CN103825334A - 一种汽车电源控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆技术领域，公开了一种汽车电源控制系统，包括：蓄电池电流传感器；车身控制器，与蓄电池、蓄电池电流传感器和发动机管理系统相连接，用于获取蓄电池的电流、电压和温度，以获取蓄电池的当前SOC；发动机管理系统，与发电机智能调压控制器相连接，用于根据蓄电池的当前SOC给发电机智能调压控制器发送目标电压控制指令，使得发电机智能调压控制器根据控制指令来将发电机的电压调节为目标电压；所述发动机管理系统根据蓄电池的当前SOC来向车身控制器发送控制指令，使得所述车身控制器根据控制指令来控制舒适性电器负载的工作状态和/或控制空调的工作状态。本发明优化了发电机及蓄电池设计，减少装置设计容量，降低整车重量和成本。

Description

一种汽车电源控制系统

技术领域

本发明涉及车辆领域，特别是涉及一种汽车电源控制系统。

背景技术

随着消费者对车辆安全、环保及智能化的要求日益提高，主机厂为满足人们对车辆功能多样性的需求，逐步在车辆上增加众多电子电器配置功能，造成车载电器设备增多和耗电量增大，达到车辆电量动态平衡难度加大。

传统经济型汽车无电源管理系统，只能增大发电机及蓄电池容量来保证整车电量动态平衡。在车辆运行时发电机调压器监测蓄电池电压，通过控制发电机励磁电流通断来进行输出电压高低的调节。车辆负载工况和蓄电池状态复杂多变，但整车无电量监测装置，并且发电机调压器是独立控制系统，无法得到发电机外的信息，不能实现精确智能控制。发电机在大部分工况下持续高电压输出，造成了蓄电池状态与发电机充电状态不匹配，增加油耗的同时也损坏了蓄电池。当车辆加速或爬坡时，发动机转速升高并拖动发电机发电，但如果此时蓄电池电量已满，发动机功率被消耗浪费，增加整车油耗；当车辆制动或减速时，发动机转速降低并拖动发电机发电，但如果此时蓄电池电量已满，此部分发动机功率没有得到充分利用，不能降低整车油耗；当蓄电池长时间处于过度充电状态下会造成蓄电池使用寿命的降低。同时当蓄电池温度升高时，外部发电机仍持续高电压充电，会进一步造成蓄电池的损坏。

目前，高档车型装配高精度的LIN总线通讯型蓄电池传感器和独立电源管理控制器组成整车电源管理系统，系统实现成本很高，并且主要针对车辆高负载怠速运行、长时间驻车静态电流大和整车运行时高负载亏电工况。

经济型汽车电子电器装置比高档车型少，控制系统和负载大多采用硬线直接输出而非总线型控制，且受整车目标成本限制，无法使用高档车型类似的电源管理系统。因此在目标成本范围内，合理有效得控制发电机，保证发电机、蓄电池及整车负载间的动态电量平衡，降低油耗及排放以达到节能环保延长蓄电池使用寿命提升车辆的环保型，成为提升车辆经济性的重大挑战。

发明内容

为了解决现有的车辆无法自动实现发电机、蓄电池及整车负载间的动态电量平衡，本发明提供了一种汽车电源控制系统。

本发明采用的技术方案是：一种汽车电源控制系统，包括：

蓄电池电流传感器，用于获取汽车蓄电池的充放电电流；

车身控制器，与蓄电池、蓄电池电流传感器和发动机管理系统相连接，用于获取蓄电池的电流、电压和温度，以获取蓄电池的当前SOC，并发送给发动机管理系统；

发动机管理系统，与发电机智能调压控制器相连接，用于给发电机智能调压控制器发送目标电压控制指令，使得发电机智能调压控制器根据控制指令来将发电机的电压调节为目标电压；

