一種汽車電源管理系統的製作方法

2023-09-18 09:00:35 3

專利名稱：一種汽車電源管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源管理系統，特別是一種汽車的電源管理系統。
背景技術：
目前，汽車電子技術已發展到控制系統綜合化和信息共享化的新階段。電器零部 件及控制單元的大量增加，使得整車的負載功率也隨之上升，加大了對電能的需求；如果不 能很好的管理和控制電能的使用，可能會因為發電機供電不足，導致蓄電池對外供電，若蓄 電池放電時間過長，則會使蓄電池電量不足，影響車輛的正常起動和安全行使，甚至影響蓄 電池的使用壽命。電器零部件及控制單元的大量增加也給靜態電流的控制增加了難度，如 果不能很好的控制整車的靜態電流，將影響整車的停放時間，甚至導致滿足不了部分市場 的法規要求。因此我們需要對蓄電池狀態進行適時監控，並依此對整車電器實施控制，並且 適當的調節發電機的發電功率和輸出電壓，優化整車的電平衡，保證用電系統的穩定運行， 提高乘坐的舒適度；同時可以通過對蓄電池的荷電狀態和健康狀態的監控，來控制蓄電池 的充放電狀態，保證蓄電池的充放電平衡，優化蓄電池的使用情況，從而延長蓄電池的使用 壽命。在車輛停放時，利用電源管理系統來控制用電系統與蓄電池之間的通斷，使直接與蓄 電池相接的零部件降低到最少，從而使靜態電流降到最小，保證在一定的停放時間內，車輛 可以正常起動。

發明內容
本發明所要解決的問題一優化整車的電平衡。監測蓄電池的狀態，控制整車用電 器的適用狀態，同時控制發電機的發電功率以及輸出電壓，並向駕駛員提供蓄電池的狀態 信息，最大程度的優化整車的電平衡。本發明需要解決的問題二 控制整車靜態電流，降低靜態電流對於蓄電池電量的 損耗，保證車輛停放後可正常起動的時間。本發明需要解決問題三優化蓄電池的充放電狀態，延長蓄電池的使用壽命。為了優化整車的電平衡，我們通過電源管理系統監測蓄電池的端電壓U、蓄電池的 充放電電流I、蓄電池的表面溫度t ；根據U、I、t判斷蓄電池的荷電狀態S0C、健康狀態S0H， 控制單元根據蓄電池的荷電狀態S0C、健康狀態S0H，控制整車用電器的使用狀態，同時將 信息傳遞給駕駛員；當蓄電池狀態不夠理想時，控制單元屏蔽部分舒適性負載，發出警告信 息，引起駕駛員的注意，同時調節發電機的發電功率和輸出電壓，隨著蓄電池狀態的好轉， 電源管理系統將自動喚醒被屏蔽的負載；此時駕駛人員可以手工喚醒被屏蔽的負載並中斷 對發電機發電功率的調節。若蓄電池的狀態進一步惡化，控制單元屏蔽所有舒適性負載，發 出警告信息，引起駕駛員的注意，同時調節發電機的發電功率和輸出電壓，隨著蓄電池狀態的好轉，電源管理系統將自動喚醒被屏蔽的負載；此時駕駛人員可以手工喚醒被屏蔽的負 載並中斷對發電機發電功率的調節。當蓄電池的狀態可能會影響車輛正常駕駛時，控制單 元將屏蔽除安全駕駛必需的負載外的所有負載，發出警告信息，同時調節發電機的發電功 率和輸出電壓隨著蓄電池狀態的好轉，逐級喚醒被屏蔽的負載，此時駕駛人員無法手工喚 醒被屏蔽的負載。在車輛停止運行時，在車輛沒有進入設防狀態下，電源管理系統根據蓄電池的狀 態，判斷是否屏蔽負載，在蓄電池電量充足時，所有負載可以正常使用，隨著蓄電池電量的 降低，將逐步屏蔽或同時屏蔽所有舒適性負載，並進入某種模式，此時可以通過起動發動機 等方式來退出該模式。