CN110789475B - 一种复合电源管理***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合电源管理***及方法，包括：起动机、蓄电池、超级电容、发动机、发电机和电源管理单元；若车辆的当前状态为起动状态，且蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，电源管理单元控制蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，复合电源用于起动所述起动机。本发明中，电源管理单元控制蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，由于蓄电池和超级电容串联连接，在起动车辆时，可以避免蓄电池深度放电，使得蓄电池电压不会大幅度下降，从而提高了蓄电池的寿命，并保证了车上用电器件可以正常工作，同时，相比于单独利用超级电容起动起动机的方案，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子领域，特别涉及一种复合电源管理***及方法。
背景技术
现有的燃油汽车技术，具有12伏特的电源***，该电源***包含12伏特蓄电池，在起动汽车时，利用蓄电池存储的电能让起动机处于工作状态，起动机再起动汽车发动机，使发动机在所需的工作状态下运转，从而完成汽车的起动过程，同时，该电源***还为车上的用电器提供电能，保证车上的用电器可以正常工作。此外，该电源***还可以包含并联连接的12伏特蓄电池和12伏特超级电容，在起动汽车时，单独利用蓄电池或超级电容起动发动机，从而完成汽车的起动过程。
但是，在目前的方案中，若单独利用蓄电池起动发动机，由于起动车辆所需的电量较大，引起蓄电池深度放电，蓄电池电压大幅度下降，导致在损害蓄电池寿命的同时，使车辆上的用电器由于供电不足而发生休眠或重启，若单独利用超级电容起动发动机，会导致电源***成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种复合电源管理***及方法，以解决现有技术中单独采用蓄电池起动发动机时，由于起动车辆所需的电量较大，引起蓄电池深度放电，蓄电池电压大幅度下降，导致损害蓄电池寿命，以及使车辆上的用电器由于供电不足而发生休眠或重启的问题，或单独采用超级电容起动发动机时，导致电源***成本较高的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种复合电源管理***，应用于一种车辆，所述***包括：
起动机、蓄电池、超级电容、发动机、发电机和电源管理单元；
所述蓄电池的正极与所述发电机的正极连接，所述蓄电池的负极与所述发电机的负极连接；
所述电源管理单元同时与所述蓄电池的正极、所述超级电容的正极、所述发电机的正极连接；所述超级电容的负极与所述车辆的车身搭铁连接；所述蓄电池的负极通过所述电源管理单元与所述车辆的车身搭铁连接；
若所述车辆的当前状态为启动状态，且所述蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在所述蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池和所述超级电容串联连接形成复合电源，所述复合电源用于起动所述起动机。
进一步的，
所述***还包括：
若所述车辆的当前状态为制动能量回收状态，则所述电源管理单元控制所述发电机以最大发电电压发电，并向所述蓄电池和所述超级电容充电。
进一步的，
所述***还包括：
若所述车辆的当前状态为唤醒状态，且所述超级电容的电压值小于第二预设电压值，则在所述蓄电池的电压值大于或等于第三预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池按照预设时长，向所述超级电容进行第一充电操作；
所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值；
所述电源管理单元在所述超级电容的当前电压值大于或等于所述第二预设电压值的情况下，完成所述第一充电操作。
进一步的，
所述***还包括：
若所述车辆的当前状态为着车状态，则所述电源管理单元控制所述发电机按照预设时长，向所述超级电容进行第二充电操作；
所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值；
所述电源管理单元在所述超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值的情况下，完成所述第二充电操作。
进一步的，
所述电源管理单元包括第一开关、第二开关、第三开关、直流-直流稳压器和控制单元；
所述第一开关的一端与所述蓄电池的负极连接，另一端与所述车辆的车身搭铁连接；
所述第二开关的一端与所述蓄电池的负极连接，另一端同时与所述超级电容的正极和所述直流-直流稳压器的一端连接；
所述第三开关的一端同时与所述蓄电池的正极和所述发电机的正极连接，另一端与所述直流-直流稳压器的另一端连接；
所述直流-直流稳压器的一端与所述第三开关的另一端连接，另一端同时与所述超级电容的正极和所述第二开关的另一端连接；
所述控制单元用于接收所述超级电容的电压值、所述蓄电池的电压值和荷电状态值、所述车辆的当前状态信号，并控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述直流-直流稳压器的闭合或断开。
进一步的，
所述若所述车辆的当前状态为启动状态，且所述蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在所述蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池和所述超级电容串联连接形成复合电源，所述复合电源用于起动所述起动机的步骤，包括：
所述电源管理单元控制所述第一开关和所述第三开关断开，所述第二开关闭合，使得所述蓄电池和所述超级电容串联连接形成所述复合电源。
进一步的，
所述若所述车辆的当前状态为制动能量回收状态，则所述电源管理单元控制所述发电机以最大发电电压发电，并向所述蓄电池和所述超级电容充电的步骤，包括：
所述电源管理单元控制所述第二开关断开，所述第一开关闭合，使得所述发电机以所述最大发电电压向所述蓄电池充电；
所述电源管理单元控制所述第三开关闭合，使得所述发电机以所述最大发电电压向所述超级电容充电。
进一步的，
所述若所述车辆的当前状态为唤醒状态，且所述超级电容的电压值小于第二预设电压值，则在所述蓄电池的电压值大于或等于第三预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池按照预设时长，向所述超级电容进行第一充电操作的步骤，包括：
所述电源管理单元控制所述第二开关断开，所述第一开关闭合，使得所述蓄电池的负极与所述车辆的车身搭铁连接；
所述电源管理单元控制所述第三开关闭合，使得所述蓄电池按照所述预设时长，向所述超级电容进行所述第一充电操作。
进一步的，
所述若所述车辆的当前状态为着车状态，则所述电源管理单元控制所述发电机按照预设时长，向所述超级电容进行第二充电操作的步骤，包括：
所述电源管理单元控制所述第二开关断开，所述第一开关闭合，使得所述发电机向所述蓄电池充电；
所述电源管理单元控制所述第三开关闭合，使得所述发电机按照所述预设时长，向所述超级电容进行所述第二充电操作。
