CN110576811A - 用于避免停放车辆中的电池耗尽的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于避免停放车辆中的电池耗尽的系统和方法”。辆电气系统，具有：电池监测器，所述电池监测器被配置为测量从车辆电池流出的电池电流；以及功率管理控制器，所述功率管理控制器从所述电池监测器接收所测量的电池电流值。多个控制器模块接收从所述车辆电池流出的所述电流，每个控制器模块耦接到所述功率管理控制器以交换通信信号。所述功率管理控制器检测钥匙关闭状态，其中所述多个控制器模块各自被配置为调用相应的降低功率模式。当所述电池负载超过所述钥匙关闭状态期间的睡眠阈值时，所述功率管理控制器则重置所述模块中的至少一者以重新调用所述相应的降低功率模式。所述重置可涉及将点火信号状态从ON循环到OFF。

Description

用于避免停放车辆中的电池耗尽的系统和方法
技术领域
本发明总体涉及机动车辆中的电池功率管理，并且更具体地涉及避免车辆电池在车辆停放时的耗尽，所述耗尽是由于电子模块未能正确进入睡眠状态而造成的。
背景技术
典型的汽车电气系统依靠蓄电池来起动内燃发动机(和/或关闭混合动力车辆的高压接触器)并且在发动机未运转时为电气配件供电。当电池是唯一可用的电源时，即使当车辆处于停放的无人看管状态时，许多现代电子车辆系统也连续操作。一些必须始终供电的电子模块包括在停放时执行功能操作的那些电子模块(例如，防盗系统和远程进入系统)以及仅需要减少的电量来维持存储器内容或监测/测量各种状况或电气通信信号的那些电子模块(例如，在睡眠模式下)。其他模块可以在驾驶员关闭车辆之后继续操作达指定时间，但可以在所述指定时间(例如，踏步照明)之后断电。
由于车辆可能长时间停放，因此限制电池消耗是非常重要的，以便当用户返回时足够的电池荷电状态仍然可用于启动车辆(例如，起动发动机或关闭接触器)。因此，车辆制造商规定了在可能出现的每种状况下由各种模块汲取的电流的限值。具体地，针对在车辆点火开关已经断开达指定时间并且没有用户活动的时间期间应用的模块设置静态电流限值。所有静态电流的总和足够低，以扩展启动车辆达足够长时间的能力。然而，在一段时间之后，电池仍有可能耗尽并且无法起动发动机/启动混合动力车辆。
在发生电池电量耗尽的情况下，即使车辆闲置的时间短于健康电池可以处理的通常时间，通常假设电池有缺陷而更换电池。此外，客户满意度受到负面影响。然而，电池电量耗尽有时可能由软件小故障引起，这导致未能将电池消耗降低至静态水平。例如，如果电子模块中的一个或多个在它们应当进入睡眠模式期间苏醒，则这可能导致电池电量过早耗尽。软件小故障可能不代表永久性故障，并且它们可能难以检测，因为软件操作可能在下一个点火循环之后完全恢复。因此，可能不必要地更换电池。
已知在钥匙关闭状况期间监测电池的荷电状态。通过测量实际电池状态并将其与低电池阈值进行比较，现有技术已经试图通过在电池容量下降得太低之后采取措施来断开某些电负载来避免电池电量耗尽。这种系统的主要缺点是它仅在电池容量已经受到负面影响并且在负载断开时功能性丧失之后才作出反应。
发明内容
本发明在仅应存在静态电流水平的时间期间评估电池消耗(例如，电流汲取)。在一个主要实施例中，当电池监测系统在钥匙关闭状态期间检测到异常高的电流消耗时，车身控制模块(BCM)或其他控制器通过模拟从OFF到RUN然后返回OFF的车辆启动循环来“唤醒”电气系统(这可通过广播适当的多路复用消息来改变点火状态、接通RUN/START总线、启动继电器或根据特定车辆设计的其他动作来完成)。这可能会重置未能正确地进入其睡眠状态的任何控制器模块，从而允许它们恢复/返回其正常的钥匙关闭操作状态，从而避免电池耗尽。在许多现代车辆中，控制器模块的“重置”可在没有任何可见活动的情况下发生(例如，打开任何用户界面或启动诸如前灯或无线电的任何装置)，因为所述模块通常包括用于在没有任何外在表现形式的情况下执行软件的唤醒模式。因此，当重置发生时，车辆似乎继续睡眠。
