专利名称：一种汽车电源管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源管理系统，特别是一种汽车的电源管理系统。
背景技术：
目前，汽车电子技术已发展到控制系统综合化和信息共享化的新阶段。电器零部 件及控制单元的大量增加，使得整车的负载功率也随之上升，加大了对电能的需求；如果不 能很好的管理和控制电能的使用，可能会因为发电机供电不足，导致蓄电池对外供电，若蓄 电池放电时间过长，则会使蓄电池电量不足，影响车辆的正常起动和安全行使，甚至影响蓄 电池的使用寿命。电器零部件及控制单元的大量增加也给静态电流的控制增加了难度，如 果不能很好的控制整车的静态电流，将影响整车的停放时间，甚至导致满足不了部分市场 的法规要求。因此我们需要对蓄电池状态进行适时监控，并依此对整车电器实施控制，并且 适当的调节发电机的发电功率和输出电压，优化整车的电平衡，保证用电系统的稳定运行， 提高乘坐的舒适度；同时可以通过对蓄电池的荷电状态和健康状态的监控，来控制蓄电池 的充放电状态，保证蓄电池的充放电平衡，优化蓄电池的使用情况，从而延长蓄电池的使用 寿命。在车辆停放时，利用电源管理系统来控制用电系统与蓄电池之间的通断，使直接与蓄 电池相接的零部件降低到最少，从而使静态电流降到最小，保证在一定的停放时间内，车辆 可以正常起动。
发明内容
本发明所要解决的问题一优化整车的电平衡。监测蓄电池的状态，控制整车用电 器的适用状态，同时控制发电机的发电功率以及输出电压，并向驾驶员提供蓄电池的状态 信息，最大程度的优化整车的电平衡。本发明需要解决的问题二 控制整车静态电流，降低静态电流对于蓄电池电量的 损耗，保证车辆停放后可正常起动的时间。本发明需要解决问题三优化蓄电池的充放电状态，延长蓄电池的使用寿命。为了优化整车的电平衡，我们通过电源管理系统监测蓄电池的端电压U、蓄电池的 充放电电流I、蓄电池的表面温度t ；根据U、I、t判断蓄电池的荷电状态S0C、健康状态S0H， 控制单元根据蓄电池的荷电状态S0C、健康状态S0H，控制整车用电器的使用状态，同时将 信息传递给驾驶员；当蓄电池状态不够理想时，控制单元屏蔽部分舒适性负载，发出警告信 息，引起驾驶员的注意，同时调节发电机的发电功率和输出电压，随着蓄电池状态的好转， 电源管理系统将自动唤醒被屏蔽的负载；此时驾驶人员可以手工唤醒被屏蔽的负载并中断 对发电机发电功率的调节。若蓄电池的状态进一步恶化，控制单元屏蔽所有舒适性负载，发 出警告信息，引起驾驶员的注意，同时调节发电机的发电功率和输出电压，随着蓄电池状态的好转，电源管理系统将自动唤醒被屏蔽的负载；此时驾驶人员可以手工唤醒被屏蔽的负 载并中断对发电机发电功率的调节。当蓄电池的状态可能会影响车辆正常驾驶时，控制单 元将屏蔽除安全驾驶必需的负载外的所有负载，发出警告信息，同时调节发电机的发电功 率和输出电压随着蓄电池状态的好转，逐级唤醒被屏蔽的负载，此时驾驶人员无法手工唤 醒被屏蔽的负载。在车辆停止运行时，在车辆没有进入设防状态下，电源管理系统根据蓄电池的状 态，判断是否屏蔽负载，在蓄电池电量充足时，所有负载可以正常使用，随着蓄电池电量的 降低，将逐步屏蔽或同时屏蔽所有舒适性负载，并进入某种模式，此时可以通过起动发动机 等方式来退出该模式。在防盗模式下，电源管理系统，通过对蓄电池、整车用电系统的检测， 根据各电器零部件的功能和划分的等级，将所有与车辆安全无关的用电器全部切断(保留 对有极易功能的模块的供电)，从而使整车的静态电流降低到最小，对蓄电池的电能消耗最 小，能够保证在规定的停放时间内，可以正常起动。在本发明中，我们还对蓄电池的健康状态进行了监控。我们通过蓄电池的检测单 元检测的得出的数据，通过专用软件，分析出蓄电池的健康状态，并根据蓄电池的健康状态 和车辆对蓄电池的使用情况，预先判断蓄电池还可以正常使用的时间。同时在车辆的正常 运行过程中，我们通过检测蓄电池的端电压U、蓄电池的充放电电流I、蓄电池的表面温度 t，判断蓄电池荷电状态SOC和健康状态S0H，通过专业软件的分析判断，再通过电源管理系 统的控制部分，对用电系统和发电机发出指令，调节流过蓄电池的电流以及发电机的输出 电压，从而可以优化蓄电池的充放电平衡，使蓄电池处于最佳的工作状态，最大限度的延长 蓄电池的使用寿命。