一种复合电源管理方法，应用于所述复合电源管理***，所述方法包括：
电源管理单元获取车辆的当前状态；
所述电源管理单元获取蓄电池的荷电状态值和电压值；
若所述车辆的当前状态为启动状态，且所述蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在所述蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，所述电源管理单元将所述蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源；
所述电源管理单元通过所述复合电源起动起动机。
进一步的，
在所述获取车辆的当前状态的步骤之后，所述方法还包括：
若所述车辆的当前状态为制动能量回收状态，则所述电源管理单元控制发电机以最大发电电压发电，并向所述蓄电池和所述超级电容充电。
进一步的，
若所述车辆的当前状态为唤醒状态，且所述超级电容的电压值小于第二预设电压值，则在所述蓄电池的电压值大于或等于第三预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池按照预设时长，向所述超级电容进行第一充电操作；
所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值；
所述电源管理单元在所述超级电容的当前电压值大于或等于所述第二预设电压值的情况下，完成所述第一充电操作。
进一步的，
在所述获取蓄电池的荷电状态值和电压值的步骤之后，所述方法还包括：
若所述车辆的当前状态为着车状态，则所述电源管理单元控制发电机按照预设时长，向所述超级电容进行第二充电操作；
所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值；
所述电源管理单元在所述超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值的情况下，完成所述第二充电操作。
相对于现有技术，本发明所述的一种复合电源管理***及方法具有以下优势：
本发明实施例提供的一种复合电源管理***及方法，包括：起动机、蓄电池、超级电容、发动机、发电机和电源管理单元；蓄电池的正极与发电机的正极连接，蓄电池的负极与发电机的负极连接；电源管理单元同时与蓄电池的正极、超级电容的正极、发电机的正极连接；超级电容的负极与车辆的车身搭铁连接；蓄电池的负极通过电源管理单元与车辆的车身搭铁连接；若车辆的当前状态为启动状态，且蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，电源管理单元控制蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，复合电源用于起动所述起动机。本发明中，在发动机处于启动状态时，电源管理单元控制蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，用以起动起动机，进而使发动机在所需的工作状态下运转，完成汽车的起动过程，由于蓄电池和超级电容串联连接，一方面，在起动车辆时，可以避免蓄电池深度放电，使得蓄电池电压不会大幅度下降，从而提高了蓄电池的寿命，并保证了车上用电器件可以正常工作，另一方面，相比于单独利用超级电容起动发动机，本方案中超级电容可以选用较小电压等级的产品，降低了成本。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种复合电源管理***的示意图；
图2为本发明实施例所述的一种复合电源管理方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例所述的一种非智能启动状态下的复合电源管理方法的步骤流程图；
图4为本发明实施例所述的一种智能启动状态下的复合电源管理方法的步骤流程图；
图5为本发明实施例所述的另一种复合电源管理方法的步骤流程图；
图6为本发明实施例所述的一种唤醒状态下的复合电源管理方法的步骤流程图；
图7为本发明实施例所述的一种着车状态下的复合电源管理方法的步骤流程图；
图8为本发明实施例所述的一种制动能量回收状态下的复合电源管理方法的步骤流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图1，示出了本发明实施例所述的一种复合电源管理***的示意图，应用于一种车辆，所述复合电源管理***10包括：起动机S、蓄电池20、超级电容30、发动机M、发电机G和电源管理单元（Power Management Unit，PMU）40。
所述超级电容，又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
具体的，在图1中，实线表示功率或能量流，虚线表示控制信号和测量信号流。
在本发明实施例中，蓄电池20的正极与发电机G的正极连接，蓄电池20的负极与发电机G的负极连接，发动机M的两端与发电机G的正极和负极连接，从而可以在发动机M带动发电机G工作之后，发电机G可以以一定的电压向蓄电池20充电。
进一步的，起动机S通过起动继电器50与蓄电池20的正极和负极连接，同时，起动机S通过起动继电器50与发动机M的两端连接，从而在车辆起动过程中，在起动继电器50闭合的情况下，蓄电池20可以为起动机S提供电能，使起动机S处于工作状态，起动机S再驱动发动机M飞轮旋转，实现发动机M的起动，从而完成车辆的起动过程。
此外，电源管理单元40同时与蓄电池20的正极、蓄电池20的负极、超级电容30的正极、发电机G的正极连接。
可选的，电源管理单元40可以包括：第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、直流-直流稳压器41、控制单元42。其中，蓄电池20的负极通过第一开关K1，连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，从而完成接地，蓄电池20的负极也可以通过第二开关K2，连接至超级电容30的正极，超级电容30的负极连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，从而完成接地，该过程实现了蓄电池20与超级电容30的串联连接。
此外，蓄电池20的正极通过第三开关K3和直流-直流稳压器41，连接至超级电容30的正极，超级电容30的负极连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，从而完成接地，该过程实现了蓄电池20与超级电容30的并联连接。
在本发明实施例中，复合电源管理***中的蓄电池和超级电容均为能量储存装置，当车辆蓄电池失效时，超级电容可以作为车辆的紧急备用电池使用，从而在蓄电池失效时，保障车上乘客的生命安全。
在本发明实施例中，复合电源管理***支持局域互联网络（Local InterconnectNetwork，LIN）、控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）及其他通信协议，因此，控制单元可以根据蓄电池的荷电状态值、蓄电池的电压值和车辆的当前状态等，确定合适的复合电源管理***的复合电源管理方法。