在本发明的一个方面，提供了一种用于限制车辆电气系统中的电池消耗的方法。检测钥匙关闭状态，其中多个控制器模块各自被配置为调用相应的降低功率模式。在所述钥匙关闭状态期间监测电池负载。如果所述电池负载超过所述钥匙关闭状态期间的睡眠阈值，则重置所述模块中的至少一者以重新调用所述相应的降低功率模式。重置可涉及点火状态信号的循环或供应给模块的功率的循环。
在本发明的另一方面，一种车辆电气系统包括：电池监测器，所述电池监测器被配置为测量从车辆电池流出的电池电流；以及功率管理控制器，所述功率管理控制器从所述电池监测器接收所测量的电池电流值。多个控制器模块接收从所述车辆电池流出的所述电流，每个控制器模块耦接到所述功率管理控制器以交换通信信号。所述功率管理控制器检测钥匙关闭状态，其中所述多个控制器模块各自被配置为调用相应的降低功率模式。当所述电池负载超过所述钥匙关闭状态期间的睡眠阈值时，所述功率管理控制器重置所述模块中的至少一者以重新调用所述相应的降低功率模式。
附图说明
图1是示出各种车辆状态的电流汲取限值的图。
图2是示出本发明的第一实施例的流程图。
图3是示出用于分配电功率和多路复用通信信号的电气架构的一个实施例的框图。
图4是示出功率管理模块和控制器模块的交互的框图。
图5是示出本发明的另一个实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出在一时间跨度内从蓄电池汲取的电流到组合电负载的变化，在所述时间跨度期间，电功率不经由内燃发动机和交流发电机产生(即，发动机关闭)。迹线10描绘总电流汲取，并且虚线11描绘针对不同状况指定的最大电流汲取。当车辆仍然被占用并且车辆点火开关的状态可被设置为RUN(即，所有或几乎所有电子系统和控制器模块完全供电)或ACC(即，用于为所选择的系统和模块供电的附件模式)时，迹线10指示被汲取的相对较高的电流值。在点火开关的状态被设置为断开(即，IGN OFF)并且乘员正在离开车辆时，许多功能被禁用并且预期的电流汲取下降到低于在12处所指示的水平，因为一些系统/模块已断电。如本文所用，“断电状态”包括1)当模块暂停大多数活动但仍然使用少量功率来监测唤醒信号时的睡眠状态，以及2)完全关闭状态。
被称为附件延迟的时间段通常在IGN OFF之后执行，在所述IGN OFF期间，若干系统和模块继续操作以便临时辅助乘员(例如，踏步照明、有源功率点和电动车窗操作)。在附件延迟期间，有源系统可继续从电池汲取电流以根据在各个系统内确定的时间段和能力来操作各种装置。在随后的时间，功率管理控制器确定全局附件延迟时段已到期。在此之后，预期总体电池消耗将低于电流限值13。迹线10的分支14展示了当所有受影响的控制器模块已经实现其各自的降低功率模式(即，睡眠或完全关闭)时发生的电流汲取的下降。在一个或多个控制器模块未能进入其降低功率模式的情况下，保持过度电流汲取，如在15处所示。增加的电流汲取可导致电池荷电状态的过早耗尽。控制器模块未能进入降低功率模式可能是由控制器模块中的软件执行的小故障或控制器模块与中央功率管理模块之间的信号通信的小故障造成的，所述中央功率管理模块协调用于使控制器模块断电的过程。
图1示出用于避免电池耗尽的方法的一个实施例，所述电池耗尽可能由防止控制器模块进入降低功率模式的临时小故障引起。在关闭点火装置之后，所述方法在步骤20中监测附件延迟的到期。附件延迟可以根据预定事件之后的测量时间段(例如，关闭点火开关或闭合车门)或基于预定一组状况的出现来确定。一旦附件延迟已到期，则在步骤21中执行检查以确定电池电流是否超过预定睡眠阈值。睡眠阈值表示略高于在配置为具有降低功率模式的所有模块已正确地进入所述模式时发生的预期电池消耗的值。如果电池电流没有超过睡眠阈值，则方法在步骤22处完成，因为不需要动作。如果电池电流超过睡眠阈值，则在步骤23中重置具有降低功率模式(例如，睡眠模式)的模块。重置操作可包括点火状态信号的循环(OFF→ON→OFF)，或者可包括实际移除和恢复到特定模块的功率(例如，当所述模块经由可控继电器获得功率时)。
