一种车辆能量管理系统及方法与流程

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆能量管理系统及方法。

背景技术：

越来越多的人用车辆来进行长途送货或者旅行，长途送货或者旅行时，驾驶员需要休整，驻车时会长时间使用车内用电设备。在驻车用电时蓄电池进行放电，虽然现有车辆能够对车辆制动或滑行时进行能量回收，对蓄电池进行充电，使蓄电池具有较满的电量，但是由于现有车辆为了满足驾驶员更多的需求，在车上安装了越来越多的车载电器，因此在车辆驻车用电时虽然能够保障蓄电池为较满的电量供使用，但是由于能量回收存在不确定性，从而可能在驻车时蓄电池的电量没有被充分充满，而且即使充满蓄电池也是脚较小容量，难以支撑大功率设备的应用。

为此有的人提出了蓄电池低于一定量时用发动机进行充电，如中国专利文献号cn201880004818公开了一种驻车控制装置，在可用电量小于所需电量的情况下，控制部在执行混合动力车辆的驻车的驻车操作执行期间中持续进行电池行驶或者电池行驶及发动机行驶，而且许可发动机充电。

现有技术中发动机通常通过电机给蓄电池充电，现有的电机具有三个模式，分别是助力、充电和空转，助力模式下电机会将电量转换成动能给发动机提供动力，充电模块下将回收的能量回馈充电或直接将发动机燃油产生的部分动能转换成电能进行存储，空转模式则是电机不产生扭矩进入空转。

上述通过发动机在蓄电池电量低时启动充电，虽然可以解决驻车用电时蓄电池电量不足的问题，但是会产生很大的油耗，而且电容容量小的蓄电池需要多次充能，并且蓄电池不能预先充够足量的电，从而在驻车用电时容易导致快速的深度放电，蓄电池多次深度放电会导致老化，蓄电池老化容易过热、电容容量降低以及影响车辆的启动，因此导致现有的车辆驻车用电的稳定性不足，驻车用电的可靠性无法保证。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供了一种车辆能量管理系统及方法，其解决的技术问题是如何提高驻车用电的可靠性。

本发明通过下列技术方案来实现：一种车辆能量管理系统，包括发送车辆启动状态的发动机控制器、将动能转换成电能的电机以及与电机连接的电机控制器，其特征在于，本车辆能量管理系统还包括主控单元、用于采集时间和车辆室外温度信息并发送给主控单元的采集模块、用于车辆驻车时对车辆内用电设备进行供电的动力电池和与动力电池连接获取动力电池电量信息并发送给主控单元的电池管理器，所述发动机控制器、采集模块和电池管理器分别连接主控单元，所述主控单元在车辆启动时结合内部存储的驻车用电概率表和当前获取的上述时间和温度信息判断得出当前驻车用电概率，在驻车用电概率高且当前动力电池电量值不小于设定的阈值一时不动作，在驻车用电概率高时且当前动力电池电量值小于预设的阈值一时主控单元控制电机控制器使电机处于充电模式。

当车辆启动时，采集模块采集时间信息和车辆室外温度信息发送给主控单元，电池管理模块获取动力电池电量信息并输出至主控单元，主控单元结合存储的驻车用电概率表和当前车辆室外温度以及时间判断得到当前驻车用电概率，主控单元得到驻车用电概率后根据当前动力电池电量值进行动作，在驻车用电概率高且当前动力电池电量值不小于预设的阈值一时不动作，在驻车用电概率高且当前动力电池电量值小于预设的阈值一时发动机对电机回馈充电或直接充电，主控单元控制电机控制模块使电机对动力电池充电。本发明增设动力电池、存储驻车用电概率表，动力电池电容容量大，可以基本满足驾驶员车辆驻车用电需求，存储在主控单元的驻车用电概率表提前判断驻车用电概率，可提前预判车辆是否要驻车用电，从而使动力电池电量保持更加准确，本发明还通过在车辆行驶驻车用电概率高且当前动力电池电量值小于阈值一时控制电机对动力电池充电，在驻车用电前动力电池小于阈值一时提前充电使动力电池保持高电量，使动力电池满足驻车用电需求，提高了驻车用电的可靠性。