在防盜模式下，電源管理系統，通過對蓄電池、整車用電系統的檢測， 根據各電器零部件的功能和劃分的等級，將所有與車輛安全無關的用電器全部切斷(保留 對有極易功能的模塊的供電)，從而使整車的靜態電流降低到最小，對蓄電池的電能消耗最 小，能夠保證在規定的停放時間內，可以正常起動。在本發明中，我們還對蓄電池的健康狀態進行了監控。我們通過蓄電池的檢測單 元檢測的得出的數據，通過專用軟體，分析出蓄電池的健康狀態，並根據蓄電池的健康狀態 和車輛對蓄電池的使用情況，預先判斷蓄電池還可以正常使用的時間。同時在車輛的正常 運行過程中，我們通過檢測蓄電池的端電壓U、蓄電池的充放電電流I、蓄電池的表面溫度 t，判斷蓄電池荷電狀態SOC和健康狀態S0H，通過專業軟體的分析判斷，再通過電源管理系 統的控制部分，對用電系統和發電機發出指令，調節流過蓄電池的電流以及發電機的輸出 電壓，從而可以優化蓄電池的充放電平衡，使蓄電池處於最佳的工作狀態，最大限度的延長 蓄電池的使用壽命。本發明中具體公開了一種電源管理系統，包括監測單元和控制單元，監測單元用 來監測蓄電池的參數，並進行簡單分析；控制單元包括分析單元和處理單元，分析單元接收 監測單元監測到的參數信息，進行分析判斷，處理單元接收分析單元的指令，發出相應的處 理信息，處理單元進行預警處理、靜態電流管理以及蓄電池充放電管理，所述靜態電流管理 包括熄火未防盜電流管理和停車防盜電流管理。進一步，當車輛處於熄火但防盜系統未啟動狀態時，監測蓄電池的狀態，並根據監 測的蓄電池的參數分析蓄電池的荷電狀態和健康狀態，向負載發出指令，控制負載的通斷。 當蓄電池的電量不足或者即將不足時，發出屏蔽負載的指令，使車輛進入電源保護模式。當 電源管理系統通過對蓄電池的監測，以及對防盜指令的判斷，分析判斷出車輛處於停車防 盜狀態時，在最短的時間內屏蔽或者斷開與防盜以及安全無關的所有負載。進一步，電源管理系統根據蓄電池的狀態，採取對負載和發電機發電功率的管理， 優化蓄電池的充放電狀態。電源管理系統根據監測的蓄電池參數，計算蓄電池的健康狀態 S0H。電源管理系統根據健康狀態SOH與預設的預警值比較，當健康狀態SOH達到預警值時， 發出預警。


圖1，優化整車的電平衡的原理框圖；圖2，控制靜態電流的原理框圖；圖3，優化蓄電池充發電的原理框圖。
具體實施例方式下面參照附圖，對本發明方案做進一步詳細的闡述。為了能夠優化整車的電平衡、控制整車的靜態電流以及優化蓄電池的充放電狀 態，我們採用以下3種措施措施1、優化整車的電平衡如圖1所示，在本發明專利中，我們對整車所有負載按照負載的功能以及整車的 電器原理，劃分為不同優先級的負載類型。在此為闡述方便，我們將整車負載按照優先級從 底到高命名為負載1、負載2、負載3、負載4、負載5，同時根據蓄電池的健康狀態，將蓄電池 的荷電狀態相應的劃分為幾個預警級別，在此以預警1、預警2、預警3為例來闡述我們的設 計理念。在本發明專利中，在電源管理系統中設計了一個監測單元和控制單元，監測單元 用來監測蓄電池的端電壓U、蓄電池的充放電電流I、蓄電池的表面溫度t，並做簡單的分 析，將最終監測的結果發送給控制單元，控制單元根據監測的結果，通過專業的軟體，分析 判斷，從而給用電系統及發電機、發動機發出相應的指令，控制負載、發電機的狀態，並向駕 駛員提供相應的信息。當電源管理系統判斷出蓄電池的荷電狀態達到預警1級別時(例如U = 12. 