商用车多电源能量供给应用管理系统和管理方法与流程

本发明涉及一种商用车多电源集成应用，特别是涉及一种商用车多电源能量供给应用管理系统和管理方法。

背景技术：

1、商用车作为商业中的必需品，其内部的供电情况一直受到广泛关注，对于商用车电源的综合控制的研究，将作为商用车内部智慧管理的重要核心模块，能够提供全车综合电源智慧管理，全车电器远程控制的功能，主要优点是系统电路集成度高、智能控制、手机端远程控制、无线远程升级、智能安防、综合电源中央控制等功能。

2、目前，商用车电气系统除车辆底盘电气系统外，还需要车辆生产商或改装厂对车辆加装电源管理系统，用于车上用电设备的供配电。

3、针对现有商用车的电源能量管理，主要存在以下问题：

4、目前商用车中，大多数通过单独的原车直流发电机为车载蓄电池供电，但原车蓄电池容量有限，难以满足商用车驻车状态下的用电需求，并且，各控制模块采用独立分布的分散式结构设置，没有采用集成化一体设置，占用商用车较大面积，集成度低，智能化控制程度低。

5、因此，在商用车中配备多电源能量管理系统，将成为商用车亟待解决的问题，以上问题同时存在于房车、卡车、特种车、改装车、船舶等商用车领域，以及户储、便携式储能、微电网等新能源领域。

技术实现思路

1、本发明针对以上技术问题，提供及一种商用车多电源能量供给应用管理系统和管理方法，该商用车多电源能量供给应用管理系统和管理方法，能够实现商用车电瓶的多途径充电，避免单独通过原车直流发电机取电，能够满足商用车驻车状态下的用电需求，并且，配备多电源能量供给应用管理系统，对能源和用电设备进行智能管理，实现故障的实时预警和隔离、远程监控和数字化管理，同时，对各能量控制模块采用集成化设置，在整体供电应用中，极大提高能源效率、集成度高、故障率低、智能化程度高。

2、为此，本发明的技术方案是，一种商用车多电源能量供给应用管理系统，包括能量供给应用模块和能量管理模块；

3、能量供给应用模块包括直流供电模块、交流供电模块、能量供给控制模块、车载交流负载、车载直流负载；

4、能量供给应用模块还包括直流母线和交流母线；

5、直流供电模块和直流母线电连接，直流供电模块通过直流母线实现直流电传输；

6、能量供给控制模块分别和直流母线、交流母线电连接；

7、能量供给控制模块和车载交流负载电连接，为车载交流负载提供交流电；

8、能量供给控制模块和车载直流负载电连接，为车载直流负载提供直流电；

9、交流供电模块和交流母线电连接，交流供电模块通过交流母线实现交流电传输，交流母线同时和车载交流负载电连接；

10、直流供电模块包括蓄电池模块、直流发电机、光伏充电器；

11、蓄电池模块和直流母线电连接，直流发电机和直流母线之间通过dc-dc转换模块电连接，光伏充电器和直流母线之间通过dc-dc转换模块电连接；

12、交流供电模块包括市电220v、充电桩、柴油交流发电机，市电220v、充电桩、柴油交流发电机分别和交流母线之间电连接；

13、能量供给控制模块上设有直流供电输入端口、交流供电输入端口、直流供电输出端口、交流供电输出端口、充逆一体机、dc-dc转换模块、pdu能量分配模块、usb模块、蓝牙模块，充逆一体机上设有多个ac接口和dc接口；

14、充逆一体机上的ac接口和交流供电输入端口之间电连接，交流供电输入端口的另一端和交流母线电连接，充逆一体机上的另一端ac接口和交流供电输出端口电连接，交流供电输出端口和车载交流负载电连接，充逆一体机上的dc接口和直流供电输入端口电连接，直流供电输入端口的另一端和直流母线电连接，充逆一体机上的dc接口和蓄电池模块电连接；

15、能量供给控制模块上的dc-dc转换模块的一端和直流供电输入端口电连接，直流供电输入端口的另一端和直流母线电连接，dc-dc转换模块的另一端分别和pdu能量分配模块、usb模块电连接，pdu能量分配模块的另一端和直流供电输出端口电连接，直流供电输出端口的另一端和车载直流负载电连接，usb模块的另一端和直流供电输出端口电连接，直流供电输出端口的另一端和车载直流负载电连接；