在上述车辆能量管理系统中，还包括用于获取车辆车速、车辆启动模块状态和车辆蓄电池电量的检测单元一以及用于在车辆驻车时将动力电池的电供给车辆用电设备的能量转换模块，所述检测单元一连接主控单元的输入端，所述能量转换模块分别连接主控单元的输出端和动力电池，所述能量转换模块的输出端用于连接车辆内用电设备，所述主控单元根据检测单元的信号判断当车速为0、车辆启动模块状态为关闭状态且蓄电池的电流大于电流阈值时判断车辆驻车用电，在车辆驻车用电时主控单元控制能量转换模块与动力电池之间导通。主控单元严格控制能量转换模块与动力电池之间导通可以避免动力电池频繁放电，影响动力电池存储电量，通过上述操作在车速为0、车辆启动模块状态为关闭状态且蓄电池的电量减少时可使动力电池进行供电。

在上述车辆能量管理系统中，所述主控单元连接有用于检测当前车辆是否处在制动或滑行状态的检测单元二，所述主控单元在判断当驻车用电概率为中且动力电池电量值不小于阈值二时，控制电机控制器使电机处于助力模式，当驻车用电概率为中且动力电池电量值小于阈值二时，主控单元根据检测单元二发送的信号判断当前车辆是否处在制动或滑行状态，并在车辆处在制动或滑行状态时控制电机控制器使电机处于充电模式。用电概率为中时表明驻车的情况发生不会发生的很急也不会发生的很慢，在这种情况下当动力电池电量有富余的时候可以帮助发动机运行，提高运行效率。

在上述车辆能量管理系统中，所述主控单元连接有用于检测车辆所处道路工况的检测单元三，主控单元在当前车辆驻车用电概率不为高或中时，根据检测单元三发送的信号判断车辆是否要进入到下坡工况，并在要进入到下坡工况时激活辅助制动，在激活辅助制动且动力电池电量值不小于阈值三时，主控单元控制电机处于助力模块和/或控制能量转换模块与动力电池之间导通，在激活辅助制动且动力电池电量值小于阈值三时不动作，所述阈值三小于阈值二，所述阈值二小于阈值一。在驻车用电概率不高和不中时表明当前驻车用电的情况比较小，驻车用电概率低且有需求时激活辅助制动，快速消耗动力电池电量可以保证制动回馈充电产生的能量不浪费。

在上述车辆能量管理系统中，所述主控单元在辅助制动未激活且驻车用电概率低时，当动力电池电量值大于阈值二时控制电机控制器使电机处于助力模式，当动力电池电量值小于阈值三时在车辆处在制动或滑行状态时控制电机控制器使电机处于充电模式。在低概率驻车用电且辅助制动未激活时控制动力电池电量处于阈值二与阈值三之间可以使动力电池应对突发状况。

在上述车辆能量管理系统中，所述主控单元在驻车用电时记录时间和车辆室外温度，每隔一个周期更新一次驻车用电概率，在一个周期结束后将该周期内获取的驻车用电对应的时间数据进行计算得到修正后的基于时间的驻车用电概率，且根据该周期内获取的驻车用电对应的温度数据进行计算得到修正后的基于温度的驻车用电概率，对基于时间的驻车用电概率和基于温度的驻车用电概率用逻辑门限法则进行计算判断，并根据判断结果更新驻车用电概率表，主控单元在接下来一个周期中根据更新后的驻车用电概率表判断驻车用电概率。更新驻车用电概率表可以得到符合驾驶员驻车用电习惯的驻车用电概率表，使车辆驻车用电概率判断更加准确。

在上述车辆能量管理系统中，所述能量转换模块包括电子开关、用于与车辆内直流用电设备连接的dcdc转换器和用于与车辆内交流用电设备连接的dcac转换器，所述电子开关的控制端与主控单元的输出端连接，所述电子开关电流输入端与动力电池输出端连接，电子开关电流输出端分别与dcdc转换器输入端以及dcac转换器输入端连接，所述电子开关在主控单元判断驻车用电时使动力电池分别与dcdc转换器和dcac转换器连通供电。dcdc转换器和dcac转换器能满足驾驶员对任意车载用电器的需求，可以提升驾驶员的使用体验。