重置操作可以优选地由始终供电的功率管理控制器(PAAT)处理。用于执行功率管理功能的典型模块是车身控制模块(BCM)。BCM经由车辆通信总线(例如，诸如CAN总线、LIN总线、MOST或以太网的多路复用总线)与其他模块(在此称为控制器模块)通信。BCM可通过向控制器模块发出命令并且通过启动/停用电源继电器(负载驱动器)来控制车辆的各种电气系统，所述电源继电器可以是包含在BCM中或包含在受控模块中的独立部件。
图3示出电气系统25的示例性架构，其具有连接到电池监测系统(BMS)27的蓄电池26。BMS 27可以是常规部件，所述部件除其他事项之外测量从电池26流到电负载的电池电流。车身控制模块(BCM)30和BMS 27都包含在总线网络31(诸如CAN总线)内并通过总线网络31进行通信。总线网络31与网关32互连，所述网关32还与可使用不同协议操作的附加总线网络50和51连接。网关32在网络之间重新格式化并传递消息，使得不同总线网络中的模块能够交换本领域已知的通信信号。电源总线28将电池26的输出端分配给包括BCM 30和许多其他模块的各种模块，包括通过总线网络31(即，在总线网络中作为BCM 30)互连的一组模块33-35。
在总线网络31内互连的还有模块37和动力传动系统控制模块(PCM)40。模块37和40由BCM 30控制为子网36(即，其功率由BCM 30作为一个单元进行管理)。如本文所用，子网是一组控制器模块，所述控制器模块共享如由BCM 30控制的功率管理状态。模块37和40都直接经由电源总线28接收电源电压，但是各自从BCM 30接收共享控制信号38，以便同时启动或停用到模块37和40的功率。尽管示出为单独的连接，但控制信号38通常将包括经由总线网络31发送的多路复用消息。来自BCM 30的控制消息还可包括控制到控制模块的从属部件的功率输送的命令，所述从属部件诸如通过PCM 40接收功率的传感器41和致动器42。
在功率管理的另一示例中，PCM 30连接到继电器45，所述继电器45从电源总线28接收功率并且可选择地将功率传输到模块46。继电器45例如可包括点火继电器。模块46还与总线网络31连接。继电器45可通过与BCM 30的直接信号连接或者经由多路复用消息来控制。然而，根据继电器45的ON/OFF状态，模块46不是具有睡眠模式，而是完全供电或完全掉电。另一方面，子网36中的模块37和40始终从电源总线28供电，但各自调用相应的降低功率模式，诸如睡眠状态。电气系统25可包括附加的子网，诸如具有模块48的子网47，所述模块48在这种情况下通过BCM 30接收功率。因此，BCM30包括用于选择性地将功率耦合到子网47的内部继电器。
如图所示，总线网络50和51同样可包括直接从电源总线28接收功率的各种控制器模块。另外，可存在诸如模块53的模块，所述模块53仅通过另一模块(例如，模块52)接收功率。BCM 30有可能直接经由通过网关32发送的命令信号或经由输送到模块52的命令来控制模块53的降低功率模式，以便控制功率是否通过模块52传递到模块53。根据任何特定模块接收其功率的方式以及所述模块与PCM 30之间的关系，本发明使用若干可用机制中的一个或多个来重置每个特定控制器模块。
图4示出在执行本发明时由BCM进行的特定交互。因此，BCM30从BMS 27接收所测量的电流i。BCM 30与代表性控制器模块55交换各种控制和数据信号，诸如来自BCM 30的用于给模块55供电、命令模块55中的睡眠模式，以及启动模块55中的断电模式的命令。模块55可向BCM 30传输各种应答信号，诸如状态/确认信号，以及识别模块55持续保持苏醒的持续时间的数据消息。苏醒时间数据用于识别导致过度电流消耗的模块，如稍后所述。对于使用点火状态的循环的本发明的实施例，BCM 30广播标准多路复用消息，从而向所有相关模块提供点火状态，如图所示。