本发明中具体公开了一种电源管理系统，包括监测单元和控制单元，监测单元用 来监测蓄电池的参数，并进行简单分析；控制单元包括分析单元和处理单元，分析单元接收 监测单元监测到的参数信息，进行分析判断，处理单元接收分析单元的指令，发出相应的处 理信息，处理单元进行预警处理、静态电流管理以及蓄电池充放电管理，所述静态电流管理 包括熄火未防盗电流管理和停车防盗电流管理。进一步，当车辆处于熄火但防盗系统未启动状态时，监测蓄电池的状态，并根据监 测的蓄电池的参数分析蓄电池的荷电状态和健康状态，向负载发出指令，控制负载的通断。 当蓄电池的电量不足或者即将不足时，发出屏蔽负载的指令，使车辆进入电源保护模式。当 电源管理系统通过对蓄电池的监测，以及对防盗指令的判断，分析判断出车辆处于停车防 盗状态时，在最短的时间内屏蔽或者断开与防盗以及安全无关的所有负载。进一步，电源管理系统根据蓄电池的状态，采取对负载和发电机发电功率的管理， 优化蓄电池的充放电状态。电源管理系统根据监测的蓄电池参数，计算蓄电池的健康状态 S0H。电源管理系统根据健康状态SOH与预设的预警值比较，当健康状态SOH达到预警值时， 发出预警。
图1，优化整车的电平衡的原理框图；图2，控制静态电流的原理框图；图3，优化蓄电池充发电的原理框图。
具体实施例方式下面参照附图，对本发明方案做进一步详细的阐述。为了能够优化整车的电平衡、控制整车的静态电流以及优化蓄电池的充放电状 态，我们采用以下3种措施措施1、优化整车的电平衡如图1所示，在本发明专利中，我们对整车所有负载按照负载的功能以及整车的 电器原理，划分为不同优先级的负载类型。在此为阐述方便，我们将整车负载按照优先级从 底到高命名为负载1、负载2、负载3、负载4、负载5，同时根据蓄电池的健康状态，将蓄电池 的荷电状态相应的划分为几个预警级别，在此以预警1、预警2、预警3为例来阐述我们的设 计理念。在本发明专利中，在电源管理系统中设计了一个监测单元和控制单元，监测单元 用来监测蓄电池的端电压U、蓄电池的充放电电流I、蓄电池的表面温度t，并做简单的分 析，将最终监测的结果发送给控制单元，控制单元根据监测的结果，通过专业的软件，分析 判断，从而给用电系统及发电机、发动机发出相应的指令，控制负载、发电机的状态，并向驾 驶员提供相应的信息。当电源管理系统判断出蓄电池的荷电状态达到预警1级别时(例如U = 12. 6V、I =0. 5A、T = 23°C )，将分别向用电系统和发电机发出指令1，要求优先级较低的负载1被 屏蔽，增加发电机的发电功率并调节输出电压，同时给驾驶人员警告1(蓄电池电量不足， 负载1被屏蔽)；此时，驾驶人员可以通过人工唤醒功能将被屏蔽的负载唤醒，恢复被屏蔽 负载的正常使用。通过电源管理系统的调节，若蓄电池的荷电状态得到缓解，通过检测得 出的数据分析得出蓄电池已经达到退出预警1的条件(例如U = 12. 65V、I = 0.5A、T = 230C )，电源管理系统将自动解除指令1，退出预警1状态。如果在蓄电池荷电状态达到预警1后，在电源管理控制部分采取措施后，由于驾 驶人员唤醒了被屏蔽的负载1，或者其他原因，导致蓄电池的荷电状态没有得到好转并进一 步恶化，达预警2时(例如U = 12. 5V、I = 0. 5A、T = 23°C )，电源管理系统将发出指令2， 要求屏蔽负载1、负载2，增加发电机发电功率并对输出电压进行调节，同时给驾驶人员警 告2(蓄电池电量严重不足，负载1、负载2被屏蔽)；此时，驾驶人员可以通过人工唤醒功能 将被屏蔽的负载唤醒，恢复被屏蔽负载的正常使用。随着蓄电池荷电状态的好转，当达到退 出预警2条件后(例如U = 12. 55V、I = 0. 5A、T = 23°C )，系统将自动退出预警2，进入预 警1 ；如果在蓄电池荷电状态达到预警2后，在电源管理控制部分采取措施后，由于驾 驶人员唤醒了被屏蔽的负载1、负载2，或者其他原因，导致蓄电池的荷电状态没有得到好 转，并进一步恶化，达到预警3时(例如U= 12. 4V、I = 0. 