6V、I =0. 5A、T = 23°C )，將分別向用電系統和發電機發出指令1，要求優先級較低的負載1被 屏蔽，增加發電機的發電功率並調節輸出電壓，同時給駕駛人員警告1(蓄電池電量不足， 負載1被屏蔽)；此時，駕駛人員可以通過人工喚醒功能將被屏蔽的負載喚醒，恢復被屏蔽 負載的正常使用。通過電源管理系統的調節，若蓄電池的荷電狀態得到緩解，通過檢測得 出的數據分析得出蓄電池已經達到退出預警1的條件(例如U = 12. 65V、I = 0.5A、T = 230C )，電源管理系統將自動解除指令1，退出預警1狀態。如果在蓄電池荷電狀態達到預警1後，在電源管理控制部分採取措施後，由於駕 駛人員喚醒了被屏蔽的負載1，或者其他原因，導致蓄電池的荷電狀態沒有得到好轉並進一 步惡化，達預警2時(例如U = 12. 5V、I = 0. 5A、T = 23°C )，電源管理系統將發出指令2， 要求屏蔽負載1、負載2，增加發電機發電功率並對輸出電壓進行調節，同時給駕駛人員警 告2(蓄電池電量嚴重不足，負載1、負載2被屏蔽)；此時，駕駛人員可以通過人工喚醒功能 將被屏蔽的負載喚醒，恢復被屏蔽負載的正常使用。隨著蓄電池荷電狀態的好轉，當達到退 出預警2條件後(例如U = 12. 55V、I = 0. 5A、T = 23°C )，系統將自動退出預警2，進入預 警1 ；如果在蓄電池荷電狀態達到預警2後，在電源管理控制部分採取措施後，由於駕 駛人員喚醒了被屏蔽的負載1、負載2，或者其他原因，導致蓄電池的荷電狀態沒有得到好 轉，並進一步惡化，達到預警3時(例如U= 12. 4V、I = 0. 5A、T = 23°C )，電源管理系統將 發出指令3，要求強行屏蔽負載1、負載2、負載3，增加發電機發電功率並調節輸出電壓，同 時給駕駛人員警告3 (蓄電池電量嚴重不足，已經屏蔽負載1、負載2、負載3，蓄電池剩餘電 量按照現在的行使狀態還可以行使**Km)；此時除了安全駕駛所必需的負載4、負載5外，其 他負載全部屏蔽，並要求增加發電機的發電功率和調節發電機的輸出電壓，補償蓄電池的 電量。在預警3，駕駛人員無法喚醒被屏蔽的負載，隨著蓄電池荷電狀態的好轉，當達到退出預警3條件後(例如U= 12.45V、I =0. 5A、T = 23°C)，系統將自動退出預警3，進入預警 2。通過以上的監測控制，達到了優化整車供電系統與用電系統的電平衡，保證車輛 的安全駕駛，同時最大程度的提高了駕乘的舒適度。措施2 控制整車的靜態電流為了便於闡述，我們沿用措施1中劃分負載的方案，將整車負載按照優先級從底 到高命名為負載1、負載2、負載3、負載4、負載5。假設負載5包含安全性負載、防盜系統， 具有記憶功能的模塊。如圖3所示，電源管理系統將車輛停放分為兩種類型，在本發明中權且命名為熄 火、防盜。熄火指發動機停止運轉，在車輛沒有點火且沒有進入防盜的狀態；防盜狀態指發 動機停止運轉，並且得到防盜指令開始進入或者已經進入防盜模式的狀態。熄火狀態此時電源管理系統通過對蓄電池的監測，以及對防盜指令的判斷，分析 判斷得出車輛處於熄火狀態，按照整車的電器原理，此時大多數負載是可以正常使用。