图5示出本发明的更详细的方法，其中BCM在步骤60中监测电池电流。为了检测其中控制器模块都已经调用它们各自的降低功率模式的“钥匙关闭状态”，所述方法在步骤61中检查以确定自获得点火关闭状态以来经过的时间是否大于预定等待时间。如果不是，则继续监测电池电流并进行进一步检查以检测钥匙关闭状态。一旦存在其中所有相应控制器模块应当已经实现其各自的降低功率模式的状况，所述方法开始将电池电流与睡眠阈值(例如，约50mA至60mA)进行比较。如果电池电流没有超过睡眠阈值，则所述方法循环返回以便针对阈值继续进行监测。如果电池电流超过睡眠阈值，则在步骤63中检验(例如，测量或估计)可单独识别的电源总线、控制器模块和/或子网的单独电流流动。可单独检验其电流汲取的电源总线、模块或子网的标识以及用于测量/估计电流汲取的方法取决于特定电气系统的特定架构和部件。所示实施例试图隔离未能实现其降低功率模式的一个或多个模块所驻留的总线、模块或子网，使得重置操作可以一个或多个实际故障模块为目标。在其他实施例中，可替代地，可以全局重置所有模块。然而，仅干扰故障所驻留的模块或包含模块的子网可能是有利的。
由于在每个模块或子网的级别上实际测量电流汲取所需的硬件可能成本过高，因此确定故障模块或子网的其他方法可能是优选的。例如，每个模块通常维持一个运行计数器以识别它已经苏醒的时间。BCM可收集苏醒时间数据，然后将特定模块的苏醒时间与自本应导致相应模块进入睡眠状态的状况发生以来已经过去的时间进行比较。如果实际苏醒时间超过经过的时间，则所述方法假定对应的模块出现故障并且需要重置。
基于相应的功率汲取，图5中的方法采取措施来重置电气系统的受影响或故障部分。因此，在步骤64中执行检查以确定过度电流汲取是否对应于由相应功率继电器控制的特定电源总线上的模块。如果是，则在步骤65中关闭对应的继电器，并返回到步骤62，以确定正在进行的电流汲取是否已经降至低于睡眠阈值。如果过度功率汲取的区域不在继电器总线上，则在步骤66中执行检查以识别过度电流汲取是否驻留在子网上。如果是，则在步骤67中由BCM将功率循环到子网。在将功率循环到子网之后，所述方法等待短暂延迟以允许子网上的部件的重置，然后在步骤68中检查以确定被汲取的电流是否仍然高于睡眠阈值。如果不是(即，子网的重置成功)，则返回步骤62以进行持续监测。
如果在步骤66中确定故障模块不在子网中，或者如步骤68中所确定的，功率到子网的循环不成功，则所述方法前进到步骤70以便循环点火状态。因此，BCM广播消息以将点火状态从OFF更新为ON，然后在足以允许所有受影响模块的唤醒的时间之后返回OFF。在等待短时间以允许建立负载电流之后，在步骤71中执行检查以确定总电流汲取是否仍然高于睡眠阈值。如果不是，那么故障已经被纠正并且返回到步骤62以进行持续监测。如果电流保持在睡眠阈值以上，则可在步骤72中记录错误以便于将来的服务，然后返回到步骤62以进行持续监测。
除了驻留在车身控制模块中之外，本发明的用于确定何时响应于过度电流消耗而执行重置动作的控制逻辑可以在另一个车载控制器模块中执行，或者可以在车外服务器系统中远程处理。例如，可以始终供电的一个功能可以是在用于无线传输(经由调制解调器)到中央服务器(即，在云中)的扩展车辆睡眠模式期间的各种车辆参数的收集。报告的参数可以是将在云中评估的钥匙关闭负载值，并且当检测到有问题的负载值时，可通过云将命令返回到车辆以启动如本文所述的重置。
根据本发明的一个实施例，相应的降低功率模式中的至少一些包括零电池负载。
根据本发明的一个实施例，多个模块全部是响应于电池电流超过睡眠阈值来重置的。
根据本发明的一个实施例，功率管理控制器识别多个控制器模块内未能调用其降低功率状态的故障模块，并且其中故障模块由功率管理控制器重置。

Claims (15)

1.一种限制车辆电气系统中的电池消耗的方法，其包括：
检测钥匙关闭状态，其中多个控制器模块各自被配置为调用相应的降低功率模式；
在所述钥匙关闭状态期间监测电池负载；