5A、T = 23°C )，电源管理系统将 发出指令3，要求强行屏蔽负载1、负载2、负载3，增加发电机发电功率并调节输出电压，同 时给驾驶人员警告3 (蓄电池电量严重不足，已经屏蔽负载1、负载2、负载3，蓄电池剩余电 量按照现在的行使状态还可以行使**Km)；此时除了安全驾驶所必需的负载4、负载5外，其 他负载全部屏蔽，并要求增加发电机的发电功率和调节发电机的输出电压，补偿蓄电池的 电量。在预警3，驾驶人员无法唤醒被屏蔽的负载，随着蓄电池荷电状态的好转，当达到退出预警3条件后(例如U= 12.45V、I =0. 5A、T = 23°C)，系统将自动退出预警3，进入预警 2。通过以上的监测控制，达到了优化整车供电系统与用电系统的电平衡，保证车辆 的安全驾驶，同时最大程度的提高了驾乘的舒适度。措施2 控制整车的静态电流为了便于阐述，我们沿用措施1中划分负载的方案，将整车负载按照优先级从底 到高命名为负载1、负载2、负载3、负载4、负载5。假设负载5包含安全性负载、防盗系统， 具有记忆功能的模块。如图3所示，电源管理系统将车辆停放分为两种类型，在本发明中权且命名为熄 火、防盗。熄火指发动机停止运转，在车辆没有点火且没有进入防盗的状态；防盗状态指发 动机停止运转，并且得到防盗指令开始进入或者已经进入防盗模式的状态。熄火状态此时电源管理系统通过对蓄电池的监测，以及对防盗指令的判断，分析 判断得出车辆处于熄火状态，按照整车的电器原理，此时大多数负载是可以正常使用。在这 种状态下，我们需要适时监测蓄电池的状态，并且根据蓄电池的端电压U、蓄电池的充放电 电流I、蓄电池的表面温度t来分析蓄电池的荷电状态SOC和健康状态S0H，并依此作为依 据，给负载发出指令，控制负载的通断，当蓄电池的电量不足或者即将不足时，将发出屏蔽 负载的指令(可以根据蓄电池的荷电状态，按照负载的优先级逐级屏蔽负载1、负载2、负载 3、负载4，也可以同时屏蔽与防盗以及安全无关的所有负载，即同时断开负载1、负载2、负 载3、负载4)，使车辆进入电源保护模式，此时只有通过起动发动机才能解除(或者其它解 除方式)。从而达到保护蓄电池、保证车辆正常起动的作用。防盗状态电源管理系统通过对蓄电池的监测，以及对防盗指令的判断，分析判断 出车辆处于防盗状态。此时防盗系统开始工作或者已经工作，电源管理系统需要在最短的 时间内屏蔽或者断开与防盗以及安全无关的所有负载，此时电源管理系统将发出指令，断 开负载1、负载2、负载3、负载4，使这些负载与蓄电池之间处于断开状态(对于一些有记 忆功能的模块需要保持供电)，从而尽可能的降低整车的静态电流，减少对蓄电池电能的损
^^ ο通过以上的措施，既可以保证在停车等待时的舒适性，也可以保证蓄电池的电量 足以保证车辆的正常行使，同时又使静态电流控制在比较理想的范围内。措施3 优化蓄电池的充放电状态如图3，在整车运行过程中，通过电源管理系统的监测单元对蓄电池的端电压U、 蓄电池的充放电电流I、蓄电池的表面温度t的监测，对这些参数做简单的分析处理后，将 最终数据发送给电源管理系统的控制单元，控制单元对监测结果进行进一步的处理，得出 蓄电池的荷电状态SOC以及健康状态S0H，再将S0C、S0H信息输送给专用分析软件，分析判 断蓄电池的具体状态，为能更好的阐述本发明专利的设计理念，我们将蓄电池状态化分为 以下几种状态1 电量不足并对外供电，蓄电池电量还没有达到预警级别，状态2 电量不足并对外供电，蓄电池电量已经达到预警级别，状态3 电量不足，不对外供电，也没有得到补偿，蓄电池电量还没有达到预警级 别，
状态4 电量不足，不对外供电，也没有得到补偿，蓄电池电量已经达到预警级别，状态5 电量不足，蓄电池电量还没有达到预警级别，发电机正在给蓄电池进行充 电，状态6 电量不足，蓄电池电量已经达到预警级别，发电机正在给蓄电池进行充 H1^ ο状态7 电量充足，但是蓄电池正在并对外供电，状态8 电量充足，不对外供电，也没有得到补偿，状态9 电量充足，但是发电机正在给蓄电池进行充电。当蓄电池处于状态1、状态7时，电源管理系统将发出指令，增加发电机的发电功 率并调节发电机的输出电压，使蓄电池停止对外供电，或者降低蓄电池对外供电的程度；当 蓄电池处于状态2、状态4、状态6时，将按措施1，通过对负载的控制，以及对发电机的发电 功率和输出电压的调节，补偿蓄电池的电量；当蓄电池处于状态3、状态5、状态8时，电源管 理系统的控制单元不发出控制指令；当蓄电池处于状态9时，为了节约能源，也为了避免因 为蓄电池电量饱和，却始终对蓄电池充电，导致蓄电池内温度增高，酸液蒸发而影响蓄电池 的寿命，这时电源管理系统的控制单元将发出指令，使发电机的发电功率降低并对发电机 的输出电压进行调节。