一种汽车48V电气系统电平衡控制方法及装置

摘要

本申请涉及一种汽车48V电气系统电平衡控制方法及装置，涉及汽车电子电控技术领域，该方法包括以下步骤：监测目标车辆的当前车辆工作状态以及48V电气系统工作负载；根据目标车辆的当前工作状态以及预设的48V电气系统供电优先级，结合预设的电平衡规则，利用目标车辆的外部供电装置、BSG电机或动力电池对48V电气系统进行供电；其中，48V电气系统供电优先级中，外部供电装置、BSG电机以及动力电池的供电优先级依次降低。本申请对车辆进行电平衡控制，实现多恒压源稳定可控的并联输出，使得外部供电装置在整车工况分配中得到充分利用，提升了电源部件的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车电子电控技术领域，具体涉及一种汽车48V电气系统电平衡控制方法及装置。

背景技术

48V混合动力汽车，是在传统汽车基础上进行混合动力化开发，为了实现混动系统特有的一些功能，在传统汽车的基础上增加了皮带传动启动/发电一体化(Belt-DrivenStarter Generator，BSG)电机和48V电池的汽车。

传统汽车没有类似混合动力汽车的高压部件，其电源管理主要为24V/12V低压系统的弱电管理，而混合动力汽车的动力系统与传统汽车的动力系统相比，前者在后者的基础上，增加了电机(BSG)、电机控制器(Micro Controller Unit，MCU)、动力电池组及电池控制器(Battery Management System，BMS)等复杂的电力电子器件。

对于传统车辆的电平衡，电平衡是探讨发动机、蓄电池和车用电器(负载)之间由于能源种类相对单一，蓄电池相当于充放电电容，故而不存在双恒压源并联的情况。

对于有太阳能等外部供电装置的48V混合动力汽车的设计，由于BSG电机既有发电状态又有电动状态，同时增加了太阳能等外来恒压源，故电平衡情况比传统车辆要复杂很多。

48V混合动力汽车，通常在特殊工况下使用太阳能，避免多个恒压源并联；或者存在太阳能与BSG发电机并联输出的情况，利用电源自身电气性能，并联电源中功率较低的满载输出拉低输出电压，再利用另一个电源补充输出能量。但如此处理容易出现以下问题：

1、外部供电装置如太阳能没有在整车工况分配中得到充分利用，没有充分发挥新能源节能的优势；

2、多恒压源直接并联输出时，在临界工况下，电能输出状态可能会切换频繁，降低了系统的可靠性和耐久性；

3、部分电源控制器监测输出电压与自身控制策略设置不一致的时候，可能会误诊断，降低了部件的可靠性。

故而，为了获得稳定可靠的电平衡效果，现提供一种电平衡控制技术，以满足当前需求。

发明内容

本申请提供一种汽车48V电气系统电平衡控制方法及装置，对车辆进行电平衡控制，实现多恒压源稳定可控的并联输出，使得外部供电装置在整车工况分配中得到充分利用，提升了电源部件的可靠性。

第一方面，本申请提供了一种汽车48V电气系统电平衡控制方法，所述方法包括以下步骤：

监测目标车辆的当前车辆工作状态以及48V电气系统工作负载；

根据所述目标车辆的当前工作状态以及预设的48V电气系统供电优先级，结合预设的电平衡规则，利用所述目标车辆的外部供电装置、BSG电机或动力电池对所述48V电气系统进行供电；其中，

所述48V电气系统供电优先级中，所述外部供电装置、BSG电机以及动力电池的供电优先级依次降低。

具体的，所述外部供电装置为太阳能发电装置。

具体的，所述电平衡规则包括：

当所述当前车辆工作状态满足外部供电装置的发电条件，且所述48V电气系统工作负载不大于所述外部供电装置的输出能力时，利用所述外部供电装置对所述48V电气系统进行单电源供电。

具体的，所述电平衡规则包括：

当所述当前车辆工作状态同时满足所述外部供电装置与所述BSG电机的发电条件，且所述48V电气系统工作负载大于所述外部供电装置的输出能力时，利用所述外部供电装置以及所述BSG电机对所述48V电气系统进行联合供电。

具体的，所述电平衡规则包括：

当所述当前车辆工作状态满足所述外部供电装置的发电条件、所述BSG电机以及所述动力电池的发电条件，且所述48V电气系统工作负载大于所述外部供电装置与所述BSG电机的输出能力的总和时，利用所述外部供电装置、所述BSG电机以及所述动力电池对所述48V电气系统进行联合供电。