具体的，控制单元可以通过发动机电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）和车上其他电器模块的ECU获取车辆的当前状态，发动机ECU通过各种传感器（包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器等）收集发动机的各部分工作状态信息，并对所述发动机的各部分工作状态信息进行分析，从而可以得到发动机各部件功能处于什么样的状态，运行情况如何等信息。
例如，若车辆整车电源模式处于“OFF”模式，且进入整车网络休眠状态，则车辆的当前状态为休眠状态；若车辆整车电源模式处于“ON”模式，且发动机的转速为0转/分钟，则车辆的当前状态为唤醒状态；若车辆通过“汽车一键起动”或转动汽车钥匙起动，则车辆的当前状态为非智能启动状态；发动机ECU通过各种传感器和开关可以采集驾驶员的操作信息（如踩下刹车踏板直至停车），进而判断驾驶员的停车意图，在整车状况满足发动机停机的其他所有判断条件下，发动机熄火，当需要继续行驶时，驾驶员松开刹车踏板，此时发动机立即起动，如果之前已将车辆挡位置于“P”挡，则在车辆挡位置于“D”挡时，发动机立即起动，此时，车辆的当前状态为智能启动状态；若车辆的发动机处于运行状态，则车辆的当前状态为着车状态；若车辆的发动机处于运行状态，车辆制动开关处于闭合状态，且车辆的行驶速度大于0千米/小时，则车辆的当前状态为制动能量回收状态。
此外，控制单元可以通过蓄电池传感器（ElectricBattery Sensor，EBS）获取蓄电池的荷电状态值和电压值等信息，蓄电池EBS体积较小，可以准确的测量和监控蓄电池的温度、电流和电压等各项参数，同时可以计算蓄电池的荷电状态值和剩余时间。
在本发明实施例中，若控制单元检测到车辆的当前状态为休眠状态，则说明此时无需起动车辆，也无需向车辆上的用电器件，因而电源管理单元处于非工作状态。此时，电源管理单元中的第一开关处于闭合状态，第二开关和第三开关处于断开状态。
可选的，若控制单元检测到车辆的当前状态为唤醒状态，进一步的，可以根据蓄电池的电压值和超级电容的电压值确定合适的复合电源管理***的复合电源管理方法。
具体的，参照图1，控制单元42从EBS获取蓄电池20的电压值，从超级电容30获取超级电容30的电压值，若超级电容30的电压值小于第二预设电压值，且蓄电池20的电压值大于或等于第三预设电压值，此时控制单元42可以控制蓄电池20向超级电容30进行第一充电操作。这是由于发动机M处于唤醒状态时，蓄电池20虽然不用提供能量来起动车辆，但需要向车辆上此时处于工作状态的用电器件提供能量，例如，当发动机M处于唤醒状态时，车上照明、音响、空调等设备还需要一定的能量来维持工作状态，此时蓄电池20处于电量被不断消耗的过程中，因而在检测到发动机M处于唤醒状态之后，如果蓄电池20的电量充足（即蓄电池20的电压值大于或等于第三预设电压值），且超级电容30的电量不足（即超级电容30的电压值小于第二预设电压值），则控制单元42可以控制蓄电池20按照预设时长，向超级电容30进行第一充电操作，避免蓄电池20的电量被车辆上的用电器件过多消耗，将蓄电池20中的电量存储在超级电容30中，以保证有足够的电量起动车辆。
优选地，所述第二预设电压值可以是一个固定的电压值，可根据整车实际情况确定，比如：4伏特，所述第三预设电压值也可以是一个固定的电压值，可根据整车实际情况确定，比如：12.4伏特。
参照图1，所述第一充电操作为：控制单元42控制第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2断开，此时，蓄电池20的负极通过第一开关K1与连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，蓄电池20的正极通过第三开关K3以及直流-直流稳压器41与超级电容30的正极连接，超级电容30的负极连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，使得蓄电池20可以向超级电容30进行第一充电操作。其中，由于蓄电池20和超级电容30为电压等级不同的直流电源，因此在蓄电池20和超级电容30之间需要设置直流-直流稳压器41，以实现不同电压等级的直流电源之间的电能转换。
在本发明实施例中，所述第一充电操作，是蓄电池按照预设时长向超级电容进行充电，所述预设时长可以是一个固定的时间值，可根据超级电容的实际情况确定，比如：30秒。这是因为超级电容能够存储的电量较少，一般情况下，在较短的时间内就能够充满电量。蓄电池按照预设时长向超级电容进行充电之后，电源管理单元检测超级电容的当前电压值，若此时超级电容的当前电压值大于或等于第二预设电压值，则完成上述第一充电操作，不再对超级电容进行充电，若此时超级电容的当前电压值小于第二预设电压值，则再次按照预设时长向超级电容进行充电，直至超级电容的当前电压值大于或等于第二预设电压值。
此外，在检测到超级电容的当前电压值大于或等于第二预设电压值之后，可以通过断开第三开关和/或断开直流-直流稳压器，以控制蓄电池不再对超级电容进行充电。
可选的，若控制单元检测到车辆的当前状态为着车状态，进一步的，可以根据超级电容的电压值确定合适的复合电源管理***的复合电源管理方法。
具体的，参照图1，在发动机M的当前状态为着车状态的情况下，控制单元42可以控制发电机G向超级电容30进行第二充电操作，此时，由于车辆的发动机M处于运行状态，发动机M可以带动发电机G运转，使发电机G处于工作状态，因而处于工作状态的发电机G可以对超级电容30进行充电，此外，处于工作状态的发电机G也可以对蓄电池20进行充电。
参照图1，蓄电池20的正极与发电机G的正极连接，蓄电池20的负极与发电机G的负极连接，因而，在发电机G处于工作状态，且发电机G的工作电压大于蓄电池20的电压时，发电机G会持续对蓄电池20充电，直至蓄电池20充满。同时，处于工作状态的发电机G也会对超级电容30进行第二充电操作，所述第二充电操作为：控制单元42控制第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2断开，此时，发电机G的负极通过第一开关K1连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，发电机G的正极通过第三开关K3以及直流-直流稳压器41与超级电容30的正极连接，超级电容30的负极连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，使得发电机G可以向超级电容30进行第二充电操作。其中，由于发电机G和超级电容30为电压等级不同的直流电源，因此在发电机G和超级电容30之间需要设置直流-直流稳压器41，以实现不同电压等级的直流电源之间的电能转换。
在本发明实施例中，所述第二充电操作，是发电机按照预设时长向超级电容进行充电，所述预设时长可以是一个固定的时间值，可根据超级电容的实际情况确定，比如：30秒。这是因为超级电容能够存储的电量较少，一般情况下，在较短的时间内就能够充满电量。按照预设时长向超级电容进行充电之后，电源管理单元检测超级电容的当前电压值，若此时超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值，则完成上述第二充电操作，不再对超级电容进行充电，若此时超级电容的当前电压值小于第四预设电压值，则再次按照预设时长向超级电容进行充电，直至超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值。
此外，在检测到超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值之后，可以通过断开第三开关和/或断开直流-直流稳压器，以控制发电机不再对超级电容进行充电。