所述发动机管理系统根据蓄电池的当前SOC来向车身控制器发送控制指令，使得所述车身控制器根据控制指令来控制舒适性电器负载的工作状态和/或控制空调的工作状态。

优选地，所述蓄电池的当前SOC分为以下四个等级；

等级S1：SOC>90%，蓄电池电压>13.5伏；

等级S2：SOC>75%，蓄电池电压为12.5伏～13.5伏；

等级S3：SOC>65%，蓄电池电压为12.伏～12.5伏；

等级S4：SOC>55%，蓄电池电压为11.6伏～12.5伏。

优选地，所述发动机管理系统还获取车辆的行驶工况，当车辆在怠速工作模式时，判断蓄电池是否处于放电状态；

当蓄电池进入放电状态后，判断发电机是否处于最大发电状态，如果为否，则调节发电机进入最大发电状态；

如果发电机已是最大发电状态，则判断蓄电池的当前SOC状态，如低于等级S3，则在设定范围内提高怠速转速；

如果当怠速提升后蓄电池仍然处于放电状态，则控制舒适性负载关闭和/或关闭空调。

优选地，所述发动机管理系统还获取车辆的行驶工况，当车辆处于行驶工况下时，当发动机进入正常运行状态后，根据蓄电池电流得到蓄电池处于充电状态：

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S1时，发电机降低输出电压，使蓄电池处于非充电状态；

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S3且低于等级S1时，如处于发动机减速或降扭时提高发电机输出电压，使蓄电池处于充电状态；如发动机输出功率需求增加，则保持目标电压，不对蓄电池充电；

当蓄电池的当前SOC状态低于等级S3时，提高发电机输出电压，使蓄电池处于充电状态。

优选地，所述发动机管理系统还获取车辆的行驶工况，当发动机进入正常运行状态后，根据蓄电池电流得到蓄电池处于放电状态时：

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S2时，发电机维持当前输出电压，使蓄电池放电；

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S3且低于等级S2时，提高发电机的目标电压；

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S4且低于等级S3时，提高发电机输出电流，关闭部分舒适型负载；

当蓄电池的当前SOC状态低于等级S4时，关闭空调负载和舒适型负载。

本发明的有益效果是：本发明根据蓄电池状态、车辆工况及发动机运行工况来对发电机、整车负载实时控制，保证发电机、蓄电池及整车负载间的电量动态平衡，提高了发动机的运行效率，起到了节能减排和延长蓄电池使用寿命目的。本发明优化了发电机及蓄电池设计，减少装置设计容量，降低整车重量和成本。

附图说明

图1为本发明一种实施例的汽车电源控制系统的结构框图；

图2为本发明的车辆怠速工作模式图；

图3为车辆行驶工况下的蓄电池充电运行工作模式图；

图4为车辆行驶工况下的蓄电池放电运行工作模式图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，为本发明一种实施例的汽车电源控制系统的结构框图，该汽车电源管理控制包括：

蓄电池电流传感器，用于获取汽车蓄电池的充放电电流；

车身控制器，与蓄电池、蓄电池电流传感器和发动机管理系统相连接，用于获取蓄电池的电流、电压和温度，以获取蓄电池的当前SOC，并发送给发动机管理系统；

发动机管理系统，与发电机智能调压控制器相连接，用于给发电机智能调压控制器发送目标电压控制指令，使得发电机智能调压控制器根据控制指令来将发电机的电压调节为目标电压；

所述发动机管理系统根据蓄电池的当前SOC来向车身控制器发送控制指令，使得所述车身控制器根据控制指令来控制舒适性电器负载的工作状态和/或控制空调的工作状态。

本发明的汽车电源管理系统根据蓄电池状态、车辆工况及发动机运行工况来对发电机、整车负载实时控制，保证发电机、蓄电池及整车负载间的电量动态平衡，提高了发动机的运行效率，起到了节能减排和延长蓄电池使用寿命目的。本发明优化了发电机及蓄电池设计，减少装置设计容量，降低整车重量和成本。

本发明的蓄电池电流传感器用于获取汽车蓄电池的充放电电流，可以采用霍尔传感器来获取，将霍尔传感器与蓄电池相连接，监测蓄电池的充放电电流值I_B，可以使用强抗干扰能力的PWM载波输出测量值。

本发明的车身控制器BCM，与蓄电池、蓄电池电流传感器和发动机管理系统相连接，接口蓄电池电流传感器，采集蓄电池充放电电流IB，结合其采集的蓄电池电压U_B及CAN总线发送的车辆外部温度信号，根据蓄电池模型计算出蓄电池的当前SOC（State Of Charge—荷电状态），并通过CAN总线发送蓄电池当前状态信息给发动机管理系统EMS。由于发动机管理系统需要对发动机进行控制，为此，利用车身控制器对蓄电池状态进行计算，可以分担发动机管理系统的运算量，提高整体速度。

