CN111332297A - 一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统及方法，包括蓄电池、IBS传感器、发动机控制系统、整车控制器和DC/DC转换器，所述IBS传感器，用于实时监测所述蓄电池的电池状态信息和12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值信息；所述发动机控制系统，用于接收所述电池状态信息和所述电压跌落值信息并反馈至所述整车控制器；所述整车控制器，用于实时调整所述DC/DC转换器对所述蓄电池的充电功率/电压，并控制所述蓄电池SOC满足预设SOC阈值。采用本发明具有在整车负载处于动态变化和蓄电池长期使用性能衰减后同样保证蓄电池SOC和保证12V起动机启动发动机的启动能力。

Description

一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆管理技术领域，尤其涉及一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统及方法。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，人们对混合动力汽车的需求也越来越广。混合动力汽车具有纯电动行驶模式、混合行驶模式和纯发电机行驶模式，各个行驶模式间的切换涉及到发动机的起停。混合动力汽车控制发动机启动的模式又可分为电机拖起模式、行车惯性拖起模式和起动机启动模式。在混合动力汽车控制发动机汽车出现高压系统故障时，混合动力汽车会切换到纯发动机行驶模式，利用起动机启动模式启动发动机。

起动机可以将蓄电池的电能转化为机械能，驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动。针对仍保留有发动机12V启动机启动发动机方式的混动车型，因不同于带传统发动机启停的燃油车，混动车型可能在动态行车过程中进行12V起动机启动发动机，因而需要在启发动机前明确蓄电池状态是否足以支持12V启动，否则将可能导致行车过程中12V启发动机失败，进而可能导致安全事故。

发明内容

为了解决上述技术问题，针对以上问题点，本发明针对现有的市场技术方案中普遍依据发动机控制系统和整车控制器等相关控制器采集的蓄电池端电压判断蓄电池的12V启动能力，在整车负载处于动态变化过程中存在较大偏差或当蓄电池长期使用出现性能衰减时，不能根据信息及时修正蓄电池充电电压和准确判断其12V启动能力的问题。

第一方面本发明提供了一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统，包括蓄电池、IBS传感器、发动机控制系统、整车控制器和DC/DC转换器，所述IBS传感器设置在所述蓄电池的负极，所述IBS传感器与所述发动机控制系统连接，所述发动机控制系统与所述整车控制器连接，所述整车控制器通过CAN通讯与所述DC/DC转换器连接，所述DC/DC转换器与所述蓄电池连接；

所述IBS传感器，用于实时监测所述蓄电池的电池状态信息和12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值信息；

所述发动机控制系统，用于接收所述电池状态信息和所述电压跌落值信息并反馈至所述整车控制器；

所述整车控制器，用于实时调整所述DC/DC转换器对所述蓄电池的充电功率/电压，并控制所述蓄电池SOC满足预设SOC阈值。

进一步地，所述电池状态信息包括选自如下项的至少一种：SOC、SOH、SOF、电压、电流和温度信息。

进一步地，所述启动系统还包括电压修正模块，所述电压修正模块用于当所述蓄电池出现老化或衰减，在整车生命周期内对所述蓄电池的充电功率/电压进行修正。

进一步地，所述启动系统还包括启动判断模块，所述启动判断模块用于当所述IBS传感器故障或通讯异常时，判断所述12V起动机是否能启动发动机。

进一步地，所述启动系统还包括预警模块，所述预警模块用于当所述蓄电池深度放电或严重损坏时，通过仪表文字、声音或预警灯提示用户。

进一步地，所述启动系统还包括DC/DC转换器故障处理模块，所述DC/DC转换器故障处理模块用于当所述DC/DC转换器故障，根据预设方案来阶梯限制车辆行驶的车速。

第二方面本发明提供了一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动方法，所述启动方法应用于上述的启动系统，包括以下步骤：