优选地，所述第四预设电压值可以是一个固定的电压值，可根据整车实际情况确定，比如：5伏特。
可选的，若控制单元检测到车辆的当前状态为智能启动状态或非智能启动状态，即车辆的当前状态为启动状态，进一步的，可以根据蓄电池的荷电状态值和电压值确定合适的复合电源管理***的复合电源管理方法。
具体的，控制单元从EBS获取蓄电池的荷电状态值和电压值，首先判断蓄电池的荷电状态值是否小于或等于预设荷电状态值，若蓄电池的荷电状态值大于预设荷电状态值，则可以确定蓄电池电量充足，可以单独依靠蓄电池存储的电量起动起动机。
参照图1，所述单独依靠蓄电池20存储的电量起动起动机S的过程为：控制单元42控制第二开关K2和第三开关K3断开，第一开关K1闭合，此时，将起动继电器50闭合，则蓄电池20的正极与起动机S的一端连接，蓄电池20的负极与起动机S的另一端连接，且蓄电池20的负极通过第一开关K1连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，从而完成蓄电池20向起动机S提供电能，以起动起动机S，使起动机S处于工作状态，起动机S再驱动发动机M旋转，实现发动机M的起动，从而完成车辆的起动过程。
优选的，所述预设荷电状态值可以是一个固定的荷电状态值，比如：60%。
若蓄电池20的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则可以确定蓄电池20电量不足，单独依靠蓄电池20存储的电量不足以起动起动机S，并完成发动机M的起动，或者在单独依靠蓄电池20起动起动机S时，由于起动车辆所需的电量较大，一方面，会引起蓄电池深度放电，损害蓄电池寿命，另一方面，使车辆上的用电器件由于供电不足而发生休眠或重启。
此时，可进一步判断蓄电池20的电压值是否小于或等于第一预设电压值，若蓄电池20的电压值小于或等于第一预设电压值，则控制单元42控制第一开关K1和第三开关K3断开，第二开关K2闭合，使得蓄电池20和超级电容30串联连接形成复合电源，用以起动起动机S，并在起动过程中向车上部分用电器件供电。从而，不仅可以避免在车辆起动过程中，由于蓄电池深度放电，导致蓄电池寿命下降，还可以使复合电源***具有稳压功能，从而避免在车辆起动过程中，由于蓄电池电压被拉低，导致蓄电池不能向车辆上的用电器件提供正常工作的电能，引起车辆上的用电器件重启的问题。
具体的，蓄电池20的负极通过第二开关K2，连接至超级电容30的正极，超级电容30的负极连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，从而蓄电池20与超级电容30的串联连接，形成复合电源，进一步将起动继电器50闭合，则复合电源向起动机S提供电能，以起动起动机S，使起动机S处于工作状态，起动机S再驱动发动机M旋转，实现发动机M的起动，从而完成车辆的起动过程。
可选的，上述超级电容还可以使用普通铅酸电池或锂电池替换。
优选的，所述第一预设电压值可以是一个固定的电压值，比如：10伏特。
在本发明实施例中，复合电源管理***应用于具有12伏特电源***的车辆中，常用的蓄电池的额定电压为12伏特，超级电容的额定电压为6伏特，而车辆上的用电器件的工作电压范围为6~16伏特，因此在判断蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值的步骤之后，将蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源之前，还需进一步判断蓄电池的电压值是否小于或等于第一预设电压值，若蓄电池的电压值大于第一预设电压值，其中，所述第一预设电压值为10伏特，此时，若将蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，则复合电源的电压值大于16伏特，即复合电源的电压值超出了车辆上的用电器件的工作电压范围，可能会损坏车辆上的用电器件，所述车辆上的用电器件可以包括车上照明、音响、空调等设备，因而在判断蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值的步骤之后，必须进一步确定蓄电池的电压值是否小于或等于第一预设电压值，只有在蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值，才可以将蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，并利用复合电源以起动起动机以及为车上的部分用电器件供电。
可选的，若控制单元检测到车辆的当前状态为制动能量回收状态，进一步的，可以根据超级电容的电压值确定合适的复合电源管理***的复合电源管理方法。
具体的，参照图1，在发动机M的当前状态为制动能量回收状态的情况下，控制单元42可以控制发电机G以最大发电电压向蓄电池20和超级电容30进行充电，此时，由于车辆的发动机M处于制动能量回收状态，为提高回收效率，因而使发电机G以最大发电电压向蓄电池20和超级电容30进行充电，从而降低能源消耗。
此外，在发动机M的当前状态为制动能量回收状态的情况下，发电机G以最大发电电压工作时，发电机G的扭矩是最大的，从而可以起到一定的制动效果。
在本发明实施例中，复合电源管理***应用于具有12伏特电源***的车辆中，常用的蓄电池的额定电压为12伏特，超级电容的额定电压为6伏特，发电机的额定电压为14伏特，发电机的最大发电电压为15伏特。
参照图1，蓄电池20的正极与发电机G的正极连接，蓄电池20的负极与发电机G的负极连接，因而，在发电机G以最大发电电压工作时，且发电机G的工作电压大于蓄电池20的电压时，发电机G会持续对蓄电池20充电，直至蓄电池20充满。同时，以最大发电电压工作的发电机G也会对超级电容30充电，具体过程为：控制单元42控制第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2断开，此时，发电机G的负极通过第一开关K1连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，发电机G的正极通过第三开关K3以及直流-直流稳压器41与超级电容30的正极连接，超级电容30的负极连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，使得发电机G可以向超级电容30以最大发电电压充电。其中，由于发电机G和超级电容30为电压等级不同的直流电源，因此在发电机G和超级电容30之间需要设置直流-直流稳压器41，以实现不同电压等级的直流电源之间的电能转换。
在本发明实施例中，以最大发电电压工作的发电机对超级电容的充电操作，是在车辆一次制动过程中，发电机对超级电容进行持续的充电，由于此时充电电压较小，不会引起超级电容由于过充而***等危险事件，在超级电容充满电之后，会自动停止继续从发电机获取电量，因此，只需要在车辆一次制动结束之后，检测超级电容的当前电压值，若车辆一次制动结束之后超级电容的当前电压值大于或等于第五预设电压值，则完成超级电容的充电过程，车辆下一次制动时，不再对超级电容进行充电，若车辆一次制动结束之后超级电容的当前电压值小于第五预设电压值，则在车辆下一次制动时，发电机继续以最大发电电压工作对超级电容进行充电。
优选地，所述第五预设电压值可以是一个固定的电压值，可根据整车实际情况确定，比如：6伏特。