在這 種狀態下，我們需要適時監測蓄電池的狀態，並且根據蓄電池的端電壓U、蓄電池的充放電 電流I、蓄電池的表面溫度t來分析蓄電池的荷電狀態SOC和健康狀態S0H，並依此作為依 據，給負載發出指令，控制負載的通斷，當蓄電池的電量不足或者即將不足時，將發出屏蔽 負載的指令(可以根據蓄電池的荷電狀態，按照負載的優先級逐級屏蔽負載1、負載2、負載 3、負載4，也可以同時屏蔽與防盜以及安全無關的所有負載，即同時斷開負載1、負載2、負 載3、負載4)，使車輛進入電源保護模式，此時只有通過起動發動機才能解除(或者其它解 除方式)。從而達到保護蓄電池、保證車輛正常起動的作用。防盜狀態電源管理系統通過對蓄電池的監測，以及對防盜指令的判斷，分析判斷 出車輛處於防盜狀態。此時防盜系統開始工作或者已經工作，電源管理系統需要在最短的 時間內屏蔽或者斷開與防盜以及安全無關的所有負載，此時電源管理系統將發出指令，斷 開負載1、負載2、負載3、負載4，使這些負載與蓄電池之間處於斷開狀態(對於一些有記 憶功能的模塊需要保持供電)，從而儘可能的降低整車的靜態電流，減少對蓄電池電能的損
^^ ο通過以上的措施，既可以保證在停車等待時的舒適性，也可以保證蓄電池的電量 足以保證車輛的正常行使，同時又使靜態電流控制在比較理想的範圍內。措施3 優化蓄電池的充放電狀態如圖3，在整車運行過程中，通過電源管理系統的監測單元對蓄電池的端電壓U、 蓄電池的充放電電流I、蓄電池的表面溫度t的監測，對這些參數做簡單的分析處理後，將 最終數據發送給電源管理系統的控制單元，控制單元對監測結果進行進一步的處理，得出 蓄電池的荷電狀態SOC以及健康狀態S0H，再將S0C、S0H信息輸送給專用分析軟體，分析判 斷蓄電池的具體狀態，為能更好的闡述本發明專利的設計理念，我們將蓄電池狀態化分為 以下幾種狀態1 電量不足並對外供電，蓄電池電量還沒有達到預警級別，狀態2 電量不足並對外供電，蓄電池電量已經達到預警級別，狀態3 電量不足，不對外供電，也沒有得到補償，蓄電池電量還沒有達到預警級 別，
狀態4 電量不足，不對外供電，也沒有得到補償，蓄電池電量已經達到預警級別，狀態5 電量不足，蓄電池電量還沒有達到預警級別，發電機正在給蓄電池進行充 電，狀態6 電量不足，蓄電池電量已經達到預警級別，發電機正在給蓄電池進行充 H1^ ο狀態7 電量充足，但是蓄電池正在並對外供電，狀態8 電量充足，不對外供電，也沒有得到補償，狀態9 電量充足，但是發電機正在給蓄電池進行充電。當蓄電池處於狀態1、狀態7時，電源管理系統將發出指令，增加發電機的發電功 率並調節發電機的輸出電壓，使蓄電池停止對外供電，或者降低蓄電池對外供電的程度；當 蓄電池處於狀態2、狀態4、狀態6時，將按措施1，通過對負載的控制，以及對發電機的發電 功率和輸出電壓的調節，補償蓄電池的電量；當蓄電池處於狀態3、狀態5、狀態8時，電源管 理系統的控制單元不發出控制指令；當蓄電池處於狀態9時，為了節約能源，也為了避免因 為蓄電池電量飽和，卻始終對蓄電池充電，導致蓄電池內溫度增高，酸液蒸發而影響蓄電池 的壽命，這時電源管理系統的控制單元將發出指令，使發電機的發電功率降低並對發電機 的輸出電壓進行調節。終止蓄電池的充電狀態。在以上的方案中，我們需要經常通過對發電機的輸出功率和輸出電壓的調節來保 證蓄電池充放電的平衡，在調節發電機的輸出功率的同時，需要調節發電機的輸出電壓，使 發電機的輸出電壓控制在對蓄電池健康最有利的範圍之內。在對發電機的輸出功率和發電 機的輸出電壓進行調節的同時，需要根據發動機的實際負載，對發動機的轉速做出相應的 調節，從而確保發電機可以順利的按電源管理系統的指令進行調節。