一种车辆电源管理方法、系统以及车辆与流程

1.本发明属于车辆电源管理领域、充电领域，具体涉及一种车辆电源管理方法、系统以及车辆。


背景技术：

2.为解决环境污染问题，国家大力倡导使用新能源车辆，比如，目前大多城市采用电动公交车、电动客车和电动货车。在一定程度上新能源车辆的使用减少了车辆排放物对环境的污染，实现了车辆的零排放，有效提高了环境质量。
3.不过目前国内电动公交由于大部分都是白天运营，晚上集中进行充电。因为充电相关部件需要蓄电池供电，目前的电源管理系统在进行充电时必须要保持总电源开关闭合。但由于公交车上常电设备繁多，各设备状态也各不相同，导致整车静态功耗偏大。此外，充电过程中有外部电源可不停对蓄电池进行补电，补电耗时长，往往到凌晨才完成充电。但是由于总电源开关仍然处于闭合状态，就会导致不停消耗蓄电池能量，容易造成蓄电池馈电，大大减少蓄电池的使用寿命。同时，整车多部件同时带电，对整车安全不利，一旦发生起火情况由于公交车车辆比较集中，后果非常严重。
4.总之，目前电动车辆的电源管理系统不能灵活管理各个负载的供电，车辆静态功耗偏大，易造成蓄电池馈电，整车带电存在安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种车辆电源管理方法、系统以及车辆，用以解决现有技术中易造成蓄电池馈电和安全性差的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：
7.本发明的一种车辆电源管理方法，包括以下步骤：
8.1)获取总电源供电状态、备用电源供电状态和充电信号状态；所述总电源供电状态包括总电源供电的有效和无效状态；所述备用电源供电状态包括备用电源供电的有效和无效状态；所述充电信号状态包括车辆充电的有效和无效状态；
9.2)依据获取的总电源供电状态、备用电源供电状态和充电信号状态，对车辆各级负载进行供电管理；其中，所有负载依据使用必要性划分优先级。
10.上述技术方案的有益效果为：本发明通过获取总电源供电状态、备用电源供电状态和充电信号状态，依据总电源供电状态、备用电源供电状态、充电信号状态和负载的使用必要性，实现对车辆各级负载的管理，能够根据需要灵活控制对各级负载的供电管理，不需要使用的负载可以关闭为其供电，使车辆在静态情况下进入低功耗状态。由此，本发明实现了在电车充电过程中以及充电完成后对车辆总电源即蓄电池的保护以及提高了安全性。
11.进一步地，步骤2)中对车辆各级负载的供电管理时，当所述总电源供电状态为有效且所述充电信号状态为有效时，为车辆各级负载做好供电准备。
12.上述技术方案的有益效果为：当所述总电源供电状态为有效且所述充电信号状态为有效时表示车辆在充电，车辆电量充足，不会发生馈电。一般情况下司机下班是会主动断开总电源供电，总电源供电状态为无效，此时总电源供电状态为有效表示车辆还有用电的可能，则为车辆各级负载做好供电准备，方便车辆用电。
13.进一步地，步骤2)中对车辆各级负载的供电管理时，当所述总电源供电状态为有效且所述充电信号状态为无效时，判断点火钥匙信号是否有效：若点火钥匙信号有效，则为车辆各级负载做好供电准备；若点火钥匙信号无效，则依据负载优先级，随着时间推进，按照从低至高的优先级顺序逐级关闭除最高优先级负载外的其余负载的供电。
14.上述技术方案的有益效果为：在整车总电源供电状态有效状态下，即整车带电；而且充电信号状态为无效，即没有在充电或者已经充满电的情况下，本发明依据点火钥匙信号进行再一步的判断，当点火钥匙信号有效时，车辆已经启动处于要使用车辆的情况下，则为车辆各级负载做好供电准备。当点火钥匙信号无效时，表示车辆处于静止停车状态，则依据负载优先级，随着时间推进，按照从低至高的优先级顺序逐级关闭除最高优先级负载外的其余负载的供电，依据使用必要性逐级关闭负载的供电，从而降低功耗保护蓄电池，进而提高车辆安全性。通过合理的电源管理方案，进一步也保证了即便总电源开关未断开充电完成后的整车电源管理，使整车最终不会大功率的消耗总电源功耗，同时保证整车夜间长时间停滞时绝大部分负载不带电，保证车辆安全。