16、能量供给控制模块上还设有ems域控模块，ems域控模块和直流供电输入端口远离直流供电模块的一端电连接，ems域控模块的另一端设有中控屏，中控屏和ems域控模块电连接；

17、能量管理模块包括中控屏，中控屏的一端设有云服务器和手机端，云服务器、手机端、中控屏之间通过通讯总线相互传输信号，中控屏的另一端和ems域控模块之间通过通讯总线相互传输信号，中控屏的另一端同时设有居住域控模块、安防域控模块、车辆域控模块，中控屏分别和居住域控模块、安防域控模块、车辆域控模块之间通过通讯总线相互传输信号；

18、ems域控模块分别和充逆一体机、dc-dc转换模块、pdu能量分配模块、直流供电模块之间通过通讯总线相互传输信号，ems域控模块分别和usb模块、交流供电模块之间通过io模块相互传输信号；

19、ems域控模块和手机端之间通过蓝牙模块相互传输信号。

20、优选地，蓄电池模块内设有bms电池控制板和蓄电池，蓄电池和bms电池控制板之间电连接，bms电池控制板的另一端和直流母线的输入端电连接；

21、bms电池控制板上设有高位数据线连接端口和低位数据线连接端口；

22、bms电池控制板上设有充电mos管q3和放电mos管q4，充电mos管q3的漏极端和放电mos管q4的漏极端之间电信号连接，充电mos管q3的漏极端和放电mos管q4的漏极端之间连接有电容c1和电阻r5a，充电mos管q3的漏极端、放电mos管q4的漏极端同时和电容c1、电阻r5a的一端电信号连接，电容c1、电阻r5a的另一端同时和充电mos管q3的栅极端、放电mos管q4的栅极端电信号连接，并且连接至mos控制系统；

23、放电mos管q4的源极端设有采样电阻r3a和采样电阻r4a，放电mos管q4的源极端分别和采样电阻r3a、采样电阻r4a的一端电信号连接，采样电阻r3a和采样电阻r4a的另一端电信号连接，并共同连接有蓄电池，和蓄电池的负极端电信号连接，蓄电池的正极端连接有pem安全模块，pem安全模块的另一端连接蓄电池正极输出线b+；

24、放电mos管q4的源极端同时连接有预充mos管q2，放电mos管q4的源极端和预充mos管q2的源极端电信号连接，预充mos管q2的栅极端连接至mos控制系统，预充mos管q2的漏极端连接有预充电阻r2a，预充mos管q2的漏极端和预充电阻r2a的一端电信号连接，预充电阻r2a的另一端连接有限流电阻r1a，和限流电阻r1a的一端电信号连接，限流电阻r1a的另一端连接有限流mos管q1，和限流mos管q1的漏极端电信号连接，限流mos管q1的栅极端连接至mos控制系统，限流mos管q1的源极端和充电mos管q3的源极端电信号连接，并同时连接蓄电池负极输出线b-，预充电阻r2a和限流电阻r1a之间的连接端和充电mos管q3的漏极端电信号连接；

25、限流mos管q1和限流电阻r1a形成限流模块，预充mos管q2和预充电阻r2a形成预充模块。

26、优选地，pem安全模块采用可采集温度、电流、可燃气体以及带有灭火功能的安全模块控制。

27、优选地，通讯总线包括can总线和485总线。

28、优选地，直流母线包括dc12v直流母线、dc24v直流母线、dc48v直流母线。

29、一种商用车多电源能量供给应用管理系统的管理方法，包括如下内容：

30、直流供电模块输出直流电，输出的直流电和充逆一体机上的dc接口电连接，为充逆一体机提供直流电，直流电通过充逆一体机内部的电压转换后，和充逆一体机上的ac接口电连接，充逆一体机上的ac接口为车载交流负载提供交流电，满足交流负载设备的正常运行；

31、直流供电模块输出的直流电同时和ems域控模块电连接，为ems域控模块提供直流电，同时，ems域控模块、手机端、中控屏、云服务器相互之间电连接；

32、直流供电模块输出的直流电同时和pdu能量分配模块电连接，为pdu能量分配模块提供直流电，pdu能量分配模块为车载直流负载提供直流电，满足车载直流负载设备的正常运行；