在上述车辆能量管理方法中，本方法包括以下步骤：

采集信息：采集车辆状态、时间和车辆室外温度并传输至主控单元；

判断驻车用电概率：主控单元存储有根据时间和车辆室外温度建立的驻车用电概率表，主控单元结合上述驻车用电概率表和获取到的温度信息以及时间信息判断得出驻车用电概率；

预先充电：在车辆启动且驻车用电概率高时，主控单元将电池管理器实时传输的动力电池电量值与阈值一比较，当动力电池电量值不小于阈值一时使动力电池保持当前电量，当动力电池电量值小于阈值一时使电机对动力电池充电。

采集车辆状态、时间和车辆室外温度信息发送给主控单元，主控单元根据车辆状态信息判断车辆是否启动，当车辆启动时，主控单元结合存储的驻车用电概率表和当前的车辆室外温度以及时间判断得到当前驻车用电概率，主控单元得到驻车用电概率后根据当前动力电池电量值进行动作，在驻车用电概率高且当前动力电池电量值不小于预设的阈值一时保持动力电池电量，在驻车用电概率高且当前动力电池电量值小于预设的阈值一时发动机对电机回馈充电或直接充电，主控单元控制电机控制模块使电机对动力电池充电。本发明通过增设动力电池、存储驻车用电概率表来，动力电池电容容量大，可以基本满足驾驶员车辆驻车用电需求，存储在主控单元的驻车用电概率表提前判断驻车用电概率，可提前预判车辆是否要驻车用电，从而使动力电池电量保持更加准确，本发明还通过在车辆行驶驻车用电概率高且当前动力电池电量值小于阈值一时控制电机对动力电池充电，使驻车用电前动力电池小于阈值一时提前充电使动力电池保持高电量，使动力电池满足驻车用电需求，提高了驻车用电的可靠性。

在上述车辆能量管理方法中，本方法还包括以下步骤:

判断驻车用电：主控单元判断车速为0、车辆启动模块状态为关闭状态且蓄电池的电流大于电流阈值时驻车用电，在车辆驻车用电时使动力电池对车辆进行供电。

自我修正：主控单元在驻车用电时记录时间和车辆室外温度，每隔一个周期更新一次驻车用电概率，在一个周期结束后将该周期内获取的驻车用电对应的时间数据进行计算得到修正后的基于时间的驻车用电概率，且根据该周期内获取的驻车用电对应的温度数据进行计算得到修正后的基于温度的驻车用电概率，对基于时间的驻车用电概率和基于温度的驻车用电概率用逻辑门限法则进行计算判断，并根据判断结果更新驻车用电概率表，主控单元在接下来一个周期中根据更新后的驻车用电概率表判断驻车用电概率。

判断驻车用电可以避免动力电池频繁放电，影响动力电池存储电量，自我修正可以得到符合驾驶员驻车用电习惯的驻车用电概率表，使车辆驻车用电概率判断更加准确。

在上述车辆能量管理方法中，本方法还包括以下步骤:

在车辆启动且驻车用电概率中时，主控单元判断动力电池的电量，并且其电量值不小于预设的阈值二时使电机对发动机助力，当动力电池电量值小于阈值二时，主控单元判断当前车辆是否处在制动或滑行状态，并在车辆处在制动或滑行状态时使电机对动力电池充电；在当前车辆驻车用电概率不为高或中时，判断车辆是否要进入到下坡工况，并在要进入到下坡工况时激活辅助制动，在激活辅助制动且动力电池电量值不小于阈值三时，主控单元控制电机处于助力模块和/或控制能量转换模块与动力电池之间导通，在激活辅助制动且动力电池电量值小于阈值三时不动作；主控单元在车辆启动、辅助制动未激活且驻车用电概率低时，当动力电池电量值大于阈值二时使电机进入助力模式，当动力电池电量值小于阈值三时在车辆处在制动或滑行状态时控制电机控制器使电机处于充电模式。