实时监测所述蓄电池的电池状态信息及12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值信息；

将所述电池状态信息和所述电压跌落值信息发送至所述整车控制器；

所述整车控制器根据所述电池状态信息和所述电压跌落值信息实时调整所述DC/DC转换器对所述蓄电池的充电功率/电压，并控制所述蓄电池SOC值满足预设SOC阈值。

进一步地，所述启动方法还包括，当所述蓄电池出现老化或衰减时，根据所述SOH在整车生命周期内对蓄电池充电功率/电压进行修正。

进一步地，所述启动方法还包括，当所述IBS传感器故障或通讯异常时，根据DC/DC转换器低压端电压、整车控制器供电电压和发动机控制系统采集的蓄电池静态端电压判断所述12V起动机是否能启动发动机。

进一步地，所述启动方法还包括:

当所述蓄电池深度放电或严重损坏时，通过仪表文字、声音或预警灯提示用户；

当所述DC/DC转换器故障，根据预设方案来阶梯限制车辆行驶的车速。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

(1)本发明增加智能蓄电池IBS传感器，实时监测蓄电池SOC、SOH、SOF、电压、电流、温度、12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值等信息，以便整车控制器实时获取蓄电池相关信息，避免整车控制器硬件额外的LIN接口预留；

(2)本发明整车控制器根据所述IBS传感器的监测信息实时调整DC/DC转换器对蓄电池的充电电压，始终维持低压蓄电池处于最佳SOC，避免蓄电池的过充过放，降低混动车型上DC/DC转换器对低压蓄电池补电的能量浪费，提升整车的经济性，实车测试全工况下可节省综合油耗1.5％-2％；

(3)本发明整车控制器依据实时监测的蓄电池SOC、SOF以及电压、电流、温度、12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值等信息，综合判断低压蓄电池是否足以支持12V起动机启发动机，避免动态行车过程中12V起发动机失败引起的安全风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明所述的车辆仪表显示移动终端电量的方法及装置，下面将对实施例所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动方法的流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，IBS传感器支持精密的电流,电压和温度测量,集成的LIN 2.1和LIN2.0接口进行通信,主要用在汽车电池电流/电压/温度监测,电池充电状态监测和电池完好状态监测以及混合动力汽车。

SOC(State of Charge)电池组剩余电量或荷电状态，是电池管理系统的重要参数，是电池使用路线规划最重要的参考依据，也是电池管理中功率管理等的依据，当SOC＝0时表示电池完全放电，当SOC＝1时表示电池完全充满。

SOH(State of Health)蓄电池健康状态，是电池使用一端时间后性能参数与标称参数的比值，代表电池的衰减状态。

SOF(state of function)蓄电池功能状态，为SOC和SOH的合集，代表电池的放电能力。

OCV(Open Circuit Voltage)开路电压，OCV反映了电池在某一SOC状态下的稳定电动势，与SOC一一对应，可以作为SOC静态校准的依据。当电池充分静置时，认为其端电压等于OCV，利用事先获取的SOC-OCV，查表格即可得到电池当前SOC。SOC-OCV曲线的精度，直接影响着电池SOC的估算精度。

DC(Direct Current)，DC-DC是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，其实是将直流电经过逆变器成为交流电，然后经变压器升压或者降压，在再整流成直流。这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20～30)％。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

整车电平衡测试：整车电平衡是指整车电源系统能供给与消耗之间的平衡关系，即发电机、蓄电池和其它各种用电设备之间电能产生于消耗的动态平衡。电平衡测试方法，标定最低启动电压、电量，通过不断对蓄电池充放电，改变其SOC值，看其能否起动车辆。其中最低起动电压决定于各车型动力总成及起动蓄电池，需进行多次标定测试。

实施例

如图1所示，本发明提供一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统，包括蓄电池、DC/DC转换器、IBS传感器、发动机控制系统和整车控制器，所述IBS传感器设置在所述蓄电池负极，所述IBS传感器与所述发动机控制系统连接，所述发动机控制系统与所述整车控制器连接，所述整车控制器通过CAN通讯与所述DC/DC转换器连接，所述DC/DC转换器与所述蓄电池连接。

所述IBS传感器，用于实时监测所述蓄电池的电池状态信息和12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值信息。具体地，所述IBS传感器安装在蓄电池负极，与发动机控制系统通过LIN通讯。在本发明实施例中，所述IBS传感器用于实时采集所述蓄电池的SOC、SOH、SOF、电压、电流和温度等至少一种电池状态信息，还用于采集12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值信息。