通過對蓄電池的端電壓U、蓄電池的充放電電流I、蓄電池的表面溫度t、負載、發 電機、發動機的檢測和調節，達到優化蓄電池的充放電狀態，延長蓄電池的使用壽命。同時 根據U、I、t，分析計算蓄電池的內阻，並判斷蓄電池的健康狀態S0H，當健康狀態惡化到預 警狀態時(例如電壓降Ud = 0. 4V、輸出電流I = 50A、T = 230C )，將向駕駛員發出警告信 肩、ο上述實施方案只是體現本發明技術方案的優選方案，本技術領域的技術人員對其 中的某些部分所可能做出的一些變動均體現了本發明的原理，屬於本發明的保護範圍之 內。
權利要求
一種電源管理系統，包括監測單元和控制單元，監測單元用來監測蓄電池的參數，並進行簡單分析；控制單元包括分析單元和處理單元，分析單元接收監測單元監測到的參數信息，進行分析判斷，處理單元接收分析單元的指令，發出相應的處理信息，其特徵在於處理單元進行預警處理、靜態電流管理以及蓄電池充放電管理，所述靜態電流管理包括熄火未防盜電流管理和停車防盜電流管理。
2.根據權利要求1的電源管理系統，其特徵在於當車輛處於熄火但防盜系統未啟動 狀態時，監測蓄電池的狀態，並根據監測的蓄電池的參數分析蓄電池的荷電狀態和健康狀 態，向負載發出指令，控制負載的通斷。
3.根據權利要求1或2的電源管理系統，其特徵在於當蓄電池的電量不足或者即將 不足時，發出屏蔽負載的指令，使車輛進入電源保護模式。
4.根據權利要求1-3任一項的電源管理系統，其特徵在於當電源管理系統通過對蓄 電池的監測，以及對防盜指令的判斷，分析判斷出車輛處於停車防盜狀態時，在最短的時間 內屏蔽或者斷開與防盜以及安全無關的所有負載。
5.根據權利要求1-4任一項所述的電源管理系統，其特徵在於蓄電池充放電管理需 要適時監測蓄電池的相關參數，並分析蓄電池的狀態。
6.根據權利要求5的電源管理系統，其特徵在於電源管理系統根據蓄電池的狀態，採 取對負載和發電機發電功率的管理，優化蓄電池的充放電狀態。
7.根據權利要求5或6的電源管理系統，其特徵在於電源管理系統根據監測的蓄電 池參數，計算蓄電池的健康狀態S0H。
8.根據權利要求7的電源管理系統，其特徵在於電源管理系統根據健康狀態SOH與 預設的預警值比較，當健康狀態SOH達到預警值時，發出預警。
9.根據權利要求1-8任一項所述的電源管理系統，其特徵在於監測的蓄電池參數包 括端電壓U、蓄電池的充放電電流I以及蓄電池的表面溫度t。
全文摘要
本發明涉及一種電源管理系統，包括監測單元和控制單元，監測單元用來監測蓄電池的參數，並進行簡單分析；控制單元包括分析單元和處理單元，分析單元接收監測單元監測到的參數信息，進行分析判斷，處理單元接收分析單元的指令，發出相應的處理信息，其特徵在於處理單元進行預警處理、靜態電流管理以及蓄電池充放電管理，所述靜態電流管理包括熄火未防盜電流管理和停車防盜電流管理。通過監測蓄電池的狀態，控制整車用電器的適用狀態，同時控制發電機的發電功率以及輸出電壓，並向駕駛員提供蓄電池的狀態信息，最大程度的優化整車的電平衡。
文檔編號H02J7/00GK101973211SQ200910172929
公開日2011年2月16日 申請日期2007年8月31日 優先權日2007年8月31日
發明者劉慧軍, 楊長富, 程琳, 董明 申請人:奇瑞汽車股份有限公司