综上所述，本发明实施例提供的一种复合电源管理***，包括：起动机、蓄电池、超级电容、发动机、发电机和电源管理单元；蓄电池的正极与发电机的正极连接，蓄电池的负极与发电机的负极连接；电源管理单元同时与蓄电池的正极、超级电容的正极、发电机的正极连接；超级电容的负极与车辆的车身搭铁连接；蓄电池的负极通过电源管理单元与车辆的车身搭铁连接；若车辆的当前状态为启动状态，且蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，电源管理单元控制蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，复合电源用于起动所述起动机。本发明实施例中，在发动机处于启动状态时，电源管理单元控制蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，用以起动起动机，进而使发动机在所需的工作状态下运转，完成汽车的起动过程，由于蓄电池和超级电容串联连接，一方面，在起动车辆时，可以避免蓄电池深度放电，使得蓄电池电压不会大幅度下降，从而提高了蓄电池的寿命，并保证了车上用电器件可以正常工作，另一方面，相比于单独利用超级电容起动发动机，本方案中超级电容可以选用较小电压等级的产品，降低了成本。
在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种复合电源管理方法。
参照图2，示出了本发明实施例所述的一种复合电源管理方法的步骤流程图。
步骤101，电源管理单元获取车辆的当前状态。
在本发明实施例中，复合电源管理***支持LIN、CAN及其他通信协议，因此，复合电源管理***中的电源管理单元可以通过发动机ECU和车上其他电器模块的ECU获取车辆的当前状态，发动机ECU通过各种传感器（包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器等）收集发动机的各部分工作状态信息，并对所述发动机的各部分工作状态信息进行分析，从而可以得到发动机各部件功能处于什么样的状态，运行情况如何等信息。
例如，若车辆整车电源模式处于“OFF”模式，且进入整车网络休眠状态，则车辆的当前状态为休眠状态；若车辆整车电源模式处于“ON”模式，且发动机的转速为0转/分钟，则车辆的当前状态为唤醒状态；若车辆通过“汽车一键起动”或转动汽车钥匙起动，则车辆的当前状态为非智能启动状态；发动机ECU通过各种传感器和开关可以采集驾驶员的操作信息（如踩下刹车踏板直至停车），进而判断驾驶员的停车意图，在整车状况满足发动机停机的其他所有判断条件下，发动机熄火，当需要继续行驶时，驾驶员松开刹车踏板，此时发动机立即起动，如果之前已将车辆挡位置于“P”挡，则在车辆挡位置于“D”挡时，发动机立即起动，此时，车辆的当前状态为智能启动状态；若车辆的发动机处于运行状态，则车辆的当前状态为着车状态；若车辆的发动机处于运行状态，车辆制动开关处于闭合状态，且车辆的行驶速度大于0千米/小时，则车辆的当前状态为制动能量回收状态。
步骤102，所述电源管理单元获取蓄电池的荷电状态值和电压值。
在本发明实施例中，复合电源管理***支持LIN、CAN及其他通信协议，因此，复合电源管理***中的电源管理单元可以通过蓄电池EBS获取蓄电池的荷电状态值和电压值等信息，蓄电池EBS体积较小，可以准确的测量和监控蓄电池的温度、电流和电压等各项参数，同时可以计算蓄电池的荷电状态值和剩余时间。
步骤103，若所述车辆的当前状态为启动状态，且所述蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在所述蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，所述电源管理单元将所述蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源。
参照图3，示出了本发明实施例所述的一种非智能启动状态下的复合电源管理方法的步骤流程图。
可选的，参照图3，在本发明实施例的一种实现方式中，步骤103具体可以包括：
子步骤1031，车辆的当前状态是否为非智能启动状态。
在该步骤中，复合电源管理***中的电源管理单元可以通过发动机ECU和车上其他电器模块的ECU获取车辆的当前状态，发动机ECU通过各种传感器（包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器等）收集发动机的各部分工作状态信息，并对所述发动机的各部分工作状态信息进行分析，从而可以得到发动机各部件功能处于什么样的状态，运行情况如何等信息，从而判断车辆的当前状态是否为非智能启动状态。
具体的，若车辆的当前状态为非智能启动状态，则执行子步骤1033，若车辆的当前状态不是非智能启动状态，则执行子步骤1032。
子步骤1032，根据车辆的当前状态，执行其他步骤。
在该步骤中，车辆的当前状态不是非智能启动状态，则根据车辆的当前状态，执行其他步骤。
子步骤1033，蓄电池的荷电状态值是否小于或等于预设荷电状态值。
在该步骤中，控制单元检测到车辆的当前状态为非智能启动状态，即车辆的当前状态为启动状态，根据蓄电池的荷电状态值和电压值确定合适的复合电源管理***的复合电源管理方法。
具体的，控制单元从蓄电池EBS获取蓄电池的荷电状态值，并判断蓄电池的荷电状态值是否小于或等于预设荷电状态值，若蓄电池的荷电状态值大于预设荷电状态值，则执行子步骤1034，若蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则执行子步骤1035。
子步骤1034，蓄电池单独起动起动机。
在该步骤中，控制单元从蓄电池EBS获取蓄电池的荷电状态值，并判断蓄电池的荷电状态值大于预设荷电状态值，则可以确定蓄电池电量充足，可以单独依靠蓄电池存储的电量起动起动机。
优选的，所述预设荷电状态值可以是一个固定的荷电状态值，比如：60%。
参照图1，所述单独依靠蓄电池20存储的电量起动起动机S的过程为：控制单元42控制第二开关K2和第三开关K3断开，第一开关K1闭合，此时，将起动继电器50闭合，则蓄电池20的正极与起动机S的一端连接，蓄电池20的负极与起动机S的另一端连接，且蓄电池20的负极通过第一开关K1连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，从而完成蓄电池20向起动机S提供电能，以起动起动机S，使起动机S处于工作状态，起动机S再驱动发动机M旋转，实现发动机M的起动，从而完成车辆的起动过程。
子步骤1035，蓄电池的电压值是否小于或等于第一预设电压值。
在该步骤中，控制单元从蓄电池EBS获取蓄电池的荷电状态值，并判断蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则可以确定蓄电池电量不足，单独依靠蓄电池存储的电量不足以起动起动机，并完成发动机的起动，或者在单独依靠蓄电池起动起动机时，由于起动车辆所需的电量较大，一方面，会引起蓄电池深度放电，损害蓄电池寿命，另一方面，使车辆上的用电器件由于供电不足而发生休眠或重启。
此时，可进一步判断蓄电池的电压值是否小于或等于第一预设电压值，若蓄电池的电压值大于第一预设电压值，则执行子步骤1036，若蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值，则执行子步骤1037。
优选的，所述第一预设电压值可以是一个固定的电压值，比如：10伏特。