本发明的发动机管理系统EMS，与发电机智能调压控制器相连接，用于给发电机智能调压控制器发送目标电压控制指令，使得发电机调压控制器根据控制指令来将发电机的电压调节为目标电压。发动机管理系统EMS还根据车身控制器BCM发送的蓄电池状态及发动机工况进行判断。根据蓄电池的当前SOC和发动机工况来调节目标电压。当发动机增扭或加速情况下降低发电机发电电压Uf，不对蓄电池充电，并使蓄电池部分放电；当发动机减扭或降速情况下提高发电机发电电压Uf，对蓄电池充电；当车辆匀速工况行驶时控制发电机电压使得蓄电池部分放电电流与发电机发电电流满足整车负载；在发动机各种工况下，避免对蓄电池的过充电；在蓄电池外部温度过高时，降低充电电压；经过发动机管理系统EMS的软件模型综合计算后，通过Lin总线发送目标发电机电压给智能调压控制器。

本发明的发电机智能调压控制器与发动机管理系统EMS的Lin总线通讯，得到发电机目标调节电压。经过软件计算通过PWM方式准确控制发电机转子的励磁电流If大小，进而调节发电机励磁磁通Фf，从而实现对发电机电压输出值的精确调节，调节误差为±0.5V；在发动机低转速及车辆大负荷工况下实现快速响应控制；当LIN总线故障状态下实现故障模式控制；实时监测发电机状态并发送故障信息给驾驶信息系统报警；根据发电机温度实现温度补偿控制。

本发明的发动机管理系统根据蓄电池的当前SOC来向车身控制器发送控制指令，使得所述车身控制器根据控制指令来控制舒适性电器负载的工作状态和/或控制空调的工作状态。

本发明将蓄电池的当前SOC分为以下四个等级；

等级S1：SOC>90%，蓄电池电压>13.5伏；

等级S2：SOC>75%，蓄电池电压为12.5伏～13.5伏；

等级S3：SOC>65%，蓄电池电压为12.伏～12.5伏；

等级S4：SOC>55%，蓄电池电压为11.6伏～12.5伏。

其中，等级S1表示蓄电池的接近满电量状态，等级S2表示蓄电池容量中等，状态良好，等级S3表示蓄电池容量低，等级S4表示蓄电池容量下限。

如图2所示，为本发明的车辆怠速工作模式图，当发动机进入怠速状态后，判断蓄电池是否处于放电状态。

当蓄电池进入放电状态后（此时蓄电池电流IB<0），判断发电机是否处于最大发电状态。如果为否，则调节发电机进入最大发电状态。

如果发电机已是最大发电状态，则判断蓄电池的当前SOC状态，如低于等级S3状态，发动机管理系统EMS在设定范围内提高怠速转速，以此提升发电机输出电流。

如果当怠速提升后蓄电池电流I_B仍为负，此时的蓄电池的当前SOC状态小于等级S4，车身控制器会通知空调控制器关闭负载，同时关闭其自身控制的舒适型负载，舒适型负载是指不影响车辆工作状况的前提下提高舒适的负载，如后风窗加热负载。

如图3所示，为车辆行驶工况下的蓄电池充电运行工作模式图，当发动机进入正常运行状态后，判断蓄电池电流I_B，得到蓄电池处于充电状态（I_B>0）。

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S1时，发电机降低输出电压，减低的值在预设值范围内，使蓄电池处于非充电状态。

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S3且低于等级S1时，发动机管理系统EMS计算判断，如处于发动机减速或降扭时提高发电机输出电压，使蓄电池处于充电状态。如发动机此时输出功率需求增加，则保持目标电压，不对蓄电池充电。