所述发动机控制系统，用于接收所述电池状态信息和所述电压跌落值信息并反馈至所述整车控制器。具体地，所述发动机控制系统与所述整车控制器通过CAN通讯，并将所述IBS传感器采集到的信息发送给整车控制器。

所述整车控制器，用于实时调整所述DC/DC转换器对所述蓄电池的充电功率/电压，并控制所述蓄电池SOC满足预设SOC阈值。

具体地，本发明实施例，通过整车电平衡测试得到不同温度下蓄电池最优SOC值，例如本专利中不同温度下蓄电池最佳SOC值为80％，即当蓄电池SOC为80％时发电机、蓄电池和其它各种用电设备之间电能的产生与消耗动态平衡，且整车动力性能最佳；同时测试得出蓄电池不同环境温度及SOC条件下蓄电池端电压(OCV)如下表1所示：

表1

整车控制器依据采集到的电池状态信息，蓄电池SOC值以及OCV，实时调整所述DC/DC转换器输出功率/电压值，以便控制蓄电池始终处于最佳SOC值。当蓄电池SOC>80％，降低DC/DC转换器输出电压，防止蓄电池过充；当蓄电池SOC<80％，升高DC/DC转换器输出电压，防止蓄电池过放，对蓄电池进行快速充电，提高起动能力。以上表为参考，在不同温度及不同蓄电池SOC值条件下根据整车工况和蓄电池SOC是否处于最佳SOC值设定DC/DC转换器输出电压，本发明实施例中，所述DC/DC转换器输出电压设定值可参考下表2：(横坐标为蓄电池SOC，纵坐标为温度，中间电压设定值可通过线性插值得到)。

表2

具体地，所述整车控制器，还用于控制所述蓄电池SOC满足预设SOC阈值，其中，所述预设SOC阈值为根据不同温度及不同蓄电池SOC下的整车冷启动试验确定的整车12V起动机启动发动机的蓄电池SOC安全阈值，以避免因无法判定蓄电池启动能力，带来的12V起动机启发动机失败安全风险。实验测定的该蓄电池12V启发动机的SOC值安全阈值如下表3所示：

表3

上表中Y代表蓄电池当前SOC值足以支持12V起动机顺利启动发动机；N代表蓄电池当前SOC不足以支持12V起动机顺利启发动机，存在启动失败的风险。

当蓄电池SOC处于SOC安全阈值之外时，整车控制器综合判断提前采用其他方式启动发动机(如大电机起发动机)，且不再停机；直至蓄电池充电至SOC值处于SOC安全阈值内，整车控制器控制发动机进入正常启停工况。

具体地，所述启动系统还包括电压修正模块，所述电压修正模块用于当所述蓄电池出现老化或衰减，在整车生命周期内对所述蓄电池的充电功率/电压进行修正。在本发明实施例中，所述电压修正模块根据采集到的蓄电池SOH对蓄电池的充电电压进行修正，如每衰减10％，充电电压设定值增加0.3V。

具体地，所述启动系统还包括启动判断模块，所述启动判断模块用于当所述IBS传感器故障或通讯异常时，判断所述12V起动机是否能启动发动机。在本发明实施例中，当所述IBS传感器故障或通讯异常时，启动判断模块依据DC/DC转换器低压端电压、整车控制器供电电压和发动机控制系统采集的蓄电池静态端电压三者中最小值大于10V，则允许12V启动；否则认为不足以12V启动。

具体地，所述启动系统还包括预警模块，所述预警模块用于当所述蓄电池深度放电或严重损坏时，通过仪表文字、声音或预警灯提示用户。具体地，当蓄电池深度放电或严重损坏时，可能导致蓄电池长时间无法进行有效充电，带来整车供电安全隐患；整车控制器可依据当前蓄电池充电电压值及一段时间内蓄电池实际SOC变化值判断蓄电池状态，如果异常则通过预警模块提示用户。例如蓄电池SOC值低于20％，且DC/DC转换器正常激活工作，其低压侧充电电压在14.5V时，在一段时间内蓄电池SOC值始终小于3％(可设定)，则说明蓄电池一直没有充进去电，很大可能是蓄电池损坏的原因，此时就需要提示用户，如蓄电池电量不足需及时补电或检查蓄电池。以便及早规避车辆无法正常供电引起的趴窝问题。