进一步的，所述电平衡规则还包括：

当所述当前车辆工作状态不满足外部供电装置，但满足所述BSG电机的发电条件时，且所述48V电气系统工作负载不大于所述BSG电机的输出能力时，利用所述BSG电机对所述48V电气系统进行单电源供电。

进一步的，所述电平衡规则还包括：

当所述当前车辆工作状态不满足外部供电装置的发电条件，但满足所述BSG电机以及所述动力电池的发电条件，且所述48V电气系统工作负载大于所述BSG电机的输出能力时，利用所述BSG电机以及所述动力电池对所述48V电气系统进行联合供电。

进一步的，所述电平衡规则还包括：

当所述当前车辆工作状态不满足外所述部供电装置以及所述BSG电机的发电条件，但满足所述动力电池的发电条件时，利用所述动力电池对所述48V电气系统进行单电源供电。

第二方面，本申请提供了一种汽车48V电气系统电平衡控制装置，所述装置包括：

工作监控模块，其用于监测目标车辆的当前车辆工作状态以及48V电气系统工作负载；

电平衡调控模块，其用于根据所述目标车辆的当前工作状态以及预设的48V电气系统供电优先级，结合预设的电平衡规则，利用所述目标车辆的外部供电装置、BSG电机或动力电池对所述48V电气系统进行供电；其中，

所述48V电气系统供电优先级中，所述外部供电装置、BSG电机以及动力电池的供电优先级依次降低。

具体的，所述外部供电装置为太阳能发电装置。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请对车辆进行电平衡控制，实现多恒压源稳定可控的并联输出，使得外部供电装置在整车工况分配中得到充分利用，提升了电源部件的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用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申请的一些实施例，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他的附图。

图1为本申请实施例一提供的汽车48V电气系统电平衡控制方法的步骤流程图；

图2为本申请实施例一提供的汽车48V电气系统电平衡控制方法的原理结构图；

图3为本申请实施例一提供的汽车48V电气系统电平衡控制方法的电平衡架构示意图；

图4为本申请实施例二提供的汽车48V电气系统电平衡控制装置的结构框图。

具体实施方式

术语解释：

BSG，Belt-Driven Starter Generator，皮带传动兼顾启动和发电的一体机；

TEG，Thermo Electric Generator，温差发电机，又称热电发电机；

MCU，Micro Controller Unit，电机控制器；

BMS，Battery Management System，动力电池组及电池控制器；

SOC，State Of Charge，荷电状态；

VCU，Vehicle Control Unit，整车控制器；

HCU，Hybrid Control Unit，混合动力整车控制器；

PCU，Power Control Unit，能源管理控制器；

EECU，Engine Electronic Control Unit，发动机控制器；

BCM，Body Control Module，车身控制器。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

本发明实施例提供一种汽车48V电气系统电平衡控制方法及装置，对车辆进行电平衡控制，实现多恒压源稳定可控的并联输出，使得外部供电装置在整车工况分配中得到充分利用，提升了电源部件的可靠性。

为达到上述技术效果，本申请的总体思路如下：

一种汽车48V电气系统电平衡控制方法，该方法包括以下步骤：

S1、监测目标车辆的当前车辆工作状态以及48V电气系统工作负载；

S2、根据目标车辆的当前工作状态以及预设的48V电气系统供电优先级，结合预设的电平衡规则，利用目标车辆的外部供电装置、BSG电机或动力电池对48V电气系统进行供电；其中，

48V电气系统供电优先级中，外部供电装置、BSG电机以及动力电池的供电优先级依次降低。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

实施例一

参见图1～3所示，本发明实施例提供一种汽车48V电气系统电平衡控制方法，该方法包括以下步骤：

S1、监测目标车辆的当前车辆工作状态以及48V电气系统工作负载；

S2、根据目标车辆的当前工作状态以及预设的48V电气系统供电优先级，结合预设的电平衡规则，利用目标车辆的外部供电装置、BSG电机或动力电池对48V电气系统进行供电；其中，

48V电气系统供电优先级中，外部供电装置、BSG电机以及动力电池的供电优先级依次降低。

需要说明的是，太阳能发电装置等外部供电装置在接入对应的48V电气系统时，均配置有对应的DC-DC

具体的，外部供电装置为太阳能发电装置。

本申请实施例中，对车辆进行电平衡控制，实现多恒压源稳定可控的并联输出，使得外部供电装置在整车工况分配中得到充分利用，提升了电源部件的可靠性。

本申请实施例具体涉及车辆48V电气系统多能源管理，除了动力电池和BSG电机之外，还有太阳能发电装置等外部供电装置，能源超过3个；

能源管理器PCU实时动态监测太阳能发电装置等外部供电装置的发电条件、48V系统现有能源和负载的工作状态、车速状态、发动机转速状态、电子油门状态、制动踏板状态、电源总开关状态、点火锁钥匙状态。