子步骤1036，保持该状态，不利用蓄电池和超级电容起动起动机。
在该步骤中，控制单元从蓄电池EBS获取蓄电池的电压值，并判断蓄电池的电压值大于第一预设电压值，则可以说明，此时若将蓄电池和超级电容进行串联连接形成复合电源，并由所述复合电源起动起动机以及为车辆上的用电器件进行供电，则可能导致复合电源的电压值将超出车辆上的用电器件的工作电压范围，从而损坏车辆上的用电器件，所述车辆上的用电器件可以包括车上照明、音响、空调等设备。
在本发明实施例中，复合电源管理***应用于具有12伏特电源***的车辆中，常用的蓄电池的额定电压为12伏特，超级电容的额定电压为6伏特，而车辆上的用电器件的工作电压范围为6~16伏特，因此在判断蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值的步骤之后，将蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源之前，还需进一步判断蓄电池的电压值是否小于或等于第一预设电压值，若蓄电池的电压值大于第一预设电压值，其中，所述第一预设电压值为10伏特，此时，若将蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，则复合电源的电压值大于16伏特，即复合电源的电压值超出了车辆上的用电器件的工作电压范围，可能会损坏车辆上的用电器件，所述车辆上的用电器件可以包括车上照明、音响、空调等设备，因而在判断蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值的步骤之后，必须进一步确定蓄电池的电压值是否小于或等于第一预设电压值，只有在蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值，才可以将蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，并利用复合电源以起动起动机以及为车上的部分用电器件供电。
子步骤1037，第一开关和第三开关断开，第二开关闭合，蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源。
在该步骤中，控制单元从蓄电池EBS获取蓄电池的电压值，并判断蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值，此时，控制单元控制第一开关和第三开关断开，第二开关闭合，使得蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，用以起动起动机，并在起动过程中向车上部分用电器件供电。从而，不仅可以避免在车辆起动过程中，由于蓄电池深度放电，导致蓄电池寿命下降，还可以使复合电源***具有稳压功能，从而避免在车辆起动过程中，由于蓄电池电压被拉低，导致蓄电池不能向车辆上的用电器件提供正常工作的电能，引起车辆上的用电器件重启的问题。
具体的，参照图1，蓄电池20的负极通过第二开关K2，连接至超级电容30的正极，超级电容30的负极连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，从而蓄电池20与超级电容30的串联连接，形成复合电源，进一步将起动继电器50闭合，则复合电源向起动机S提供电能，以起动起动机S，使起动机S处于工作状态，起动机S再驱动发动机M旋转，实现发动机M的起动，从而完成车辆的起动过程。
参照图4，示出了本发明实施例所述的一种智能启动状态下的复合电源管理方法的步骤流程图。
可选的，参照图4，在本发明实施例的另一种实现方式中，步骤103具体可以包括：
子步骤1038，车辆的当前状态是否为智能启动状态。
在该步骤中，复合电源管理***中的电源管理单元可以通过发动机ECU和车上其他电器模块的ECU获取车辆的当前状态，发动机ECU通过各种传感器（包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器等）收集发动机的各部分工作状态信息，并对所述发动机的各部分工作状态信息进行分析，从而可以得到发动机各部件功能处于什么样的状态，运行情况如何等信息，从而判断车辆的当前状态为非智能启动状态。
具体的，若车辆的当前状态为智能启动状态，则执行子步骤10310，若车辆的当前状态不是智能启动状态，则执行子步骤1039。
子步骤1039，根据车辆的当前状态，执行其他步骤。
在该步骤中，车辆的当前状态不是智能启动状态，则根据车辆的当前状态，执行其他步骤。
子步骤10310，蓄电池的荷电状态值是否小于或等于预设荷电状态值。
在该步骤中，控制单元检测到车辆的当前状态为智能启动状态，即车辆的当前状态为启动状态，根据蓄电池的荷电状态值和电压值确定合适的复合电源管理***的复合电源管理方法。
具体的，控制单元从蓄电池EBS获取蓄电池的荷电状态值，并判断蓄电池的荷电状态值是否小于或等于预设荷电状态值，若蓄电池的荷电状态值大于预设荷电状态值，则执行子步骤10311，若蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则执行子步骤10312。
子步骤10311，蓄电池单独起动起动机。
该步骤具体可以参照上述子步骤1034，此处不再赘述。
子步骤10312，蓄电池的电压值是否小于或等于第一预设电压值。
该步骤具体可以参照上述子步骤1035，此处不再赘述。
子步骤10313，保持该状态，不利用蓄电池和超级电容起动起动机。
该步骤具体可以参照上述子步骤1036，此处不再赘述。
子步骤10314，第一开关和第三开关断开，第二开关闭合，蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源。
该步骤具体可以参照上述子步骤1037，此处不再赘述。
步骤104，所述电源管理单元通过所述复合电源起动所述起动机。
可选的，参照图3，在本发明实施例的一种实现方式中，步骤104具体可以包括：
子步骤1041，通过所述复合电源起动所述起动机。
在该步骤中，采用由蓄电池和超级电容构成的复合电源，向起动机提供电能，以起动起动机，使起动机处于工作状态，起动机再驱动发动机旋转，实现发动机的起动，从而完成车辆的起动过程。
子步骤1042，发动机是否起动。
在该步骤中，复合电源管理***中的电源管理单元可以通过发动机ECU获取发动机的各种工作状态参数，从而判断发动机是否起动，例如，当发动机的转速大于预设转速时，即可判断发动机起动。
进一步的，若发动机起动，则执行子步骤1043，若发动机没有起动，则重复执行子步骤1031。
子步骤1043，起动过程结束，第二开关断开，第一开关闭合。
在该步骤中，发动机已经起动，即起动过程结束，因而控制电源管理单元可以控制第一开关闭合，第二开关和第三开关断开，使蓄电池和超级电容之间断开连接，并停止向起动机提供电能。
可选的，参照图4，在本发明实施例的另一种实现方式中，步骤104具体可以包括：
子步骤1044，通过所述复合电源起动所述起动机。
在该步骤中，采用由蓄电池和超级电容构成的复合电源，向起动机提供电能，以起动起动机，使起动机处于工作状态，起动机再驱动发动机旋转，实现发动机的起动，从而完成车辆的起动过程。
子步骤1045，发动机是否起动。
在该步骤中，复合电源管理***中的电源管理单元可以通过发动机ECU获取发动机的各种工作状态参数，从而判断发动机是否起动，例如，当发动机的转速大于预设转速时，即可判断发动机起动。
进一步的，若发动机起动，则执行子步骤1046，若发动机没有起动，则执行子步骤1047。