33、直流供电模块输出的直流电同时和usb模块电连接，usb模块为车载直流负载提供直流电，满足车载直流负载设备的正常运行；

34、交流供电模块输出交流电，输出后的交流电为车载交流负载提供交流电，输出后的交流电同时和充逆一体机上的ac接口电连接，为充逆一体机提供交流电；

35、ems域控模块分别采集直流供电模块、pdu能量分配模块、dc-dc转换模块、充逆一体机的信号，实现信号的传输和控制；

36、ems域控模块分别与手机端、中控屏信号通讯，实现信号的传输；

37、ems域控模块和直流供电模块上的蓄电池信号连接，ems域控模块采集蓄电池的电量信息，和蓄电池实现信号传输；

38、ems域控模块和dc-dc转换模块信号连接，ems域控模块采集dc-dc转换模块上的电信号，和dc-dc转换模块实现信号传输；

39、手机端和云服务器通过4g、5g或wifi信号连接，手机端和云服务器之间实现信号传输；

40、中控屏和云服务器通过云端信号连接，中控屏和云服务器之间实现信号传输；

41、手机端和中控屏通过wifi信号或蓝牙信号连接，手机端和中控屏之间实现信号传输；

42、ems域控模块和手机端通过蓝牙信号连接，ems域控模块和手机端实现信号传输，防止在无信号或中控屏损坏的情况下，手机端和ems域控模块进行应急通信，保留基础的电能供应和设备控制，可提高整体系统的安全性和可靠性，中控屏具有无线路由功能，通过4g/5g联网，并提供wlan功能。

43、优选地，当接入直流发电机时，直流发电机输出直流电，经过dc-dc转换模块进行直流电转换，转换后的直流电和充逆一体机上的dc接口电连接，为充逆一体机提供直流电，直流电通过充逆一体机内部的电压转换后，和充逆一体机上的ac接口电连接，充逆一体机上的ac接口为车载交流负载提供交流电，满足交流负载设备的正常运行；

44、转换后的直流电同时和蓄电池模块电连接，为蓄电池模块提供直流电，蓄电池模块对商用车多电源能量供给应用管理系统进行电源能量控制；

45、蓄电池模块为ems域控模块提供直流电，蓄电池模块同时通过dc-dc转换模块，进行直流电转换，转换后的直流电分别为usb模块和pdu能量分配模块提供直流电，usb模块和pdu能量分配模块分别为车载直流负载提供直流电，满足车载直流负载设备的正常运行；

46、通过蓄电池模块对商用车多电源能量供给应用管理系统进行电源能量控制的具体方法为：

47、步骤(1)：根据电池的总容量cn、电池荷电量soc、电池健康度soh、温度t与充电电流ic(t)、放电电流id(t)之间的关系表达式，以及温度t、额定充电倍率pc(t)、放电倍率pd(t)来决定当前的电池允许最大充电icmax或最大放电电流idmax；

48、最大充电电流：icmax＝cn×soc×soh×ic(t)×pc(t)

49、最大放电电流：idmax＝cn×soc×soh×id(t)×pd(t)

50、其中soc估计可使用安时积分法、端电压估计法、卡尔曼滤波法进行soc的估计；

51、pc(t)、pd(t)为温度与充电电流之间的关系，为归一化的函数表达式，存在如下关系式：

52、

53、根据电池种类和厂家不同，系数不同，为了方便计算，通过试验得出数据后进行数据拟合，得出曲线数据，拟合不限定于多项式函数表达式，同样的pd(t)也存在类似表达式，当该值为零时，表示为禁充或禁放状态；

54、步骤(2)：电池信息状态由bms电池控制板得出并发出到各连接的设备，各设备将各负载情况和输入源的情况上报给ems域控模块，由ems域控模块接收后进行计算，瞬时能源调度满足功率输入平衡的原则，即：

55、

56、由于各设备存在转换效率ηi(t)及功率限制归一化函数σi(t)，因此上式可写为：

57、

58、在交流母线和直流母线上，电压保持平衡且一致，因此功率平衡可转换成对电流的控制，即：

59、

60、步骤(3)：ems域控模块根据所连接的设备的输入、输出情况及请求，对输入、输出能源进行调度，调度算法以系统运行成本最低、环保性最优、安全性最高、用户使用习惯的契合度为最优化目标；

