，其特征在于还包括：与所述电池管理分析单元相连接且用于输出所述电池当前电量的电池状态类输出引脚，若所述存储单元还存储有电池的寿命、温度、内阻之间关系的寿命模型，所述电池管理分析单元还用于根据所检测出的所述电池的当前温度及内阻、及所述寿命模型计算所述电池寿命，则所述电池状态类输出引脚还输出所述电池寿命。

3、如权利要求2所述的具备电源管理的汽车起停控制芯片，其特征在于：所述电池管理分析单元还包括计算电池健康状态变量的子单元，所述电池健康状态变量也通过电池状态类输出引脚输出。

4、如权利要求3所述的具备电源管理的汽车起停控制芯片，其特征在于：所述电池健康状态变量包括充电时机变量、电池风险变量、及电机状态量。

5、如权利要求1所述的具备电源管理的汽车起停控制芯片，其特征在于：若所述起停决策处理单元还与所述第二硬件运行类参数输入引脚相连接时，所述起停决策处理单元则用于根据所述第一及第二硬件运行类参数输入引脚接入的各参数分析汽车的当前状态，并当当前车轮的转速为0、所述发动机空转且未挂档、所述电池当前的电量超过预设值、发动机无需提供空调、雨刷、电加热器及发电机的运行、及发动机的温度在允许范围内时，发出使发动机暂时停止转动的暂停信号。

6、如权利要求1所述的具备电源管理的汽车起停控制芯片，其特征在于：所述起停决策处理单元发出的启动暂停信号中包括调整发动机活塞位置的信号，以便使发动机能够在0.6s内快速启动。

7、如权利要求6所述的具备电源管理的汽车起停控制芯片，其特征在于：所述调整发动机活塞的位置的信号进一步包括进行预喷油操作的子信号。

8、如权利要求1所述的具备电源管理的汽车起停控制芯片，其特征在于，还包括：

充放电决策单元，与所述第一硬件运行类参数输入引脚相连接，用于根据所述电池管理分析单元计算出的所述电池当前的电量及油门的位置信息发出相应的充放电信号；及

发电机控制信号输出引脚，与所述充放电决策单元相连接，用于输出所述充放电决策单元发出的充放电信号，以便实现当汽车加速时停止向电池充电、而减速时向电池充电的功能。

9、如权利要求8所述的具备电源管理的汽车起停控制芯片，其特征在于：若所述电池管理分析单元还包括计算电池的充电电压、及充电电流的子单元，所述充放电决策单元则根据所述电池管理分析单元计算出的所述电池当前的电量、充电电压、充电电流及油门的位置信息发出相应的充放电信号。

10、如权利要求1所述的具备电源管理的汽车起停控制芯片，其特征在于：所述各电负载器件包括各种车灯、油泵、电转向、空调、能加热的座椅、及雨括中的多种或全部。

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