驻车用电概率中时发动机助力可以减少电能的浪费，在车辆处在制动或滑行状态时使电机对动力电池充电可以避免发动机动能的浪费以及降低发动机运行效率，辅助制动可以在制动时提供辅助动力，使制动效率更高，驻车用电概率低时控制动力电池电量可以应对突发状况。

与现有技术相比，本车辆能量管理系统及方法，具有以下优点：

1、本发明增设动力电池、存储驻车用电概率表使车辆能量管理系统满足驻车用电需求，提高驻车用电的可靠性。

2、本发明在车辆行驶驻车用电概率高且当前动力电池电量小于阈值一时控制电机对动力电池充电，提前充电可以使动力电池保持高电量，提高了驻车用电的可靠性。

附图说明

图1是车辆能量管理系统结构连接示意图；

图2是车辆能量管理方法的流程示意图。

图中1、主控单元；2、采集模块；3、检测单元一；4、检测单元二；5、检测单元三；6、发动机控制器；7、发动机；8、电机控制器；9、电机；10、电池管理器；11、动力电池；12、能量转换模块；121、电子开关；122、dcdc转换器；123、dcac转换器；13、用电设备；131、直流用电设备；132、交流用电设备。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种车辆能量管理系统包括主控单元1、采集模块2、检测单元一3、检测单元二4、检测单元三5、发动机控制器6、电机控制器8、电机9、电池管理器10、动力电池11和能量转换模块12，采集模块2、检测单元一3、检测单元二4和检测单元三5均连接主控单元1的输入端，发动机控制器6、电机控制器8、电池管理器10和能量转换模块12均连接主控单元1的输出端，能量转换模块12包括电子开关121、dcdc转换器122和dcac转换器123，能量转换模块12还与用电设备13连接，用电设备13包括直流用电设备131和交流用电设备132，发动机7分别与发动机控制器6输出端以及电机9连接，电机9分别与电机控制器8输出端以及动力电池11连接，动力电池11输入端与电池管理器10输出端连接，动力电池11输出端与电子开关121电流输入端连接，电子开关121控制端与主控单元1的输出端连接，电子开关121电流输出端分别与dcdc转换器122输入端以及dcac转换器123输入端连接，dcdc转换器122输出端与直流用电设备131输入端连接，dcac转换器123输出端与交流用电设备132输入端连接。

主控单元1作为优选为整车控制器。

采集模块2作为优选为温度传感器和车载t-box，温度传感器对车辆室外温度十分敏感，车载t-box对时间准确率要求高，两者传输速率快，可以让主控单元1准确获得当前时间和车辆室外温度信息。时间信息为24小时的国际时间。车载t-box为现有的车载器件，其能够获取到gps模块中的时间信息并传输到外部。

检测单元一3作为优选为发动机控制器6和电流互感器，发动机控制器6获取车辆车速和车辆启动模块状态，电流互感器获取蓄电池电流，作为另一种方案，可以为车速传感器、车辆启动模块控制器和电流传感器，车速传感器获取车辆车速，车辆启动模块控制器获取车辆启动模块状态，电流传感器获取蓄电池电流，车辆启动模块为一键启动模块或车辆钥匙启动模块，车辆钥匙启动模块为off状态就是车辆启动模块处于关闭状态，发动机控制器6获取车辆车速和车辆启动模块状态为现有技术。

检测单元二4作为优选为油门开度传感器、车速传感器和制动踏板开度传感器，油门开度传感器实时传输油门踏板开度大小至主控单元1，车速传感器实时传输车速至主控单元1，制动踏板开度传感器实时传输制动踏板开度大小至主控单元1，在车速大于20千米/小时且油门开度为0时，当制动开度为0时车辆处于滑行状态，当制动开度大于0时车辆处于制动状态，作为另一种方案为油门开度传感器、发动机控制器6和制动开度传感器，发动机控制器6代替车速传感器获取车辆车速。

检测单元三5为地图管理模块和信息处理模块，地图管理模块实时获取gps发送的当前道路坡度、下一道路坡度和两端道路距离，信息处理模块根据地图管理模块输出的信息判断下一道路工况以及距离输出至主控单元1，在当前道路坡度与下一道路坡度差值为-5°至-7°时，信息处理模块判断为下坡工况输出至主控单元1，在距下坡道路1000米时主控单元1激活辅助制动。