本申请实施例中的能源供电优先级原则：太阳能发电装置等外部供电装置＞BSG电机＞动力电池。

本申请实施例中的能源开启顺序：PCU结合对电源部件发电条件具备情况的监测，按优先级顺序，先控制单一电源供电，当单一电源不满足负载需要时，再按优先级顺序，结合对下一级电源部件发电条件具备情况的监测，控制相关电源补充供电。

本申请实施例中的能源部件工作状态：外部供电装置如太阳能，输出模式默认为恒压模式，采用当前最大能力输出；

BSG电机单独供电输出或与动力电池一起供电输出时，默认采用恒压模。

本申请实施例中，当采用两个恒压源并联供电时(本申请实施例中为太阳能发电装置和BSG电机)，采用双恒压源控制模式，PCU将BSG电机的输出模式设置为恒压输出，将太阳能发电装置输出模式也设置为恒压输出，将两者的输出值设置为当前太阳能输出能力的最大值；

当采用两个以上的恒压源并联供电时，如接入的额外能源多于1个(如太阳能发电装置+TEG尾气发电装置)，则所有的外部供电装置采用同一电压恒压输出，在控制策略中视同为一个“大电源”，最终等同于上述双恒压源控制模式。

具体的，电平衡规则包括：

当当前车辆工作状态满足外部供电装置的发电条件，且48V电气系统工作负载不大于外部供电装置的输出能力时，利用外部供电装置对48V电气系统进行单电源供电；

此时由于48V电气系统工作负载不大，故而仅使用外部供电装置即可维持48V电气系统的正常运作。

进一步的，电平衡规则还包括：

当当前车辆工作状态同时满足外部供电装置与BSG电机的发电条件，且48V电气系统工作负载大于外部供电装置的输出能力时，利用外部供电装置以及BSG电机对48V电气系统进行联合供电；

此时由于48V电气系统工作负载较大，但并未超出外部供电装置与BSG电机两者共同承受的范围，故而同时使用外部供电装置与BSG电机即可维持48V电气系统的正常运作。

进一步的，电平衡规则还包括：

当当前车辆工作状态满足外部供电装置的发电条件、BSG电机以及动力电池的发电条件，且48V电气系统工作负载大于外部供电装置与BSG电机的输出能力的总和时，利用外部供电装置、BSG电机以及动力电池对48V电气系统进行联合供电；

此时由于48V电气系统工作负载过大，需要外部供电装置、BSG电机以及动力电池进行联合供电才可承受当前48V电气系统的工作负载。

进一步的，电平衡规则还包括：

当当前车辆工作状态不满足外部供电装置，但满足BSG电机的发电条件时，且48V电气系统工作负载不大于BSG电机的输出能力时，利用BSG电机对48V电气系统进行单电源供电；

此时，由于外部供电装置无法进行供电，而此时的负载较低，故而能够使用BSG电机进行单独供电。

进一步的，电平衡规则还包括：

当当前车辆工作状态不满足外部供电装置的发电条件，但满足BSG电机以及动力电池的发电条件，且48V电气系统工作负载大于BSG电机的输出能力时，利用BSG电机以及动力电池对48V电气系统进行联合供电；

此时，由于外部供电装置无法进行供电，而此时的负载较大，超出BSG电机独立承受的范围，故而BSG电机以及动力电池进行联合供电。

进一步的，电平衡规则还包括：

当当前车辆工作状态不满足外部供电装置以及BSG电机的发电条件，但满足动力电池的发电条件时，利用动力电池对48V电气系统进行单电源供电。

本申请实施例中，48V电气系统的电平衡状态表如表1所示：

表1

本申请实施例中，具体的控制规则如下：

1、当太阳能发电装置等外部供电装置具备发电条件的时候，即太阳能发电装置等外部供电装置的DC-DC的输入电压大于等于第一输入电压，记作X1，此值可标定，如50V，且负载不大于外部供电装置的输出能力的时候，即此时外部供电装置的DC-DC的输出电流小于第一输出电流，记作Y1，此值可标定，如50A；

