淺析汽車電源管理系統(tǒng)的應(yīng)用

摘要：設(shè)計一套電源管理系統(tǒng)的控制策略和一些具體的實現(xiàn)方法。關(guān)注于蓄電池電壓、溫度和電流以及荷電狀態(tài)，同時增加對整車用電器的控制方法，與整車的其他用電器進(jìn)行信息交互。

關(guān)鍵詞：電源管理系統(tǒng)；信息交互；應(yīng)用

針對現(xiàn)在汽車對電源系統(tǒng)設(shè)計的較高的要求，在保證整車電路系統(tǒng)正常健康的運(yùn)行前提下，提出了如何設(shè)計整車電源管理系統(tǒng)的方案。

1電源管理系統(tǒng)的功能

汽車始終以安全性最為第一要點(diǎn)，行駛性作為第二要點(diǎn)，同時考慮人性化設(shè)計；引入電源管理模塊，不僅僅在特殊情況下有所保障，日常的使用也要發(fā)揮作用：

（1）過電流、短路的保護(hù)功能，即對整車大電源進(jìn)行保護(hù)，及時切斷蓄電池總電源，或切斷某一控制回路。（2）對蓄電池進(jìn)行荷電狀態(tài)SOC檢測，用來保護(hù)蓄電池不會虧電，即實時了解電池的狀態(tài)，及時控制充放電時間，增加蓄電池壽命。（3）整車靜態(tài)電流控制，保證整車下次啟動的蓄電池最低要求，即延長整車停放時間，以及保證整車銷售中所需的長途運(yùn)輸。（4）與整車的信息交互，便于信息傳輸、顯示、自動快速反應(yīng)，即讓駕駛者更好的了解整車的狀況并做出正確的判斷。（5）增加電源系統(tǒng)的診斷功能，便于對故障進(jìn)行分析、記憶，即對整車電路的維修保養(yǎng)提供信息。

2用電器等級劃分

根據(jù)汽車用電器的安全等級，將整車用電器分成三個等級，等級越高對整車行駛越重要，等級的劃分用于電源管理系統(tǒng)合理分配電源的使用，下面是初步的整車電器劃分：

等級1：完全舒適性用電器及奢侈性用電器如備用電源、點(diǎn)煙器、座椅加熱、冰箱。

等級2：部分舒適性用電器如GPS、音響、空調(diào)（包括加熱絲）、電動座椅調(diào)節(jié)、后風(fēng)窗加熱、停車輔助系統(tǒng)、電動后視鏡及后視鏡加熱、電動窗簾。

等級3：除上述兩個等級以外的，保證車輛安全性能的（行駛安全及設(shè)防安全）用電器及保證駕駛員能夠正常駕駛的用電器如ABS、ESP、EPB、EPS、TPMS、Airbag、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)及附件、冷卻系統(tǒng)、變速箱控制系統(tǒng)及附件、喇叭、燈光照明系統(tǒng)、組合儀表、雨刮洗滌系統(tǒng)、玻璃升降器、天窗、車身及發(fā)動機(jī)防盜等。

3電源管理模塊的功能要求

（1）電池健康度估算（SOC）：根據(jù)電池的外特性電壓、電流、內(nèi)阻、電池溫度以及時間等參數(shù)來推斷SOC的大??；（2）實現(xiàn)電池運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)控；（包含充電過程控制、放電過程控制、電池組溫度控制、全天候電池安全管理）（3）實現(xiàn)電池故障診斷和安全保護(hù)；（包含故障診斷、失效控制）（4）具有自檢和診斷功能（能診斷各類故障，并記錄故障碼）；（5）具有充放電均衡功能（均衡化充電管理）；（6）與其它控制系統(tǒng)實現(xiàn)信息通訊（7）可靠性及安全性滿足整車要求（8）環(huán)境溫度、振動、電磁兼容等指標(biāo)滿足整車的性能試驗要求。

4電源管理模塊的應(yīng)用

4.1過電流、短路的保護(hù)功能

（1）管理模塊中需要對各個需要監(jiān)測的回路進(jìn)行正常工作電流估算和實際測量，得出電流值I，過載電流主要針對于長時間通電回路，過載電流設(shè)定過電流倍數(shù)K，當(dāng)電源管理模塊對電源通道的電流進(jìn)行周期性采樣后，采集電流為I。

