匡小軍，唐香蕉，李洪波，王 勇，常 盛

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

1 電源管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

汽車電源管理系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)蓄電池狀態(tài)的監(jiān)控和負(fù)載的管理，對(duì)蓄電池的起動(dòng)性能進(jìn)行計(jì)算評(píng)估，從而得出蓄電池當(dāng)前的狀態(tài)，并預(yù)測(cè)車輛可停放的時(shí)間。

由于汽車電源管理系統(tǒng)成本較高，一般多在高端車型上配備。圖1為某款車型的電源管理系統(tǒng)組成。它可以控制整車電能的分配供給，并由此提升蓄電池的性能，優(yōu)化發(fā)電機(jī)的輸出功率，并通過(guò)對(duì)蓄電池狀態(tài)監(jiān)控和負(fù)載的管理，從而使整車的性能得到提升。

2 電源管理系統(tǒng)功能說(shuō)明

電源管理系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)蓄電池管理、整車靜態(tài)電流管理和整車動(dòng)態(tài)電源管理3方面進(jìn)行管控。

電源管理系統(tǒng)包含以下功能。

1）監(jiān)控蓄電池的充電狀態(tài)，包含蓄電池的電壓、輸出電流等信息。

圖1 電源管理系統(tǒng)組成

2）在整車極端的用電工況下，限制和切斷電氣負(fù)載的用電。

3）調(diào)整發(fā)電機(jī)的電壓，使其保持最優(yōu)的輸出電壓。

2.1 蓄電池管理

蓄電池傳感器通過(guò)對(duì)蓄電池的電壓、電流和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器進(jìn)行計(jì)算，得出蓄電池當(dāng)前的充電狀態(tài)和功率，并對(duì)后續(xù)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

蓄電池管理系統(tǒng)向電源管理系統(tǒng)提供蓄電池當(dāng)前的實(shí)時(shí)狀態(tài)和所預(yù)測(cè)的電性能信息。它不僅能更好地滿足用電設(shè)備的功率需求，還能提高整車電氣系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

蓄電池管理系統(tǒng)為電源管理系統(tǒng)提供蓄電池的相關(guān)參數(shù)，如荷電狀態(tài)、壽命狀態(tài)、功能狀態(tài)等信息。預(yù)測(cè)蓄電池對(duì)預(yù)先給出的加載工況將如何反應(yīng)，如蓄電池的當(dāng)前狀態(tài)下，預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)。用基于模型的算法，對(duì)監(jiān)測(cè)到的蓄電池電流、電壓和溫度信號(hào)用復(fù)雜的軟件算法計(jì)算，就可以得到上述的蓄電池參數(shù)。

2.2 整車靜態(tài)電源管理 （發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)）

整車靜態(tài)電源管理是指在發(fā)動(dòng)機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，可以在汽車停放期間降低整車的電流消耗。在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)斷的情況下，它控制對(duì)各種不同控制器的電流供給。根據(jù)對(duì)蓄電池的剩余電量狀態(tài)和電壓的監(jiān)控，會(huì)逐步關(guān)閉某些用電器，以避免蓄電池過(guò)量放電，由此保障汽車的起動(dòng)性能，并延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。

通過(guò)對(duì)整車用電負(fù)載進(jìn)行分級(jí)管理，蓄電池傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池的狀態(tài)，在蓄電池不同狀態(tài)下，對(duì)整車用電負(fù)載依次關(guān)閉電源供給，從而降低電流的消耗，保障汽車的起動(dòng)能力。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，蓄電池傳感器監(jiān)測(cè)到蓄電池電壓低于某一值時(shí)，將會(huì)關(guān)閉某些不重要的用電器，以減少蓄電池電量的進(jìn)一步消耗。同時(shí)以總線信號(hào)發(fā)送給儀表進(jìn)行蓄電池電壓過(guò)低報(bào)警的提示信息，一般是限制或取消汽車中舒適相關(guān)的功能或?qū)ζ囆旭偀o(wú)影響的功能，而與車輛行車相關(guān)的功能則不能取消。