阈值一范围在85％-95％，优选为90％，阈值二范围在50％-70％，优选为60％，阈值三范围在20％-40％，优选为30％。

电子开关121在本实施例中是继电器，作为另一种方案为三极管组成的电子开关。

驻车用电概率为高即驻车用电概率高，驻车用电概率为中即驻车用电概率中，驻车用电概率为低即驻车用电概率低。

工作过程：主控单元1根据检测单元一3输出的车辆车速和车辆启动状态判断汽车是否启动，当车辆处于启动状态时，主控单元1结合内部存储的驻车用电概率表和采集模块2采集的车外温度以及时间信息判断得到当前驻车用电概率，在驻车用电概率高时，主控单元1将电池管理器10实时传输的动力电池11电量值与阈值一比较，当动力电池11电量值不小于阈值一时使动力电池11保持当前电量，当动力电池11电量值小于阈值一时使电机9对动力电池11充电。

当驻车用电概率中时，主控单元1判断动力电池11的电量，并且其电量值不小于预设的阈值二时使电机9对发动机7助力，当动力电池11电量值小于阈值二时，主控单元1判断当前车辆是否处在制动或滑行状态，并在车辆处在制动或滑行状态时使电机9对动力电池11充电。

在当前车辆驻车用电概率不为高或中时，根据检测单元三5发送的信号判断是否要进入到下坡工况，并在要进入到下坡工况时激活辅助制动，判断辅助制动是否激活，辅助制动激活时，主控单元1将动力电池11电量值与预设的阈值三比较，动力电池11电量值不小于阈值三时使电机9对发动机7助力和/或主控单元1使动力电池11对车内设备供电，动力电池11电量值小于阈值三时使动力电池11保持当前电量。

在车辆启动、辅助制动未激活且驻车用电概率低时，当动力电池11电量值大于阈值二时使电机9进入助力模式，当动力电池11电量值小于阈值三时在车辆处在制动或滑行状态时控制电机控制器8使电机9处于充电模式。

在车辆起始运作即刚买来时，车辆预设有一个驻车用电概率表，这个概率表通过大量调查用户在不同时间段以及温度段下的驻车用电概率，预设的驻车用电概率表的得到过程如下：

基于温度得到驻车用电概率表p温度

基于时间得到驻车用电概率p时间

得到上述表格后：采用逻辑门限法则得到最终的用电概率，逻辑门限的目标是保证用户驻车用电需要，因此p温度和p时间任一概率为高时，即判断为驻车用电概率为p驻车为高，只有二者全为低时，才判断为低，从而得到：

驻车用电概率表p驻车

在预设后会对驻车用电概率表进行更新，更新方式为：

当车速为0以及车辆启动模块处于关闭状态车辆就处于未启动状态，当车辆处于未启动状态时根据检测单元3输出的蓄电池电流变化判断车辆是否处于驻车用电状态，当蓄电池电流大于电流阈值即蓄电池电量减少时处于驻车用电状态，此时主控单元1在一个周期内记录采集模块2输出的车辆室外温度以及时间信息并将信息填入上述对应的驻车概率表，驻车概率表每个温度段以及时间段均设有计数器，每当有信息填入相应的温度段或时间段，该计数器便加一，在一个周期结束后将该周期内获取的驻车用电不同时间段对应的计数器占比与预设的计数器占比比较得到修正后的基于时间的驻车用电概率，且根据该周期内的获取的驻车用电不同温度段对应的计数器占比与预设的计数器占比比较得到修正后的基于温度的驻车用电概率，当计数器占比不大于30％属于驻车用电概率低，当计数器占比在30％至60％之间属于驻车用电概率中，当计数器占比不小于60％属于驻车概率高，对基于时间的驻车用电概率和基于温度的驻车用电概率用逻辑门限法则即逻辑或门判断，并根据判断结果更新驻车用电概率表，主控单元1在接下来一个周期根据更新后的驻车用电概率表判断驻车用电概率。