61、系统成本cp以发电成本cp1、购电成本cp2、设备成本cp3、维护维修成本cp4、需求响应成本cp5的综合成本为最优化目标，即：

62、

63、环保性以碳排放的总和cc以最优化目标，碳排放以光伏cc1、前车发电cc2、市电cc3、柴发cc4的发电总和为最优化目标，即：

64、

65、安全性综合cf以设备安全性cf1、人员安全性cf2、协同调度安全性cf3为考核目标，即：

66、

67、用户习惯综合cm以时间锲合度cm1和能量锲合度cm2为考核目标，即：

68、

69、步骤(4)：各设备根据ems域控模块的分配进行能源的输入和输出，总体由ems域控模块命令进行输入和输出，同时，各设备具有应急开关，以保证在整体系统失效的情况下，可实现个体设备的基本功能，以满足基本的功能需求；

70、步骤(5)：各设备检测自身的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、温度等情况，出现异常情况进行状态的上报，并进入异常处理程序，异常处理程序为脱离总线和报警，ems域控模块根据设备异常情况的严重程度进行系统的整体调度；

71、当接入光伏充电器时，光伏充电器输出直流电，经过dc-dc转换模块进行直流电转换，转换后的直流电和充逆一体机上的dc接口电连接，为充逆一体机提供直流电；

72、当接入市电220v时，市电所输出ac220v电压为车载交流负载提供交流电，同时和充逆一体机上的ac接口电连接，为充逆一体机提供交流电；

73、当接入充电桩时，充电桩所输出的ac220v电压为车载交流负载提供交流电，同时和充逆一体机上的ac接口电连接，为充逆一体机提供交流电；

74、当接入柴油交流发电机时，柴油交流发电机所输出的ac220v电压为车载交流负载提供交流电，同时和充逆一体机上的ac接口电连接，同样可以为充逆一体机提供交流电；

75、由于充逆一体机上的dc接口和蓄电池模块之间电连接，当直流供电模块或交流供电模块为充逆一体机提供电能时，充逆一体机可为蓄电池模块进行充电。

76、优选地，步骤(3)中，由于各设备及系统以时间为函数，因此为了实现嵌入式系统中的优化算法，利用已有设备和系统形成的基本数据结合对原有数据的利用，以及对未来的预测进行能源调度，具体能源调度算法包括如下步骤：

77、步骤(3-1)：预置输入及分配模型，根据预先设定的电压、功率范围、soc等信息进行初始化模型；

78、步骤(3-2)：通过模型参数，预置超平面电源输入和输出权重；

79、步骤(3-3)：根据预置权重进行电力输入和输出；

80、步骤(3-4)：将每个源、荷及内部储能部件划分成独立子区域，在控制系统结构不变的情况下，赋予固定权重，并且，在控制系统发生变化的情况下，以及根据接入的设备通信认证接入的情况，重新赋予固定权重；

81、根据每个输入的电压、功率、电流、温度，以及最大功率、效率计算允许的范围值，对每个输出的电流、功率的允许电压的范围值进行计算；

82、步骤(3-5)：对每个输入信号以及输出信号，进行交叉匹配，选取每个输入信号以及输出信号的最优值，淘汰不符合求解的组合平面；

83、步骤(3-6)：进行迭代和判断是否达到全局最优解及进入求解死区，若已达到全局最优解，则存储当前配置参数，否则返回步骤(3-4)；

84、步骤(3-7)：已达到全局最优解，对输入、输出信号进行配置后按照最优化参数进行输出，同时，根据系统容量、soc、功率、光照强度等进行1h源荷预测；

85、步骤(3-8)：在2min内，执行该策略，如源、荷在预测范围及时间内，则继续执行原策略及预置分配模型，否则进入步骤(3-4)进行重新计算。

86、优选地，步骤(5)中，异常情况处理分为三个等级，分别为预警、报警、故障；

87、当异常等级为预警时，进行预警状态的上报并读取bms电池控制板1的状态信息，若无异常，则继续根据下发的控制策略进行工作；

88、当异常等级为报警时，进行报警状态的上报，并进行降额工作，并且读取bms电池控制板1的状态信息，若无异常，则继续根据下发的控制策略进行工作；

89、当异常等级为故障时，进行故障状态的上报，并切断工作状态，停止工作。

90、优选地，直流发电机包括原车直流发电机和后装直流发电机；

91、当接入原车直流发电机时，根据汽车行驶条件、发动机储备功率、发电机电压、电流、温度进行判断原车直流发电机的状态，确定原车直流发电机当前可输出的功率，当直流发电机端的电压保持恒定，输出的电流决定了输出的功率；