由于不同廠家的蓄電池的特性不同，具體的蓄電池低電壓閾值需根據(jù)蓄電池的類型和供應(yīng)商來(lái)確定，但需保證蓄電池電壓達(dá)到低電壓閾值時(shí)，仍能正常啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.3 動(dòng)態(tài)電源管理系統(tǒng) （發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)）

在汽車行駛期間，通過(guò)對(duì)整車的動(dòng)態(tài)電源管理，將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流按不同負(fù)載的需求分配給不同的用電器。當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電流超過(guò)整車負(fù)載的消耗需求時(shí)，它會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓，向蓄電池供電，使其達(dá)到最佳充電狀態(tài)。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果由于負(fù)載電流消耗較大而導(dǎo)致蓄電池電壓低于某一電壓U1，蓄電池傳感器將發(fā)送發(fā)動(dòng)機(jī)怠速提升信號(hào)給EMS，請(qǐng)求發(fā)動(dòng)機(jī)提高怠速轉(zhuǎn)速到一定值，從而提高發(fā)電機(jī)的輸出電流，以保證電氣負(fù)載的電流消耗和蓄電池的充電需求。

借助于蓄電池的相關(guān)參數(shù)，電源管理系統(tǒng)能夠優(yōu)化充電電壓，并在蓄電池性能退化時(shí)采取減少整車電氣系統(tǒng)的負(fù)載或增加發(fā)電機(jī)輸出功率 （如提高發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速）的措施，或者同時(shí)采用以上兩種措施。

采取相應(yīng)的措施后，若蓄電池的性能狀態(tài)仍低于規(guī)定的閾值，電源管理系統(tǒng)就會(huì)發(fā)送相關(guān)報(bào)警信息給儀表進(jìn)行顯示，以提示駕駛員進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3 國(guó)內(nèi)車型常見(jiàn)電源管理方案簡(jiǎn)介

隨著汽車電氣化程度越來(lái)越高，車輛配備的電氣負(fù)載越來(lái)越多，一些中高端車型開(kāi)始配備電源管理系統(tǒng)。常見(jiàn)的電源管理方案如下。

3.1 無(wú)蓄電池傳感器，僅通過(guò)檢測(cè)蓄電池電壓進(jìn)行負(fù)載管理

此方案僅通過(guò)控制器監(jiān)測(cè)蓄電池電壓狀態(tài)，對(duì)負(fù)載進(jìn)行管理。當(dāng)蓄電池電壓過(guò)高或過(guò)低時(shí)，則限制或關(guān)閉相關(guān)功能。如圖2所示。

圖2 通過(guò)監(jiān)測(cè)蓄電池電壓進(jìn)行負(fù)載管理

這種方案的優(yōu)勢(shì)為充分利用整車現(xiàn)有資源，無(wú)需增加硬件成本，可以對(duì)整車負(fù)載進(jìn)行管理，避免蓄電池過(guò)度放電。但是，由于沒(méi)有蓄電池傳感器對(duì)蓄電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不能精確判斷蓄電池電量。

3.2 獨(dú)立的電源管理模塊

此方案由蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器和電源管理模塊組成，兩者之間通過(guò)LIN總線連接。電源管理模塊通過(guò)CAN總線和總線上其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。如圖3所示。

圖3 獨(dú)立的電源管理模塊

此方案由于有獨(dú)立的蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器和控制器，可以對(duì)蓄電池進(jìn)行精準(zhǔn)、高效的管理。但是此方案新增了控制器和傳感器，成本較高。

3.3 BCM集成電源管理模塊

此方案由BCM和蓄電池傳感器組成，將電源管理模塊集成在車身控制模塊中，BCM和蓄電池傳感器通過(guò)LIN總線連接，BCM通過(guò)CAN總線與總線上的其他控制模塊進(jìn)行通信。如圖4所示。

圖4 BCM集成電源管理模塊

此方案由于沒(méi)有獨(dú)立的電源管理模塊，成本較低。但是對(duì)車身控制模塊廠家開(kāi)發(fā)能力要求較高，且對(duì)主機(jī)廠的系統(tǒng)集成能力要求較高。

3種方案各有優(yōu)劣，需要根據(jù)車型定位、成本預(yù)算、主機(jī)廠和供應(yīng)商的開(kāi)發(fā)能力進(jìn)行綜合考慮選擇。