汽車電源管理系統淺析

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.中國汽車技術研究中心，天津 300300）

1 電源管理系統簡介

汽車電源管理系統可以通過對蓄電池狀態的監控和負載的管理，對蓄電池的起動性能進行計算評估，從而得出蓄電池當前的狀態，并預測車輛可停放的時間。

由于汽車電源管理系統成本較高，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，優化發電機的輸出功率，并通過對蓄電池狀態監控和負載的管理，從而使整車的性能得到提升。

2 電源管理系統功能說明

電源管理系統主要通過對蓄電池管理、整車靜態電流管理和整車動態電源管理3方面進行管控。

電源管理系統包含以下功能。

1）監控蓄電池的充電狀態，包含蓄電池的電壓、輸出電流等信息。

圖1 電源管理系統組成

2）在整車極端的用電工況下，限制和切斷電氣負載的用電。

3）調整發電機的電壓，使其保持最優的輸出電壓。

2.1 蓄電池管理

蓄電池傳感器通過對蓄電池的電壓、電流和溫度進行實時監測，并將數據發送給控制器進行計算，得出蓄電池當前的充電狀態和功率，并對后續狀態進行預測。

蓄電池管理系統向電源管理系統提供蓄電池當前的實時狀態和所預測的電性能信息。它不僅能更好地滿足用電設備的功率需求，還能提高整車電氣系統的經濟性。

蓄電池管理系統為電源管理系統提供蓄電池的相關參數，如荷電狀態、壽命狀態、功能狀態等信息。預測蓄電池對預先給出的加載工況將如何反應，如蓄電池的當前狀態下，預測發動機能否起動。用基于模型的算法，對監測到的蓄電池電流、電壓和溫度信號用復雜的軟件算法計算，就可以得到上述的蓄電池參數。

2.2 整車靜態電源管理 （發動機不運轉）

整車靜態電源管理是指在發動機未運轉的情況下，可以在汽車停放期間降低整車的電流消耗。在點火開關關斷的情況下，它控制對各種不同控制器的電流供給。根據對蓄電池的剩余電量狀態和電壓的監控，會逐步關閉某些用電器，以避免蓄電池過量放電，由此保障汽車的起動性能，并延長蓄電池的使用壽命。

通過對整車用電負載進行分級管理，蓄電池傳感器實時監測蓄電池的狀態，在蓄電池不同狀態下，對整車用電負載依次關閉電源供給，從而降低電流的消耗，保障汽車的起動能力。當發動機沒有運轉的情況下，蓄電池傳感器監測到蓄電池電壓低于某一值時，將會關閉某些不重要的用電器，以減少蓄電池電量的進一步消耗。同時以總線信號發送給儀表進行蓄電池電壓過低報警的提示信息，一般是限制或取消汽車中舒適相關的功能或對汽車行駛無影響的功能，而與車輛行車相關的功能則不能取消。

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蓄電池的類型和供應商來確定，但需保證蓄電池電壓達到低電壓閾值時，仍能正常啟動發動機。

2.3 動態電源管理系統 （發動機運轉）

在汽車行駛期間，通過對整車的動態電源管理，將發電機產生的電流按不同負載的需求分配給不同的用電器。當發電機的輸出電流超過整車負載的消耗需求時，它會進行調節發電機的輸出電壓，向蓄電池供電，使其達到最佳充電狀態。

當發動機處于長時間怠速運轉時，如果由于負載電流消耗較大而導致蓄電池電壓低于某一電壓U1，蓄電池傳感器將發送發動機怠速提升信號給EMS，請求發動機提高怠速轉速到一定值，從而提高發電機的輸出電流，以保證電氣負載的電流消耗和蓄電池的充電需求。

借助于蓄電池的相關參數，電源管理系統能夠優化充電電壓，并在蓄電池性能退化時采取減少整車電氣系統的負載或增加發電機輸出功率 （如提高發動機的怠速轉速）的措施，或者同時采用以上兩種措施。

采取相應的措施后，若蓄電池的性能狀態仍低于規定的閾值，電源管理系統就會發送相關報警信息給儀表進行顯示，以提示駕駛員進行相應的處理。

3 國內車型常見電源管理方案簡介

隨著汽車電氣化程度越來越高，車輛配備的電氣負載越來越多，一些中高端車型開始配備電源管理系統。常見的電源管理方案如下。

3.1 無蓄電池傳感器，僅通過檢測蓄電池電壓進行負載管理

此方案僅通過控制器監測蓄電池電壓狀態，對負載進行管理。當蓄電池電壓過高或過低時，則限制或關閉相關功能。如圖2所示。

圖2 通過監測蓄電池電壓進行負載管理

這種方案的優勢為充分利用整車現有資源，無需增加硬件成本，可以對整車負載進行管理，避免蓄電池過度放電。但是，由于沒有蓄電池傳感器對蓄電池狀態進行監測，不能精確判斷蓄電池電量。

3.2 獨立的電源管理模塊

此方案由蓄電池狀態監測傳感器和電源管理模塊組成，兩者之間通過LIN總線連接。電源管理模塊通過CAN總線和總線上其他節點進行通信。如圖3所示。

圖3 獨立的電源管理模塊

此方案由于有獨立的蓄電池狀態監測傳感器和控制器，可以對蓄電池進行精準、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LIN總線連接，BCM通過CAN總線與總線上的其他控制模塊進行通信。如圖4所示。

圖4 BCM集成電源管理模塊

此方案由于沒有獨立的電源管理模塊，成本較低。但是對車身控制模塊廠家開發能力要求較高，且對主機廠的系統集成能力要求較高。

3種方案各有優劣，需要根據車型定位、成本預算、主機廠和供應商的開發能力進行綜合考慮選擇。