子步骤1046，起动过程结束，第二开关断开，第一开关闭合。
在该步骤中，发动机已经起动，即起动过程结束，因而控制电源管理单元可以控制第一开关闭合，第二开关和第三开关断开，使蓄电池和超级电容之间断开连接，并停止向起动机提供电能。
子步骤1047，执行非智能起动过程
在该步骤中，发动机没有起动，因而电源管理单元执行如图3所述的非智能起动过程。
综上所述，本发明实施例提供的一种复合电源管理方法，包括：起动机、蓄电池、超级电容、发动机、发电机和电源管理单元；蓄电池的正极与发电机的正极连接，蓄电池的负极与发电机的负极连接；电源管理单元同时与蓄电池的正极、超级电容的正极、发电机的正极连接；超级电容的负极与车辆的车身搭铁连接；蓄电池的负极通过电源管理单元与车辆的车身搭铁连接；若车辆的当前状态为启动状态，且蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，电源管理单元控制蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，复合电源用于起动所述起动机。本发明实施例中，在发动机处于启动状态时，电源管理单元控制蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，用以起动起动机，进而使发动机在所需的工作状态下运转，完成汽车的起动过程，由于蓄电池和超级电容串联连接，一方面，在起动车辆时，可以避免蓄电池深度放电，使得蓄电池电压不会大幅度下降，从而提高了蓄电池的寿命，并保证了车上用电器件可以正常工作，另一方面，相比于单独利用超级电容起动发动机，本方案中超级电容可以选用较小电压等级的产品，降低了成本。
参照图5，示出了本发明实施例所述的另一种复合电源管理方法的步骤流程图。
步骤201，电源管理单元获取车辆的当前状态。
该步骤具体可以参照上述步骤101。
需要说明的是，若车辆的当前状态为启动状态，则在步骤202之后，执行步骤203，若车辆的当前状态为唤醒状态，则在步骤202之后，执行步骤205，若车辆的当前状态为着车状态，则在步骤202之后，执行步骤208，若车辆的当前状态为制动能量回收状态，则在步骤201之后，执行步骤211。
步骤202，所述电源管理单元获取蓄电池的荷电状态值和电压值。
该步骤具体可以参照上述步骤102，此处不再赘述。
步骤203，若所述车辆的当前状态为启动状态，且所述蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在所述蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，所述电源管理单元将所述蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源。
该步骤具体可以参照上述步骤103，此处不再赘述。
步骤204，所述电源管理单元通过所述复合电源起动所述起动机。
该步骤具体可以参照上述步骤104，此处不再赘述。
步骤205，若所述车辆的当前状态为唤醒状态，且所述超级电容的电压值小于第二预设电压值，则在所述蓄电池的电压值大于或等于第三预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池按照预设时长，向所述超级电容进行第一充电操作。
参照图6，示出了本发明实施例所述的一种唤醒状态下的复合电源管理方法的步骤流程图。
可选的，参照图6，步骤205具体可以包括：
子步骤2051，车辆的当前状态是否为唤醒状态。
在该步骤中，复合电源管理***中的电源管理单元可以通过发动机ECU和车上其他电器模块的ECU获取车辆的当前状态，发动机ECU通过各种传感器（包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器等）收集发动机的各部分工作状态信息，并对所述发动机的各部分工作状态信息进行分析，从而可以得到发动机各部件功能处于什么样的状态，运行情况如何等信息，从而判断车辆的当前状态是否为唤醒状态。
具体的，若车辆的当前状态为唤醒状态，则执行子步骤2053，若车辆的当前状态不是唤醒状态，则执行子步骤2052。
子步骤2052，根据车辆的当前状态，执行其他步骤。
在该步骤中，车辆的当前状态不是唤醒状态，则根据车辆的当前状态，执行其他步骤。
子步骤2053，超级电容的电压值是否小于第二预设电压值。
在该步骤中，控制单元检测到车辆的当前状态为唤醒状态，根据蓄电池的电压值和超级电容的电压值确定合适的复合电源管理***的复合电源管理方法。
具体的，电源管理单元中的控制单元从超级电容获取超级电容的电压值，并判断超级电容的电压值是否小于第二预设电压值，若超级电容的电压值小于第二预设电压值，则执行子步骤2054，若超级电容的电压值大于第二预设电压值，则执行子步骤2056。
子步骤2054，蓄电池的电压值是否大于或等于第三预设电压值。
在该步骤中，超级电容的电压值小于第二预设电压值，则可以确定此时超级电容存储的电量较少，需要进行充电。
进一步的，电源管理单元中的控制单元从蓄电池EBS获取蓄电池的电压值，并判断蓄电池的电压值是否大于或等于第三预设电压值，若蓄电池的电压值大于或等于第三预设电压值，则执行子步骤2055，若蓄电池的电压值小于第三预设电压值，则执行子步骤2056。
子步骤2055，第一开关和第三开关闭合，第二开关断开，蓄电池按照预设时长，向超级电容进行第一充电操作。
在该步骤中，超级电容的电压值小于第二预设电压值，且蓄电池的电压值大于或等于第三预设电压值，此时控制单元可以控制蓄电池向超级电容进行第一充电操作。这是由于发动机处于唤醒状态时，蓄电池虽然不用提供能量来起动车辆，但需要向车辆上此时处于工作状态的用电器件提供能量，例如，当发动机处于唤醒状态时，车上照明、音响、空调等设备还需要一定的能量来维持工作状态，此时蓄电池处于电量被不断消耗的过程中，因而在检测到发动机处于唤醒状态之后，如果蓄电池的电量充足（即蓄电池的电压值大于或等于第三预设电压值），且超级电容的电量不足（即超级电容的电压值小于第二预设电压值），则控制单元可以控制蓄电池按照预设时长，向超级电容进行第一充电操作，避免蓄电池的电量被车辆上的用电器件过多消耗，首先保证超级电容具有足够的电量以起动车辆。
优选地，所述第二预设电压值可以是一个固定的电压值，可根据整车实际情况确定，比如：4伏特，所述第三预设电压值也可以是一个固定的电压值，可根据整车实际情况确定，比如：12.4伏特。
参照图1，所述第一充电操作为：控制单元42控制第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2断开，此时，蓄电池20的负极通过第一开关K1连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，蓄电池20的正极通过第三开关K3以及直流-直流稳压器41与超级电容30的正极连接，超级电容30的负极连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，使得蓄电池20可以向超级电容30进行第一充电操作。其中，由于蓄电池20和超级电容30为电压等级不同的直流电源，因此在蓄电池20和超级电容30之间需要设置直流-直流稳压器41，以实现不同电压等级的直流电源之间的电能转换。
在本发明实施例中，所述第一充电操作，是蓄电池按照预设时长向超级电容进行充电，所述预设时长可以是一个固定的时间值，可根据超级电容的实际情况确定，比如：30秒。这是因为超级电容能够存储的电量较少，一般情况下，在较短的时间内就能够充满电量。
