汽车电源管理系统浅析

匡小军，唐香蕉，李洪波，王 勇，常 盛

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007；2.中国汽车技术研究中心，天津 300300）

1 电源管理系统简介

汽车电源管理系统可以通过对蓄电池状态的监控和负载的管理，对蓄电池的起动性能进行计算评估，从而得出蓄电池当前的状态，并预测车辆可停放的时间。

由于汽车电源管理系统成本较高，一般多在高端车型上配备。图1为某款车型的电源管理系统组成。它可以控制整车电能的分配供给，并由此提升蓄电池的性能，优化发电机的输出功率，并通过对蓄电池状态监控和负载的管理，从而使整车的性能得到提升。

2 电源管理系统功能说明

电源管理系统主要通过对蓄电池管理、整车静态电流管理和整车动态电源管理3方面进行管控。

电源管理系统包含以下功能。

1）监控蓄电池的充电状态，包含蓄电池的电压、输出电流等信息。

图1 电源管理系统组成

2）在整车极端的用电工况下，限制和切断电气负载的用电。

3）调整发电机的电压，使其保持最优的输出电压。

2.1 蓄电池管理

蓄电池传感器通过对蓄电池的电压、电流和温度进行实时监测，并将数据发送给控制器进行计算，得出蓄电池当前的充电状态和功率，并对后续状态进行预测。

蓄电池管理系统向电源管理系统提供蓄电池当前的实时状态和所预测的电性能信息。它不仅能更好地满足用电设备的功率需求，还能提高整车电气系统的经济性。

蓄电池管理系统为电源管理系统提供蓄电池的相关参数，如荷电状态、寿命状态、功能状态等信息。预测蓄电池对预先给出的加载工况将如何反应，如蓄电池的当前状态下，预测发动机能否起动。用基于模型的算法，对监测到的蓄电池电流、电压和温度信号用复杂的软件算法计算，就可以得到上述的蓄电池参数。

2.2 整车静态电源管理 （发动机不运转）

整车静态电源管理是指在发动机未运转的情况下，可以在汽车停放期间降低整车的电流消耗。在点火开关关断的情况下，它控制对各种不同控制器的电流供给。根据对蓄电池的剩余电量状态和电压的监控，会逐步关闭某些用电器，以避免蓄电池过量放电，由此保障汽车的起动性能，并延长蓄电池的使用寿命。

通过对整车用电负载进行分级管理，蓄电池传感器实时监测蓄电池的状态，在蓄电池不同状态下，对整车用电负载依次关闭电源供给，从而降低电流的消耗，保障汽车的起动能力。当发动机没有运转的情况下，蓄电池传感器监测到蓄电池电压低于某一值时，将会关闭某些不重要的用电器，以减少蓄电池电量的进一步消耗。同时以总线信号发送给仪表进行蓄电池电压过低报警的提示信息，一般是限制或取消汽车中舒适相关的功能或对汽车行驶无影响的功能，而与车辆行车相关的功能则不能取消。

由于不同厂家的蓄电池的特性不同，具体的蓄电池低电压阈值需根据蓄电池的类型和供应商来确定，但需保证蓄电池电压达到低电压阈值时，仍能正常启动发动机。

2.3 动态电源管理系统 （发动机运转）

在汽车行驶期间，通过对整车的动态电源管理，将发电机产生的电流按不同负载的需求分配给不同的用电器。当发电机的输出电流超过整车负载的消耗需求时，它会进行调节发电机的输出电压，向蓄电池供电，使其达到最佳充电状态。

当发动机处于长时间怠速运转时，如果由于负载电流消耗较大而导致蓄电池电压低于某一电压U1，蓄电池传感器将发送发动机怠速提升信号给EMS，请求发动机提高怠速转速到一定值，从而提高发电机的输出电流，以保证电气负载的电流消耗和蓄电池的充电需求。

借助于蓄电池的相关参数，电源管理系统能够优化充电电压，并在蓄电池性能退化时采取减少整车电气系统的负载或增加发电机输出功率 （如提高发动机的怠速转速）的措施，或者同时采用以上两种措施。

采取相应的措施后，若蓄电池的性能状态仍低于规定的阈值，电源管理系统就会发送相关报警信息给仪表进行显示，以提示驾驶员进行相应的处理。

3 国内车型常见电源管理方案简介

随着汽车电气化程度越来越高，车辆配备的电气负载越来越多，一些中高端车型开始配备电源管理系统。常见的电源管理方案如下。

3.1 无蓄电池传感器，仅通过检测蓄电池电压进行负载管理

此方案仅通过控制器监测蓄电池电压状态，对负载进行管理。当蓄电池电压过高或过低时，则限制或关闭相关功能。如图2所示。

图2 通过监测蓄电池电压进行负载管理

这种方案的优势为充分利用整车现有资源，无需增加硬件成本，可以对整车负载进行管理，避免蓄电池过度放电。但是，由于没有蓄电池传感器对蓄电池状态进行监测，不能精确判断蓄电池电量。

3.2 独立的电源管理模块

此方案由蓄电池状态监测传感器和电源管理模块组成，两者之间通过LIN总线连接。电源管理模块通过CAN总线和总线上其他节点进行通信。如图3所示。

图3 独立的电源管理模块

此方案由于有独立的蓄电池状态监测传感器和控制器，可以对蓄电池进行精准、高效的管理。但是此方案新增了控制器和传感器，成本较高。

3.3 BCM集成电源管理模块

此方案由BCM和蓄电池传感器组成，将电源管理模块集成在车身控制模块中，BCM和蓄电池传感器通过LIN总线连接，BCM通过CAN总线与总线上的其他控制模块进行通信。如图4所示。

图4 BCM集成电源管理模块

此方案由于没有独立的电源管理模块，成本较低。但是对车身控制模块厂家开发能力要求较高，且对主机厂的系统集成能力要求较高。

3种方案各有优劣，需要根据车型定位、成本预算、主机厂和供应商的开发能力进行综合考虑选择。