具体地，所述启动系统还包括DC/DC转换器故障处理模块，所述DC/DC转换器故障处理模块用于当所述DC/DC转换器故障，根据预设方案来阶梯限制车辆行驶的车速。具体地，当混动车辆DC/DC转换器硬件故障，无法正常激活工作，无法正常输出功率/电压给蓄电池补电或整车供电时，整车控制器发出故障指示给仪表，车辆此时仅能依据蓄电池提供整车用电，蓄电池电量将很快耗尽，应尽快联系售后维修或尽可能快速的达到维修店维修。整车控制器此时可进一步依据蓄电池SOC来阶梯限制车辆行驶的最高车速：一方面便于用户尽可能快速的找到附近维修点而不必拖车，另一方面尽可能避免高速行车过程中整车突然掉电带来的安全事故。在本发明实施例中，所述预设方案为：依据蓄电池SOC即蓄电池剩余电量来阶梯限制车辆行驶的最高车速。具体车辆当前蓄电池SOC对应的最高车速限制参考下表4：

表4

对车速进行阶梯限制的原理是，当DC/DC转换器，蓄电池剩余电量越高时整车突然掉电的风险越低，可允许的安全行驶车速越高，蓄电池电量越低整车突然掉电的风险越高，可允许的安全行驶车速越低。以此达到避免高速行车时整车突然掉电带来的安全事故，同时在DC/DC转换器故障时车辆不会直接趴窝，仍可安全行驶一段距离，便于维修。

具体地，本发明启动系统还包括紧急制动指示模块，所述紧急制动指示模块与所述DC/DC转换器电连接。在一些实施例中，所述紧急制动指示模块为紧急制动指示灯。随着多数小型乘用车的制动性能的进一步提升，增加了连环追尾事故发生的机率。前车紧急制动留给后车的反应时间非常短，容易导致连环追尾事故的发生，此时如果前车能够利用声光信号来及时给后车驾驶员警示信号的话，后车就有可能提前做出制动或规避措施，因此紧急制动指示灯用于当车辆紧急制动时通过亮灯对后车进行提醒。

实施例2

本发明提供一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动方法，所述启动方法应用于上述的启动系统，如图2所示，包括以下步骤：

S01，实时监测所述蓄电池的电池状态信息及12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值信息；

S03，将所述电池状态信息和所述电压跌落值信息发送至所述整车控制器；

S05，所述整车控制器根据所述电池状态信息和所述电压跌落值信息实时调整所述DC/DC转换器对所述蓄电池的充电功率/电压，并控制所述蓄电池SOC满足预设SOC阈值。

具体地，在本发明实施例中，所述整车控制器动态调整所述DC/DC转换器对所述蓄电池的充电功率/电压，以保持所述蓄电池处于最佳SOC值，同时保持所述蓄电池足以支持12V起动机启动发动机。

具体地，所述启动方法还包括，通过电压修正模块当所述蓄电池出现老化或衰减时，根据所述SOH在整车生命周期内对蓄电池充电功率/电压进行修正。

具体地，所述启动方法还包括，当所述IBS传感器故障或通讯异常时，根据DC/DC转换器低压端电压、整车控制器供电电压和发动机控制系统采集的蓄电池静态端电压判断所述12V起动机是否能启动发动机。

具体地，所述启动方法还包括:

当所述蓄电池深度放电或严重损坏时，通过仪表文字、声音或预警灯提示用户，以及早规避车辆无法正常供电引起的趴窝问题；

当所述DC/DC转换器故障，根据预设方案对车速进行阶梯限制，以使用户快速的找到附近维修点而不必拖车。

本发明增加智能蓄电池IBS传感器，实时监测蓄电池SOC、SOH、SOF、电压、电流、温度、12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值等信息，以便整车控制器实时获取蓄电池相关信息，避免整车控制器硬件额外的LIN接口预留；本发明整车控制器根据所述IBS传感器的监测信息实时调整DC/DC转换器对蓄电池的充电电压，始终维持低压蓄电池处于最佳SOC，避免蓄电池的过充过放，降低混动车型上DC/DC转换器对低压蓄电池补电的能量浪费，提升整车的经济性，实车测试全工况下可节省综合油耗1.5％-2％；本发明整车控制器依据实时监测的蓄电池SOC、SOF以及电压、电流、温度、12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值等信息，综合判断低压蓄电池是否足以支持12V起动机启发动机，避免动态行车过程中12V起发动机失败引起的安全风险。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和服务器实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，所述存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统，其特征在于，包括蓄电池、IBS传感器、发动机控制系统、整车控制器和DC/DC转换器，所述IBS传感器设置在所述蓄电池的负极，所述IBS传感器与所述发动机控制系统连接，所述发动机控制系统与所述整车控制器连接，所述整车控制器通过CAN通讯与所述DC/DC转换器连接，所述DC/DC转换器与所述蓄电池连接；

所述IBS传感器，用于实时监测所述蓄电池的电池状态信息和12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值信息；

所述发动机控制系统，用于接收所述电池状态信息和所述电压跌落值信息并反馈至所述整车控制器；

所述整车控制器，用于实时调整所述DC/DC转换器对所述蓄电池的充电功率/电压，并控制所述蓄电池SOC满足预设SOC阈值。

2.根据权利要求1所述的一种基于低压蓄电池智能管理的汽启动系统，其特征在于，所述电池状态信息包括选自如下项的至少一种：SOC、SOH、SOF、电压、电流和温度信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统，其特征在于，所述启动系统还包括电压修正模块，所述电压修正模块用于当所述蓄电池出现老化或衰减，在整车生命周期内对所述蓄电池的充电功率/电压进行修正。

4.根据权利要求1所述的一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统，其特征在于，所述启动系统还包括启动判断模块，所述启动判断模块用于当所述IBS传感器故障或通讯异常时，判断所述12V起动机是否能启动发动机。

5.根据权利要求1所述的一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统，其特征在于，所述启动系统还包括预警模块，所述预警模块用于当所述蓄电池深度放电或严重损坏时，通过仪表文字、声音或预警灯提示用户。

6.根据权利要求1所述的一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动系统，其特征在于，所述启动系统还包括DC/DC转换器故障处理模块，所述DC/DC转换器故障处理模块用于当所述DC/DC转换器故障，根据预设方案来阶梯限制车辆行驶的车速。

7.一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动方法，所述启动方法应用于如权利要求1-6任一项所述的启动系统，其特征在于，包括以下步骤：

实时监测所述蓄电池的电池状态信息及12V起动机启动发动机过程中的电压跌落值信息；

将所述电池状态信息和所述电压跌落值信息发送至所述整车控制器；

所述整车控制器根据所述电池状态信息和所述电压跌落值信息实时调整所述DC/DC转换器对所述蓄电池的充电功率/电压，并控制所述蓄电池SOC值满足预设SOC阈值。

8.根据权利要求7所述的一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动方法，其特征在于，所述启动方法还包括，当所述蓄电池出现老化或衰减时，根据所述SOH在整车生命周期内对蓄电池充电功率/电压进行修正。

9.根据权利要求7所述的一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动方法，其特征在于，所述启动方法还包括，当所述IBS传感器故障或通讯异常时，根据DC/DC转换器低压端电压、整车控制器供电电压和发动机控制系统采集的蓄电池静态端电压判断所述12V起动机是否能启动发动机。

10.根据权利要求7所述的一种基于低压蓄电池智能管理的汽车启动方法，其特征在于，所述启动方法还包括:

当所述蓄电池深度放电或严重损坏时，通过仪表文字、声音或预警灯提示用户；

当所述DC/DC转换器故障，根据预设方案来阶梯限制车辆行驶的车速。

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