此时，PCU优先控制外部供电装置供电，采用太阳能发电装置等外部供电装置单电源供电方式，如表1中的状态1、状态2、状态3、状态4。太阳能采用恒压输出模式。

2、当太阳能发电装置等外部供电装置发电条件不具备的时候，即太阳能发电装置等外部供电装置的DC-DC的输入电压小于第一输入电压，根据整车工况条件进行进一步判断：

2.1、当满足以下条件之一，则表明BSG电机具备发电条件，PCU控制BSG电机供电：

A)行车中制动踏板踩下，处于制动能量回收时，

B)行车中松开油门，车辆滑动前行时，

C)发动机转速大于第一转速值，记作Z，可标定，如400rpm，并且动力电池的SOC在50％以下时，

此时，如表1中状态5、状态6，BSG电机采用恒扭矩输出模式；

当BSG电机单独供电无法满足负载供电需求时，即此时BSG电机的输出电流大于等于第二输电流，记作Y2，此值可标定，一般为根据BSG电机台架试验所得的外特性表格，查表时依据当前转速查当前输出电流的上限，则PCU控制动力电池补充供电，如状态7，BSG电机采用恒扭矩输出模式。

2.2、当BSG电机发电条件不具备，或处于电动状态时，PCU控制动力电池供电，如表1中的状态8、状态9。

当太阳能发电装置等外部供电装置发电条件具备的时候，且负载大于外部供电装置输出能力时，此时外部供电装置的DC-DC的输出电流小于第一输出电流，PCU除控制外部供电装置供电外，控制BSG电机或动力电池供电。

3.1、当满足以下条件之一，即表示BSG电机具备发电条件：

A)行车中制动踏板踩下，处于制动能量回收时，

B)行车中松开油门，车辆滑动前行时，

C)发动机转速大于Z(可标定，如400rpm)，动力电池SOC在50％以下时，

PCU控制BSG电机配合外部供电装置进行供电，如状态10、状态11，

太阳能发电装置等外部供电装置与BSG电机采用恒压输出模式，将两者的输出值设置为当前太阳能发电装置等外部供电装置的输出能力的最大值。

3.2、当BSG电机发电条件不具备时，或处于电动状态时，PCU控制动力电池配合外部供电装置进行供电，如状态12、状态13。

4、当太阳能发电装置等外部供电装置的发电条件、BSG电机的发电条件都具备，且两个能量来源无法满足整车48V负载需求时，

此时BSG电机的输出电流大于等于第三输出电流，记作Y3，此值可标定，一般为根据BSG电机台架试验所得的外特性表格，查表时依据当前转速查当前输出电流的上限，

PCU控制动力电池进行配合供电，如状态14，

而太阳能发电装置等外部供电装置与BSG电机采用恒压输出模式，将两者的输出值设置为当前太阳能发电装置等外部供电装置的输出能力的最大值。

需要说明的是，本申请实施例中的控制方法的软件载体，可以集成在整车控制器VCU或HCU中，或者集成在能源管理控制器PCU中，或者在发动机控制器EECU或车身控制器BCM等内部，通过总线信号或硬线来控制相关部件，以上均在申请实施例的范围内；

本申请实施例中的车辆为48V混和电系形式，不管是48V-24V电系，还是48V-12V电系，均为本申请实施例的实现方式，12V电气系统传统蓄电池为12V规格，高低压转换DC-DC为48V转12V规格，24V电气系统传统蓄电池为24V规格，高低压转换DC-DC为48V转24V规格；

外部供电装置为太阳能发电装置仅为本身申请实施例中的例子之一，还可以包括TEG尾气发电装置等可能提供电能到48V系统上的利用废气发电的方式；

当采用两个以上的恒压源并联供电时，如接入的额外能源多于1个(如太阳能发电装置+尾气TEG尾气发电装置)，则所有的外部供电装置采用同一电压恒压输出，在控制策略中视同为一个“大电源”，最终等同于前述双恒压源控制模式；

48V电动空调仅为本申请实施例中的负载举例之一，电动涡轮增压、电动助力转向等48V负载均为实现的负载具体实例。

实施例二

参见图4所示，本发明实施例提供一种汽车48V电气系统电平衡控制装置，该装置包括：

工作监控模块，其用于监测目标车辆的当前车辆工作状态以及48V电气系统工作负载；

电平衡调控模块，其用于根据目标车辆的当前工作状态以及预设的48V电气系统供电优先级，结合预设的电平衡规则，利用目标车辆的外部供电装置、BSG电机或动力电池对48V电气系统进行供电；其中，