15.进一步地，将所有负载划分为四个供电优先级，按照优先级从低至高的顺序分别为一级负载、二级负载、三级负载和四级负载；当所述总电源供电状态为有效、所述充电信号状态为无效且点火钥匙信号无效时，则n1时间后关闭一级负载的供电，n1》0，进而m1时间后，m1》0，继续关闭二级负载的供电，进而l1时间后，l1》0，继续关闭三级负载的供电，仅为四级负载做好供电准备。
16.进一步地，步骤2)中对车辆各级负载的供电管理时，当所述总电源供电状态为无效、所述备用电源供电状态为有效且所述充电信号状态为有效时，依据备用电源的电流情况按照从低至高的优先级顺序逐级关闭各级负载的供电。
17.上述技术方案的有益效果为：当所述总电源供电状态为断开、所述备用电源供电状态为有效且所述充电信号状态为有效时表示车辆在充电且由备用电源供电，本发明则检测输出电流状态，根据输出电流，按照负载从低至高的优先级顺序随时对供电输出进行智能控制，有效控制功耗以保护备用电源，实现整车静态时处于低功耗状态。更重要的是可以满足在总电源开关断开的情况下仍然能够完成充电，通过合理的电源管理方案，进一步保证即便总电源开关未断开充电完成后的整车电源管理，使整车最终不会大功率的消耗蓄电池功耗，同时保证整车夜间长时间停滞时绝大部分负载不带电，保证车辆安全。
18.进一步地，将所有负载划分为四个供电优先级，按照优先级从低至高的顺序分别为一级负载、二级负载、三级负载和四级负载；
19.若备用电源端口的总电流小于备用电源端口设定的阈值，则关闭一级负载的供电，为二级负载、三级负载和四级负载做好供电准备；若备用电源端口的总电流大于备用电源端口设定的阈值，则继续关闭二级负载的供电，为三级负载和四级负载做好供电准备。
20.进一步地，步骤2)中对车辆各级负载的供电管理时，当所述总电源供电状态为无效、所述备用电源供电状态为有效且所述充电信号状态为无效时，维持当前供电状态，持续
n2时间后所述充电信号状态仍为无效，则关闭各级负载的供电，n2》0。
21.上述技术方案的有益效果为：当所述总电源开关状态为断开、所述备用电源供电状态为有效且所述充电信号状态为无效时表示车辆处于静态，不需要使用车辆，而且不在充电，则持续一段时间仍不在充电或者电量已经充满不在充电，则关闭各级负载，以降低备用电源的功耗以保护备用电源，从而实现整车静态功耗小，且整车负载不带电保障了车辆的安全性。
22.进一步地，步骤2)中对车辆各级负载的供电管理时，当所述总电源供电状态为无效、所述备用电源供电状态为无效且所述充电信号状态为无效时，则关闭各级负载的供电。
23.上述技术方案的有益效果为：当所述总电源开关状态为断开、所述备用电源供电状态为无效且所述充电信号状态为无效时，表示总电源没有接通且备用电源没有电可用，无供电电源，则关闭各级负载的供电，以免对备用电源造成损害而保护备用电源。
24.进一步地，所述一级负载包括：室外灯光、雨刮、路牌和收音娱乐设备；所述二级负载包括：监控系统和行车记录仪；所述三级负载包括：室内灯具、仪表、整车控制器vcu、电池管理系统bms、车载充电器obc和电机控制器；所述四级负载包括：点火钥匙电源。
25.进一步地，通过总电源开关状态确定总电源供电状态，所述总电源开关串设在总电源的供电回路上，若总电源开关状态为闭合，则总电源供电状态为有效，若总电源开关状态为断开，则总电源供电状态为无效。
26.本发明的一种车辆电源管理系统，该系统包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现本发明的一种车辆电源管理方法并达到与该车辆电源管理方法相同的有益效果。
27.本发明的一种车辆，包括车辆本体，还包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现本发明的一种车辆电源管理方法并达到与该车辆电源管理方法相同的有益效果。
附图说明
28.图1为本发明一种车辆电源管理方法的流程图；