如图2所示，本车辆能量管理方法应用在上述的车辆能量管理系统上，步骤如下：主控单元1根据检测单元一3输出的车辆车速和车辆启动状态判断汽车是否启动，当车辆车速不为0和车辆启动模块不处于关闭状态则判断车辆处于启动状态时，主控单元1结合内部存储的驻车用电概率表和采集模块2采集的车辆室外温度以及时间信息判断得到当前驻车用电概率，在驻车用电概率高时，主控单元1将电池管理器10实时传输的动力电池11电量值与90％比较，当动力电池11电量值不小于90％时使动力电池11保持当前电量，当动力电池11电量值小于90％时主控单元1控制电机控制器8使电机9处于充电模块，同时控制发动机控制器6使发动机7采取回馈充电或直接充电的方式对动力电池11充电。

在车辆驻车用电概率中时，主控单元1根据电池管理器10实时传输的动力电池11电量值判断，当动力电池11电量值不小于60％时，主控单元1控制电机控制器8使电机9处于助力模块，电机9将动力电池11电量转换成动能给发动机7助力，当动力电池11电量值小于60％时，主控单元1判断当前车辆是否处在制动或滑行状态，在车速大于20且油门开度为0时，当制动开度为0时车辆处于滑行状态，当制动开度大于0时车辆处于制动状态，并在车辆处在制动或滑行状态时控制发动机控制器6启动发动机7采取回馈充电的方式对动力电池11充电。

在当前车辆驻车用电概率不为高或中时，根据检测单元三5发送的信号判断车辆是否要进入到下坡工况，并在要进入到下坡工况时激活辅助制动，在当前道路坡度与下一道路坡度差值为-5°至-7°时，信息处理模块判断为下坡工况，在距下坡道路1000米时激活辅助制动，辅助制动激活时，主控单元1根据电池管理器10实时传输的动力电池11电量值与预设的30％比较，动力电池11电量值不小于30％时主控单元1控制电机控制模块8使电机9处于助力模式，电机9将动力电池11电量转换成动能给发动机7助力或主控单元1控制电子开关121导通，电子开关121导通后，根据车内用电设备13需求，动力电池11电量转换成直流电供给车辆内直流用电设备131或转换成交流电供给车辆内交流用电设备132，动力电池11电量值小于30％时使动力电池11保持当前电量。

在车辆启动、辅助制动未激活且驻车用电概率低时，当动力电池11电量值大于60％时使电机进入助力模式，电机9将动力电池11电量转换成动能给发动机7助力，当动力电池11电量值小于30％时在车辆处在制动或滑行状态时控制电机控制器8使电机9处于充电模式，主控单元1控制发动机控制器6启动发动机7采取回馈充电的方式对动力电池11充电。

上述将动力电池11电量值与预设电量值比较判断并执行后均需要重新判断车辆是否处于启动状态。

当车辆未启动时判断是否进行驻车用电，车速为0、车辆启动模块状态为关闭状态、蓄电池的电流大于电流阈值即蓄电池电量减少时处于驻车用电状态，主控单元11在驻车用电时记录时间和车辆室外温度，每隔一个周期更新一次驻车用电概率，在一个周期结束后将该周期内获取的驻车用电对应的时间数据进行计算得到修正后的基于时间的驻车用电概率，且根据该周期内获取的驻车用电对应的温度数据进行计算得到修正后的基于温度的驻车用电概率，对基于时间的驻车用电概率和基于温度的驻车用电概率用逻辑门限法则进行计算判断，并根据判断结果更新驻车用电概率表，主控单元1在接下来一个周期中根据更新后的驻车用电概率表判断驻车用电概率。

本发明增设动力电池11、存储驻车用电概率表，动力电池电容容量大，可以基本满足驾驶员车辆驻车用电需求，存储在主控单元的驻车用电概率表提前判断驻车用电概率，可提前预判车辆是否要驻车用电，从而使动力电池11电量保持更加准确，本发明还通过在车辆行驶驻车用电概率高且当前动力电池11电量值小于阈值一时控制电机9对动力电池11充电，在驻车用电前动力电池11小于阈值一时提前充电使动力电池11保持高电量，使动力电池满足驻车用电需求，提高了驻车用电的可靠性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。