92、原车使用功率pr和储能电瓶的充电功率ps的总和应小于pmax，且当温度变化时，输出pmax也随温度变化而变化，即：

93、pr+ps<pmax pmax＝ui(t)

94、原车直流发电机的充电电流在发动机储备功率与原车发电机最大功率之间的应用关系为：

95、pc＝min[apeg,pmax]；

96、a为发动机储备功率可利用系数，值<1；

97、使用原车直流发电机进行充电的具体计算步骤为：

98、步骤(a)：根据直流发动机转速及发动机储备功率可利用系数，计算发动机的可用功率；

99、步骤(b)：根据直流发动机的转速及转速比，计算直流发电机的最大输出功率；

100、步骤(c)：根据直流发电机的温度，确定直流发电机当前允许输出的最大电流icmax；

101、步骤(d)：根据控制策略，计算需求发电机的电流：icin<icmax；

102、步骤(e)：检测直流发动机的转速、温度确定最优icin，并向上层控制系统报告。

103、本发明的有益效果是：

104、1.该能量管理系统，采用交流供电模块或者直流供电模块对蓄电池进行充电，从而对商用车上的车载交流负载以及车载直流负载进行供电，如：市电220v、充电桩、柴油交流发电机、直流发电机、光伏充电器，同时，通过将ems域控模块、充逆一体机、dc-dc转换模块、pdu能量分配模块、usb模块、蓝牙模块设置在同一个集成模块上，将外部dc-dc转换模块、光伏充电器、蓄电池、市电220v等通过通信连接，结合ems域控模块的整体调度控制，实现了所有能源的调度管理，较之前分散式的结构，具有集成度高，功率密度高，安装调试方便、散热效果好等优点。

105、2.通过将中控屏的一端连接居住域控模块、安防域控模块、车辆域控模块，通过ems域控模块的整体调度控制，将中控屏分别和居住域控模块、安防域控模块、车辆域控模块之间通过通讯总线相互传输信号；

106、具体的说，居住域控模块实现智慧能源管理系统、烹饪与食材存储系统、储水与净水系统、空调及空气净化系统，影音娱乐系统、睡眠监测系统等的智能互联与智能控制以及情景模式定义与一键切换；

107、安防域控模块具有入侵检测、主动安全、智能监控的功能，入侵检测可通过红外光及门窗状态，检测车辆在上锁状态下的入侵情况，并通过系统发送到用户手机进行提示报警，主动安全主要针对行驶过程中车辆限高问题，对倾角、胎压进行实时检测，防止车辆发生相应故障，安防域控模块所连接的设备有视频监控、红外传感器、门窗行程开关、障碍物超声波传感器、倾角传感器、胎压传感器等；

108、车辆域控模块能够实现自动定位、营地推荐、车辆油耗、行驶里程等车辆状态信息，确保车辆行驶安全，同时具有在租赁平台一键订车、数字钥匙等租赁交易的相关技术支持。

109、3.在蓄电池模块中，采样电阻r3a和采样电阻r4a采用电阻并联方式设置，分别进行大电流和小电流的采集，以达到在大电流下和小电流下的不同情况下较高的精度，避免在长时间充放电过程中因电流采集误差导致的soc误差累计；

110、bms电池控制板可以给出充电信息，bms电池控制板根据soc、电池温度、电池容量、允许充放电倍率，同时根据既定算法计算出所需数据，本系统采用卡尔曼滤波算法对蓄电池容量做出估计，该估计方法可有效减小因蓄电池老化及温度异常所造成的误差，和普通的安时积分法相比，可有效提高精度度，其中包含有最大充电电流、最大放电电流，当前允许的充电电流、当前允许的放电电流的测量估计。