29.图2为本发明一种车辆中的电源管理装置各模块的结构连接示意图；
30.图3为本发明的系统实施例中一种车辆电源管理系统的结构示意图。
具体实施方式
31.本发明的目的在于提供一种车辆电源管理方法、系统以及车辆，通过利用数字化的电源管理系统首先可以满足在总电源开关断开的情况下仍然能够完成充电；同时，通过合理的电源管理方案，进一步保证即便在总电源开关未断开的情况下进行充电，充电完成后的整车电源管理使整车不会大功率的消耗蓄电池功耗；进而又能保证整车夜间长时间停滞时绝大部分负载不带电，从而保证车辆安全，提高车辆电源的管理效率。
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
33.车辆实施例：
34.本发明的一种车辆，包括车辆本体、车辆上的所有负载和电源管理装置，该电源管
理装置包括总电源、总电源开关、低压配电控制器。总电源用于为车辆上所有负载供电；总电源开关串设于总电源供电回路上用于控制总电源供电与否；低压配电控制器用于负责所有负载的供电管理。此外该电源管理装置还包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现本发明的一种车辆电源管理方法。
35.本车辆实施例中，如图2所示，总电源为蓄电池，低压配电控制器为电源管理模块，该电源管理模块为数字电源管理模块，数字电源管理模块包括一级数字电源管理模块和二级数字电源管理模块。一级电源管理模块为一级数字电源管理模块，二级电源管理模块为二级数字电源管理模块。该数字电源管理模块可以将输入电源通过内部功率芯片或其他半导体结构合理进行电力分配，并对其所输出的电源及后端线束进行保护，检测输出电流状态，并可以随时对输出进行智能控制的装置。其中一级数字电源管理模块的电源输入端包括主电源输入和备用电源输入。其中，一级数字电源管理模块主要为车辆大功率用负载以及包括二级电源管理模块进行供电和供电管理；二级电源管理模块负责给除一级电源管理模块负责供电的负载外的其余负载供电，一般功率较小。四类负载根据不同车辆的设计合理性，可以从一级电源管理模块和二级电源管理模块中任一个上面去取电。
36.对于整车的负载，本发明进行了如下分级，其中级别越高供电优先级就越高：
37.一级负载：室外灯光、雨刮、路牌、收音娱乐等设备，此类设备在车辆停运时使用必要性最低；
38.二级负载：监控系统、行车记录仪等，此类负载需要长时间工作以尽可能多的收集和记录车辆信息；
39.三级负载：室内灯具、仪表、整车控制器vcu、电池管理系统bms、车载充电器obc、电机控制器等，室内灯具在车辆停运状态下仍然可能被需要，如需要车站车辆清洁人员在充电时进行车厢内部的清洁，此时需要室内灯具提供照明。仪表、整车控制器vcu、电池管理系统bms、车载充电器obc、电机控制器等则在停车充电时需要进行工作以显示充电信息或保证充电能够进行；
40.四级负载：点火钥匙电源，该电源需要一级数字电源管理模块在自身休眠状态下也能保持输出准备，点火钥匙操作后，电路接通后能正常进行输出，以便在电源管理模块休眠状态下可以通过该电源正常启动车辆。
41.基于上述电源管理装置，可实现本发明的一种车辆电源管理方法，下面对该方法进行详细介绍。
42.本实施例中，总电源供电状态受总电源开关状态影响，总电源开关断开则总电源开关状态为断开，进而总电源供电状态无效；总电源开关闭合则总电源开关状态为闭合，进而总电源供电状态有效；下面使用总电源开关状态表示总电源供电状态。
43.步骤一：获取总电源开关状态。
44.总电源开关是用于切断蓄电池正极或负极连接的机械开关，该机械开关的主触点两端分别连接蓄电池和一级数字电源管理模块的电源输入端。
45.步骤一中所需的总电源开关状态可以通过两种方式进行采集。方案一：采用自带辅助触点的总电源开关，在总电源开关主触点接通的同时辅助触点也同时接通，如授权公告号为cn216610882u的中国实用新型专利文件中主供电电路中的开关，辅助触点信号直接进入一级数字电源管理模块的输入采集端口，从而通过该输入采集端口的电平状态来判断