48V电气系统供电优先级中，外部供电装置、BSG电机以及动力电池的供电优先级依次降低。

需要说明的是，太阳能发电装置等外部供电装置在接入对应的48V电气系统时，均配置有对应的DC-DC

具体的，外部供电装置为太阳能发电装置。

本申请实施例中，对车辆进行电平衡控制，实现多恒压源稳定可控的并联输出，使得外部供电装置在整车工况分配中得到充分利用，提升了电源部件的可靠性。

本申请实施例具体涉及车辆48V电气系统多能源管理，除了动力电池和BSG电机之外，还有太阳能发电装置等外部供电装置，能源超过3个；

能源管理器PCU实时动态监测太阳能发电装置等外部供电装置的发电条件、48V系统现有能源和负载的工作状态、车速状态、发动机转速状态、电子油门状态、制动踏板状态、电源总开关状态、点火锁钥匙状态。

本申请实施例中的能源供电优先级原则：太阳能发电装置等外部供电装置＞BSG电机＞动力电池。

本申请实施例中的能源开启顺序：PCU结合对电源部件发电条件具备情况的监测，按优先级顺序，先控制单一电源供电，当单一电源不满足负载需要时，再按优先级顺序，结合对下一级电源部件发电条件具备情况的监测，控制相关电源补充供电。

本申请实施例中的能源部件工作状态：外部供电装置如太阳能，输出模式默认为恒压模式，采用当前最大能力输出；

BSG电机单独供电输出或与动力电池一起供电输出时，默认采用恒压模。

本申请实施例中，当采用两个恒压源并联供电时(本申请实施例中为太阳能发电装置和BSG电机)，采用双恒压源控制模式，PCU将BSG电机的输出模式设置为恒压输出，将太阳能发电装置输出模式也设置为恒压输出，将两者的输出值设置为当前太阳能输出能力的最大值；

当采用两个以上的恒压源并联供电时，如接入的额外能源多于1个(如太阳能发电装置+TEG尾气发电装置)，则所有的外部供电装置采用同一电压恒压输出，在控制策略中视同为一个“大电源”，最终等同于上述双恒压源控制模式。

具体的，电平衡规则包括：

当当前车辆工作状态满足外部供电装置的发电条件，且48V电气系统工作负载不大于外部供电装置的输出能力时，利用外部供电装置对48V电气系统进行单电源供电；

此时由于48V电气系统工作负载不大，故而仅使用外部供电装置即可维持48V电气系统的正常运作。

进一步的，电平衡规则还包括：

当当前车辆工作状态同时满足外部供电装置与BSG电机的发电条件，且48V电气系统工作负载大于外部供电装置的输出能力时，利用外部供电装置以及BSG电机对48V电气系统进行联合供电；

此时由于48V电气系统工作负载较大，但并未超出外部供电装置与BSG电机两者共同承受的范围，故而同时使用外部供电装置与BSG电机即可维持48V电气系统的正常运作。

进一步的，电平衡规则还包括：

当前车辆工作状态满足外部供电装置的发电条件、BSG电机以及动力电池的发电条件，且48V电气系统工作负载大于外部供电装置与BSG电机的输出能力的总和时，利用外部供电装置、BSG电机以及动力电池对48V电气系统进行联合供电；

此时由于48V电气系统工作负载过大，需要外部供电装置、BSG电机以及动力电池进行联合供电才可承受当前48V电气系统的工作负载。

进一步的，电平衡规则还包括：

当当前车辆工作状态不满足外部供电装置，但满足BSG电机的发电条件时，且48V电气系统工作负载不大于BSG电机的输出能力时，利用BSG电机对48V电气系统进行单电源供电；

此时，由于外部供电装置无法进行供电，而此时的负载较低，故而能够使用BSG电机进行单独供电。

进一步的，电平衡规则还包括：

当当前车辆工作状态不满足外部供电装置的发电条件，但满足BSG电机以及动力电池的发电条件，且48V电气系统工作负载大于BSG电机的输出能力时，利用BSG电机以及动力电池对48V电气系统进行联合供电；

此时，由于外部供电装置无法进行供电，而此时的负载较大，超出BSG电机独立承受的范围，故而BSG电机以及动力电池进行联合供电。

进一步的，电平衡规则还包括：

当当前车辆工作状态不满足外部供电装置以及BSG电机的发电条件，但满足动力电池的发电条件时，利用动力电池对48V电气系统进行单电源供电。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。