當(dāng)I>I*K，電源管理模塊判斷回路電流過載，模塊內(nèi)部控制繼電器斷開回路。

（2）電源內(nèi)部的短路保護(hù)比較簡單，通過保險絲的幫助就可以完成，當(dāng)回路出現(xiàn)短路時的大電流，保險絲能夠及時熔斷，即可滿足要求。

同時，現(xiàn)在已經(jīng)有一下自恢復(fù)式的保險絲，這種保險絲在過熱后會自動斷開，當(dāng)其穩(wěn)定下來后能夠自我恢復(fù)，這種保險絲能夠解決回路短暫的大電流而導(dǎo)致普通保險絲誤判的問題。

4.2蓄電池的合理充電

根據(jù)電池健康度估算以及實時監(jiān)控的蓄電池運(yùn)行狀態(tài)，計算出電池當(dāng)前狀態(tài)，

（1）電池電壓較低，通過與ECU（發(fā)動機(jī)控制模塊）通訊，怠速時提高轉(zhuǎn)速增加發(fā)電機(jī)發(fā)電量；電壓過低時，可以通過斷開一些等級1或等級2部分用電器的電源使用來保證蓄電池充電。

（2）電池已經(jīng)充滿，模塊斷開發(fā)電機(jī)與蓄電池的連接，停止充電。

4.3蓄電池的合理放電

當(dāng)汽車未啟動時，整車上用電器的用電需求均來源于蓄電池，蓄電池在放電的同時，需要保證下次啟動的電量。

設(shè)定汽車最低的允許啟動電壓U，汽車蓄電池滿電荷狀態(tài)電壓為U，將它們之間的電壓差按照用電器等級劃分。設(shè)需要關(guān)閉等級1的蓄電池電壓為U，需要關(guān)閉等級2的蓄電池電壓為U，需要關(guān)閉等級3的蓄電池電壓為U。

例如：根據(jù)劃分的等級，監(jiān)測實時電壓，當(dāng)電源管理模塊測得蓄電池電壓降到U時，模塊則斷開所有有關(guān)等級1的汽車用電器的電源。以此類推。

同時模塊與汽車進(jìn)行通訊，通過顯示儀器告知乘客蓄電池的各個狀態(tài)。

4.4與整車的信息交互

電源管理模塊在執(zhí)行各種命令時，需要和各個其他用電器進(jìn)行信息交換，通過各種信息交換控制整車的電源系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，并將其調(diào)整到最佳。

如圖1所示，電源管理模塊加入CAN網(wǎng)絡(luò)，通過CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)出各種信息，ECU可以通過控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高增加發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，達(dá)到快速充電的目的。顯示用電器使駕駛者能夠清楚了解蓄電池的當(dāng)前狀態(tài)。

4.5電源管理系統(tǒng)的診斷功能

蓄電池的充放電次數(shù)，循環(huán)信息，對蓄電池剩余電量計算以及對深度放電的次數(shù)統(tǒng)計，對更換的新電池進(jìn)行自學(xué)習(xí)，包括控制模塊本身的故障信息，這些內(nèi)容都需要通過管理模塊存儲，當(dāng)維修人員對這些數(shù)據(jù)采集時，能夠及時讀取電源管理模塊本身的信息參數(shù)來幫助對其的維護(hù)工作，同時這些信息對于監(jiān)控蓄電池的維護(hù)工作起到重要的支持工作。通過對蓄電池的監(jiān)控得到更好的維護(hù)和延長其壽命，同時對整車與蓄電池之間的電路系統(tǒng)起到平衡的作用，該應(yīng)用是整車電源管理的基本要求，適用于各種汽車提供的電源管理系統(tǒng)。

5結(jié)語

根據(jù)整車實際的用電器信息，闡述了電源管理系統(tǒng)在整個汽車電源系統(tǒng)中的各種功能應(yīng)用，通過上述內(nèi)容，可以看出電源管理系統(tǒng)完全能夠做到智能化控制整車的電平衡，通過對蓄電池的監(jiān)控得到更好的維護(hù)和延長其壽命，同時對整車與蓄電池之間的電路系統(tǒng)起到平衡的作用，該應(yīng)用是整車電源管理的基本要求，適用于各種汽車提供的電源管理系統(tǒng)。