终止蓄电池的充电状态。在以上的方案中，我们需要经常通过对发电机的输出功率和输出电压的调节来保 证蓄电池充放电的平衡，在调节发电机的输出功率的同时，需要调节发电机的输出电压，使 发电机的输出电压控制在对蓄电池健康最有利的范围之内。在对发电机的输出功率和发电 机的输出电压进行调节的同时，需要根据发动机的实际负载，对发动机的转速做出相应的 调节，从而确保发电机可以顺利的按电源管理系统的指令进行调节。通过对蓄电池的端电压U、蓄电池的充放电电流I、蓄电池的表面温度t、负载、发 电机、发动机的检测和调节，达到优化蓄电池的充放电状态，延长蓄电池的使用寿命。同时 根据U、I、t，分析计算蓄电池的内阻，并判断蓄电池的健康状态S0H，当健康状态恶化到预 警状态时(例如电压降Ud = 0. 4V、输出电流I = 50A、T = 230C )，将向驾驶员发出警告信 肩、ο上述实施方案只是体现本发明技术方案的优选方案，本技术领域的技术人员对其 中的某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之 内。
权利要求
一种电源管理系统，包括监测单元和控制单元，监测单元用来监测蓄电池的参数，并进行简单分析；控制单元包括分析单元和处理单元，分析单元接收监测单元监测到的参数信息，进行分析判断，处理单元接收分析单元的指令，发出相应的处理信息，其特征在于处理单元进行预警处理、静态电流管理以及蓄电池充放电管理，所述静态电流管理包括熄火未防盗电流管理和停车防盗电流管理。
2.根据权利要求1的电源管理系统，其特征在于当车辆处于熄火但防盗系统未启动 状态时，监测蓄电池的状态，并根据监测的蓄电池的参数分析蓄电池的荷电状态和健康状 态，向负载发出指令，控制负载的通断。
3.根据权利要求1或2的电源管理系统，其特征在于当蓄电池的电量不足或者即将 不足时，发出屏蔽负载的指令，使车辆进入电源保护模式。
4.根据权利要求1-3任一项的电源管理系统，其特征在于当电源管理系统通过对蓄 电池的监测，以及对防盗指令的判断，分析判断出车辆处于停车防盗状态时，在最短的时间 内屏蔽或者断开与防盗以及安全无关的所有负载。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电源管理系统，其特征在于蓄电池充放电管理需 要适时监测蓄电池的相关参数，并分析蓄电池的状态。
6.根据权利要求5的电源管理系统，其特征在于电源管理系统根据蓄电池的状态，采 取对负载和发电机发电功率的管理，优化蓄电池的充放电状态。
7.根据权利要求5或6的电源管理系统，其特征在于电源管理系统根据监测的蓄电 池参数，计算蓄电池的健康状态S0H。
8.根据权利要求7的电源管理系统，其特征在于电源管理系统根据健康状态SOH与 预设的预警值比较，当健康状态SOH达到预警值时，发出预警。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电源管理系统，其特征在于监测的蓄电池参数包 括端电压U、蓄电池的充放电电流I以及蓄电池的表面温度t。
全文摘要
本发明涉及一种电源管理系统，包括监测单元和控制单元，监测单元用来监测蓄电池的参数，并进行简单分析；控制单元包括分析单元和处理单元，分析单元接收监测单元监测到的参数信息，进行分析判断，处理单元接收分析单元的指令，发出相应的处理信息，其特征在于处理单元进行预警处理、静态电流管理以及蓄电池充放电管理，所述静态电流管理包括熄火未防盗电流管理和停车防盗电流管理。通过监测蓄电池的状态，控制整车用电器的适用状态，同时控制发电机的发电功率以及输出电压，并向驾驶员提供蓄电池的状态信息，最大程度的优化整车的电平衡。
文档编号H02J7/00GK101973211SQ200910172929
公开日2011年2月16日 申请日期2007年8月31日 优先权日2007年8月31日
发明者刘慧军, 杨长富, 程琳, 董明 申请人:奇瑞汽车股份有限公司