当蓄电池的当前SOC状态低于等级S3时，发动机管理系统提高发电机输出电压，使蓄电池处于充电状态。

当蓄电池处于充电状态中，根据车身控制器BCM提供的外部温度，调节蓄电池充电电压值，避免蓄电池高温状态的高压充电。

如图4所示，为车辆行驶工况下的蓄电池放电运行工作模式图，当发动机进入正常运行状态后，判断蓄电池电流I_B，得到蓄电池处于放电状态。

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S2时，发电机维持当前输出电压，使蓄电池放电，与发电机电流一起供给整车负载。

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S3且低于等级S2时，发动机管理系统提高发电机输出电流（也就是提高目标电压），由发电机提供主要电流给整车负载。

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S4且低于等级S3时，发动机管理系统提高发电机输出电流，由发电机提供主要电流给整车负载。同时车身控制器BCM关闭部分舒适型负载。

当蓄电池SOC状态低于等级S4时，车身控制器会通知空调控制器关闭负载，同时关闭其自身控制器舒适型负载。

上述技术方案根据蓄电池状态、车辆工况及发动机运行工况来对发电机、整车负载实时控制，保证发电机、蓄电池及整车负载间的电量动态平衡，提高了发动机的运行效率，起到了节能减排和延长蓄电池使用寿命目的。本发明优化了发电机及蓄电池设计，减少装置设计容量，降低整车重量和成本。

上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的技术人员在本方法的启示下，在不脱离本方法宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车电源控制系统，其特征在于，包括：

蓄电池电流传感器，用于获取汽车蓄电池的充放电电流；

车身控制器，与蓄电池、蓄电池电流传感器和发动机管理系统相连接，用于获取蓄电池的电流、电压和温度，以获取蓄电池的当前SOC，并发送给发动机管理系统；

发动机管理系统，与发电机智能调压控制器相连接，用于根据蓄电池的当前SOC给发电机智能调压控制器发送目标电压控制指令，使得发电机智能调压控制器根据控制指令来将发电机的电压调节为目标电压；

所述发动机管理系统根据蓄电池的当前SOC来向车身控制器发送控制指令，使得所述车身控制器根据控制指令来控制舒适性负载的工作状态和/或控制空调的工作状态。

2.根据权利要求1所述的汽车电源控制系统，其特征在于，所述蓄电池的当前SOC分为以下四个等级；

等级S1：SOC>90%，蓄电池电压>13.5伏；

等级S2：SOC>75%，蓄电池电压为12.5伏～13.5伏；

等级S3：SOC>65%，蓄电池电压为12.伏～12.5伏；

等级S4：SOC>55%，蓄电池电压为11.6伏～12.5伏。

3.根据权利要求2所述的汽车电源控制系统，其特征在于，所述发动机管理系统还获取车辆的行驶工况，当车辆在怠速工作模式时，判断蓄电池是否处于放电状态；

当蓄电池进入放电状态后，判断发电机是否处于最大发电状态，如果为否，则调节发电机进入最大发电状态；

如果发电机已是最大发电状态，则判断蓄电池的当前SOC状态，如低于等级S3，则在设定范围内提高怠速转速；

如果当怠速提升后蓄电池仍然处于放电状态，则控制舒适性负载关闭和/或空调关闭。

4.根据权利要求2所述的汽车电源控制系统，其特征在于，所述发动机管理系统还获取车辆的行驶工况，当车辆处于行驶工况下时，当发动机进入正常运行状态后，根据蓄电池电流得到蓄电池处于充电状态：

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S1时，发电机降低输出电压，使蓄电池处于非充电状态；

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S3且低于等级S1时，如处于发动机减速或降扭时提高发电机输出电压，使蓄电池处于充电状态；如发动机输出功率需求增加，则保持目标电压，不对蓄电池充电；

当蓄电池的当前SOC状态低于等级S3时，提高发电机输出电压，使蓄电池处于充电状态。

5.根据权利要求2所述的汽车电源控制系统，其特征在于，所述发动机管理系统还获取车辆的行驶工况，当发动机进入正常运行状态后，根据蓄电池电流得到蓄电池处于放电状态时：

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S2时，发电机维持当前输出电压，使蓄电池放电；

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S3且低于等级S2时，提高发电机的目标电压；

当蓄电池的当前SOC状态高于等级S4且低于等级S3时，提高发电机输出电流，关闭部分舒适型负载；

当蓄电池的当前SOC状态低于等级S4时，关闭空调负载和舒适型负载。

Images