如果所述电池负载超过睡眠阈值，则重置所述模块中的至少一者以重新调用所述相应的降低功率模式。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述电气系统包括用于手动确定点火状态信号的点火开关，并且其中所述重置步骤包括使所述点火状态信号从ON状态自动循环到OFF状态。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述多个控制器模块包括通过继电器接收功率的至少一个模块，并且其中所述重置步骤包括关闭所述继电器。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述控制器模块中的一个是子网内的子网模块，所述子网模块的功率由另一模块控制，并且其中所述重置步骤包括向所述子网循环供电。
5.如权利要求1所述的方法，其还包括以下步骤：
识别所述多个控制器模块内未能调用其降低功率状态的故障模块；
其中所述故障模块是所述重置步骤的目标。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述电气系统包括用于手动确定点火状态信号的点火开关，并且其中所述识别步骤包括：
将由相应控制器模块测量的相应苏醒时间值与自用户将所述点火状态信号手动设定为OFF状态以来经过的时间进行比较。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述电气系统包括用于手动确定点火状态信号的点火开关，并且其中所述钥匙关闭状态通过以下方式来检测：将自用户将所述点火状态信号手动设定为OFF状态以来经过的时间与预定延迟进行比较。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述相应的降低功率模式中的至少一些包括相应的睡眠模式，在所述睡眠模式下，相应的控制器模块暂停其控制功能。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述监测的电池负载包括从电池流出的测量电流。
10.一种车辆电气系统，其包括：
电池监测器，所述电池监测器被配置为测量从车辆电池流出的电池电流；
功率管理控制器，所述功率管理控制器从所述电池监测器接收所测量的电池电流值；以及
多个控制器模块，所述多个控制器模块接收从所述车辆电池流出的所述电流并耦接到所述功率管理控制器以交换通信信号；
其中所述功率管理控制器检测钥匙关闭状态，其中所述多个控制器模块各自被配置为调用相应的降低功率模式；并且
其中当所述电池电流超过所述钥匙关闭状态期间的睡眠阈值时，所述功率管理控制器则重置所述模块中的至少一者以重新调用所述相应的降低功率模式。
11.如权利要求10所述的系统，其还包括用于手动确定点火状态信号的点火开关，其中由所述功率管理控制器进行的所述重置包括使所述点火状态信号从ON状态自动循环到OFF状态。
12.如权利要求10所述的系统，其中所述多个控制器模块包括通过继电器接收功率的至少一个模块，并且其中由所述功率管理控制器进行的所述重置包括关闭所述继电器。
13.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器模块中的一个是子网内的子网模块，所述子网模块的功率由另一模块控制，并且其中由所述功率管理控制器进行的所述重置包括向所述子网循环供电。
14.如权利要求10所述的系统，其还包括用于手动确定点火状态信号的点火开关；
其中所述功率管理控制器通过将由相应控制器模块测量的相应苏醒时间值与自用户将所述点火状态信号手动设定为OFF状态以来经过的时间进行比较来识别故障模块，并且其中所述故障模块由所述功率管理控制器重置。
15.如权利要求10所述的系统，其还包括用于手动确定点火状态信号的点火开关；
其中所述钥匙关闭状态通过以下方式进行检测：将自用户将所述点火状态信号手动设定为OFF状态以来经过的时间与预定延迟进行比较。
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