主触点是否闭合。方案二：如图2中总电源开关为带辅助触点的开关，此处也可用不带辅助触点的开关。即在车上配备的总电源开关只有主触点，无辅助触点的情况下，可以通过在一级数字电源管理模块内部判断电源输入端电压状态进行推算总电源开关状态(断开或闭合)。
46.步骤二：获取备用电源供电状态。
47.备用电源是指除总电源开关控制端提供给一级数字电源管理模块电源输入外，通过其他电源来源给一级数字电源管理模块的另一路电源。
48.步骤二中的备用电源如辅助dcdc变换器提供的电源，该备用电源不受电源总开关控制，可以在电源总开关断开情况下持续提供电源，该备用电源接入一级数字电源管理模块的备用电源输入端口，一级数字电源管理模块通过mcu判定该备用电源输入端口的电压变化状态来判定该电源输入是否正常(有效或者无效)。
49.步骤三：获取充电信号状态。
50.步骤三中的充电信号状态是在外部充电桩和车载充电设备建立连接后提供给数字电源管理模块的充电状态。
51.优选地，外部充电桩的设备可以依据充电连接是否建立成功以及是否已在正常充电，然后自身输出端通过线束提供给数字电源管理模块可代表充电状态的电压信号，数字电源管理模块依据电压信号确定充电状态信号。
52.优选地，外部充电桩的设备可以依据充电连接是否建立成功以及是否已在正常充电，然后通过发送关于充电状态的报文信息提供给数字电源管理模块，供数字电源管理模块确定充电状态信号。步骤四：根据获取的总电源开关状态、备用电源供电状态和充电信号状态后根据不同的状态组合，通过数字化电源管理模块保证充电时车端各相关设备能够正常供电，同时对充电过程中不同状态组合下进行不同的电源管理。步骤四中在获取了总电源开关状态、备用电源供电状态和充电信号状态后，可根据以下场景进行不同状态组合下的充电动作完成和电源管理。
53.下面结合总电源开关状态、备用电源供电状态和充电信号状态不同状态组合下的电源管理进行说明，如图1所示。
54.状态一：总电源开关闭合，充电信号有效，即总电源供电状态为有效，充电信号状态为有效。当总电源开关状态为闭合且充电信号状态为有效时表示车辆电量充足，不会发生馈电，而且总电源开关闭合表示车辆还有用电的可能。此时数字电源管理模块同车载充电系统握手成功后，自动开启vcu、bms、电机控制器等相关充电系统的电源供给，同时一级电源管理模块主动唤醒二级电源管理模块，二级电源管理模块唤醒组合仪表，同时一、二级电源管理模块开始全面开启电源输出准备状态，此时，当车辆上除充电外其他设备的输出条件满足后可进行正常输出。例如：打开过道灯光控制开关，一、二级电源管理模块判断该开关有效时正式开启过道灯电源通道的输出，此时过道灯打开，便于车站车辆清洁人员清洁车厢地板。
55.状态二：总电源开关闭合，充电信号无效。即总电源供电状态为有效，充电信号状态无效。在整车总电源开关状态闭合状态下，即整车带电，一般情况下司机下班后会将总电源开关断开，此时可能是忘记断开总电源开关。而且充电信号状态为无效，即没有在充电或者已经充满电的情况下。此时，一级电源管理模块需要判断点火钥匙信号是否有效，若有
效，则正常输出，即为各级负载做好供电的准备，当负载开启自身开关时就能工作。点火钥匙信号有效表示车辆处于启动状态，需要使用车辆，则为整车提供电量做准备。若点火钥匙信号无效，表示车辆处于静止停车状态，则n1时间后(例如0.5小时后)，n1》0，进入低功耗模式，此时一级电源管理模块会先关闭一级负载的供电。继续累加计时，m1时间后(例如1小时后)，m1》n1，此时再关闭二级负载的供电。进而继续累加计时，l1时间后(例如1.5个小时后)，l1》m1，再关闭三级负载的供电。此时已进入超低功耗模式，但此时电源管理模块本身内部mcu并未完全进入休眠状态。进而继续累加计时，k1时间后(例如2个小时后)，k1》l1，电源管理模块也进入休眠状态，仅为四级负载做好供电准备，即仅为四级负载供电，当四级负载打开其开关时就能工作。此时，即便车辆上的总电源开关是闭合的，但数字电源模块通过内部芯片自动进入休眠，断开了除点火钥匙电源外的所有负载电源，将整车静态功耗降到极低，即保护蓄电池和保护车辆安全，同时可以保证在司机上车后可以直接拧点火钥匙启动车辆。
