淺析汽車電源管理系統的應用

摘要：設計一套電源管理系統的控制策略和一些具體的實現方法。關注于蓄電池電壓、溫度和電流以及荷電狀態，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行信息交互。

關鍵詞：電源管理系統；信息交互；應用

針對現在汽車對電源系統設計的較高的要求，在保證整車電路系統正常健康的運行前提下，提出了如何設計整車電源管理系統的方案。

1電源管理系統的功能

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

（1）過電流、短路的保護功能，即對整車大電源進行保護，及時切斷蓄電池總電源，或切斷某一控制回路。（2）對蓄電池進行荷電狀態SOC檢測，用來保護蓄電池不會虧電，即實時了解電池的狀態，及時控制充放電時間，增加蓄電池壽命。（3）整車靜態電流控制，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輸。（4）與整車的信息交互，便于信息傳輸、顯示、自動快速反應，即讓駕駛者更好的了解整車的狀況并做出正確的判斷。（5）增加電源系統的診斷功能，便于對故障進行分析、記憶，即對整車電路的維修保養提供信息。

2用電器等級劃分

根據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（包括加熱絲）、電動座椅調節、后風窗加熱、停車輔助系統、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、發動機控制系統及附件、冷卻系統、變速箱控制系統及附件、喇叭、燈光照明系統、組合儀表、雨刮洗滌系統、玻璃升降器、天窗、車身及發動機防盜等。

3電源管理模塊的功能要求

（1）電池健康度估算（SOC）：根據電池的外特性電壓、電流、內阻、電池溫度以及時間等參數來推斷SOC的大小；（2）實現電池運行狀態的實時監控；（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）實現電池故障診斷和安全保護；（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）與其它控制系統實現信息通訊（7）可靠性及安全性滿足整車要求（8）環境溫度、振動、電磁兼容等指標滿足整車的性能試驗要求。

4電源管理模塊的應用

4.1過電流、短路的保護功能

（1）管理模塊中需要對各個需要監測的回路進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，過載電流設定過電流倍數K，當電源管理模塊對電源通道的電流進行周期性采樣后，采集電流為I。

當I>I*K，電源管理模塊判斷回路電流過載，模塊內部控制繼電器斷開回路。

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

同時，現在已經有一下自恢復式的保險絲，這種保險絲在過熱后會自動斷開，當其穩定下來后能夠自我恢復，這種保險絲能夠解決回路短暫的大電流而導致普通保險絲誤判的問題。

4.2蓄電池的合理充電

根據電池健康度估算以及實時監控的蓄電池運行狀態，計算出電池當前狀態，

（1）電池電壓較低，通過與ECU（發動機控制模塊）通訊，怠速時提高轉速增加發電機發電量；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）電池已經充滿，模塊斷開發電機與蓄電池的連接，停止充電。

4.3蓄電池的合理放電

當汽車未啟動時，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。

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

例如：根據劃分的等級，監測實時電壓，當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等級1的汽車用電器的電源。以此類推。

同時模塊與汽車進行通訊，通過顯示儀器告知乘客蓄電池的各個狀態。

4.4與整車的信息交互

電源管理模塊在執行各種命令時，需要和各個其他用電器進行信息交換，通過各種信息交換控制整車的電源系統的當前狀態，并將其調整到最佳。

如圖1所示，電源管理模塊加入CAN網絡，通過CAN網絡發出各種信息，ECU可以通過控制發動機轉速的提高增加發電機的發電量，達到快速充電的目的。顯示用電器使駕駛者能夠清楚了解蓄電池的當前狀態。

4.5電源管理系統的診斷功能

蓄電池的充放電次數，循環信息，對蓄電池剩余電量計算以及對深度放電的次數統計，對更換的新電池進行自學習，包括控制模塊本身的故障信息，這些內容都需要通過管理模塊存儲，當維修人員對這些數據采集時，能夠及時讀取電源管理模塊本身的信息參數來幫助對其的維護工作，同時這些信息對于監控蓄電池的維護工作起到重要的支持工作。通過對蓄電池的監控得到更好的維護和延長其壽命，同時對整車與蓄電池之間的電路系統起到平衡的作用，該應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。

5結語

根據整車實際的用電器信息，闡述了電源管理系統在整個汽車電源系統中的各種功能應用，通過上述內容，可以看出電源管理系統完全能夠做到智能化控制整車的電平衡，通過對蓄電池的監控得到更好的維護和延長其壽命，同時對整車與蓄電池之間的電路系統起到平衡的作用，該應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。