56.状态三：总电源开关断开，备用电源有效，充电信号有效。即总电源开关状态为断开、备用电源供电状态为有效且充电信号状态为有效时表示车辆在充电且由备用电源供电。此时车辆上大部分一级负载的管脚已关闭，即不为一级负载供电。
57.一级数字电源管理模块通过内部的电流检测单元实时检测备用电源的电流情况，若备用电源端口的总电流小于数字配电模块该备用电源端口内部电路所能承受的阈值，则正常对二、三和四级负载进行供电，此时vcu、bms和电机控制器等均可以供电，充电桩和车载充电设备握手成功，车辆正常开始充电，仪表正常显示充电电流、电压和soc等状态。若备用电源端口的总电流大于数字配电模块该备用电源端口内部电路所能承受的阈值，则先关闭二级负载的供电，仅保证三级和四级负载电源的供电，已保证室内过道灯和仪表、vcu等充电相关的设备可以供电，保证充电时可以开启室内灯光，满足清洁需要。其中一级数字配电模块的备用电源设计应最少能满足三级负载和四级负载的用电需求。
58.状态四：总电源开关断开，备用电源有效，充电信号无效时，即总电源供电状态为无效、备用电源供电状态为有效和充电信号状态为无效。此时表示车辆处于静态，不需要使用车辆，而且不需要充电。
59.状态四为状态三进行充电时电量充满的情况。保持状态三下负载的供电状态，持续充电一定时间后，当soc达到100％后，此时充电信号会变为无效。此时数字电源管理模块首先先维持状态三时的可供电状态，然后进行计时，持续n2时间后(例如0.5小时后)，n2》0，充电信号仍无效的情况下，则电源管理模块直接进入休眠模式，数字电源管理模块的所有输出均关闭，则整车所有负载均不再带电，保证车辆安全。此状态下也不为四级负载供电，当司机准备发车时，因此时总电源开关是断开状态，就必须先闭合电源开关，然后才能拧点火钥匙启动车辆，符合车辆操作流程和习惯。总电源开关由人工断开，当司机下班时或者其他清洁人员清扫完毕后会断开总电源开关。
60.状态五：总电源开关断开，备用电源无效，即总电源供电状态为无效、备用电源供电状态为无效。此时代表整车无任何电源供电，则数字配电模块处于无电源状态，关闭各级负载的供电，整车不带电，处于静默状态。
61.本发明通过对充电前后五类不同状态全流程的电源管理策略，即可以解决目前公交公司在夜间充电时必须闭合总电源开关的痛点，也可以解决即便司机忘记了断开电源总
开关的情况下，通过合理的管理策略在充完电后通过数字电源管理模块对车辆负载进行分时段逐级关闭供电，直至整车断电休眠。避免了车辆整夜带电，消耗蓄电池能量的同时还会带来车辆着火隐患的安全问题。
62.方法实施例：
63.本发明的一种车辆电源管理方法实施例，其流程如图1所示，该方法同上述车辆实施例中介绍的一种车辆电源管理方法一致，这里不再赘述。
64.系统实施例：
65.本发明的一种车辆电源管理系统实施例，如图3所示，该系统包括处理器、存储器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信和数据交互，处理器执行由存储器存储的计算机程序，以实现本发明的一种车辆电源管理方法，该方法同上述方法实施例中介绍的一种车辆电源管理方法一致，这里不再赘述。其中，处理器可以为微处理器mcu、可编程逻辑器件fpga等处理装置。存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，例如ram、rom等；也可为利用磁能方式存储信息的各式存储器，例如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、u盘等；还可为利用光学方式存储信息的各式存储器，例如cd、dvd等；当然，还可为其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等。