进一步的，电源管理单元控制蓄电池按照预设时长，向所述超级电容进行第一充电操作之后，执行步骤206。
子步骤2056，保持该状态，不对超级电容进行第一充电操作。
在该步骤中，由于子步骤2053中确定了超级电容的电压值大于或等于第二预设电压值，则可以确定此时超级电容存储的电量较多，不需要进行充电，因而保持该状态，不对超级电容进行第一充电操作。
或者，由于子步骤2054中确定了蓄电池的电量不足（即蓄电池的电压值小于第三预设电压值），则可以确定此时蓄电池存储的电量不足以对超级电容进行第一充电操作，因而保持该状态，不对超级电容进行第一充电操作。
或者，由于子步骤2071中确定了超级电容的当前电压值大于或等于第二预设电压值，则可以确定此时超级电容的电量已经充满，因而保持该状态，不对超级电容进行第一充电操作。
步骤206，所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值。
在该步骤中，电源管理单元控制蓄电池按照预设时长，向超级电容进行充电之后，电源管理单元检测超级电容的当前电压值，以判断此时是否继续使用蓄电池按照预设时长，向超级电容进行第一充电操作。
进一步的，若此时超级电容的当前电压值大于或等于第二预设电压值，则执行步骤207，若此时超级电容的当前电压值小于第二预设电压值，则再次按照预设时长向超级电容进行充电，直至超级电容的当前电压值大于或等于第二预设电压值。
步骤207，所述电源管理单元在所述超级电容的当前电压值大于或等于第二预设电压值的情况下，完成所述第一充电操作。
可选的，参照图6，步骤207具体可以包括：
子步骤2071，超级电容的当前电压值是否大于或等于第二预设电压值。
在该步骤中，电源管理单元中的控制单元从超级电容获取超级电容的当前电压值，并判断超级电容的电压值是否大于或等于第二预设电压值，若超级电容的电压值大于或等于第二预设电压值，则执行子步骤2056，若超级电容的电压值小于第二预设电压值，则重复执行子步骤2051。
步骤208，若所述车辆的当前状态为着车状态，则所述电源管理单元控制发电机按照预设时长，向所述超级电容进行第二充电操作。
参照图7，示出了本发明实施例所述的一种着车状态下的复合电源管理方法的步骤流程图。
可选的，参照图7，步骤208具体可以包括：
子步骤2081，车辆的当前状态是否为着车状态。
在该步骤中，复合电源管理***中的电源管理单元可以通过发动机ECU和车上其他电器模块的ECU获取车辆的当前状态，发动机ECU通过各种传感器（包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器等）收集发动机的各部分工作状态信息，并对所述发动机的各部分工作状态信息进行分析，从而可以得到发动机各部件功能处于什么样的状态，运行情况如何等信息，从而判断车辆的当前状态是否为唤醒状态。
具体的，若车辆的当前状态为着车状态，则执行子步骤2083，若车辆的当前状态不是唤醒状态，则执行子步骤2082。
子步骤2082，根据车辆的当前状态，执行其他步骤。
在该步骤中，车辆的当前状态不是唤醒状态，则根据车辆的当前状态，执行其他步骤。
子步骤2083，第一开关和第三开关闭合，第二开关断开，发电机按照预设时长，向超级电容进行第二充电操作
在该步骤中，在电源管理单元检测到车辆的当前状态为着车状态的情况下，控制单元可以控制发电机向超级电容进行第二充电操作，此时，由于车辆的发动机处于运行状态，发动机可以带动发电机运转，使发电机处于工作状态，因而处于工作状态的发电机对超级电容进行充电，此外，处于工作状态的发电机也可以对蓄电池进行充电。
参照图1，蓄电池20的正极与发电机G的正极连接，蓄电池20的负极与发电机G的负极连接，因而，在发电机G处于工作状态，且发电机G的工作电压大于蓄电池20的电压时，发电机G会持续对蓄电池20充电，直至蓄电池20充满。同时，处于工作状态的发电机G也会对超级电容30进行第二充电操作，所述第二充电操作为：控制单元42控制第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2断开，此时，发电机G的负极通过第一开关K1连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，发电机G的正极通过第三开关K3以及直流-直流稳压器41与超级电容30的正极连接，超级电容30的负极连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，使得发电机G可以向超级电容30进行第二充电操作。其中，由于发电机G和超级电容30为电压等级不同的直流电源，因此在发电机G和超级电容30之间需要设置直流-直流稳压器41，以实现不同电压等级的直流电源之间的电能转换。
在本发明实施例中，所述第二充电操作，是发电机按照预设时长向超级电容进行充电，所述预设时长可以是一个固定的时间值，可根据超级电容的实际情况确定，比如：30秒。这是因为超级电容能够存储的电量较少，一般情况下，在较短的时间内就能够充满电量。
步骤209，所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值。
在该步骤中，电源管理单元控制发电机按照预设时长，向超级电容进行第二充电操作之后，电源管理单元检测超级电容的当前电压值，以判断此时是否继续使用发电机按照预设时长，向超级电容进行第二充电操作。
步骤210，所述电源管理单元在所述超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值的情况下，完成所述第二充电操作。
在该步骤中，若超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值，则说明此时超级电容的电量已经充满，执行子步骤2102，完成上述第二充电操作，不再对超级电容进行第二充电操作。
进一步的，在检测到超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值之后，可以通过断开第三开关和/或断开直流-直流稳压器，以控制发电机不再对超级电容进行第二充电操作。
若超级电容的当前电压值小于第四预设电压值，则重复执行子步骤2081，在确定车辆的当前状态为着车状态的情况下，再次按照预设时长向超级电容进行第二充电操作，直至超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值。
步骤211，若所述车辆的当前状态为制动能量回收状态，则所述电源管理单元控制发电机以最大发电电压发电，并向所述蓄电池和所述超级电容充电。
参照图8，示出了本发明实施例所述的一种制动能量回收状态下的复合电源管理方法的步骤流程图。
可选的，参照图8，步骤211具体可以包括：
子步骤2111，车辆的当前状态是否为制动能量回收状态。
在该步骤中，复合电源管理***中的电源管理单元可以通过发动机ECU和车上其他电器模块的ECU获取车辆的当前状态，发动机ECU通过各种传感器（包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器等）收集发动机的各部分工作状态信息，并对所述发动机的各部分工作状态信息进行分析，从而可以得到发动机各部件功能处于什么样的状态，运行情况如何等信息，从而判断车辆的当前状态是否为唤醒状态。
具体的，若车辆的当前状态为制动能量回收状态，则执行子步骤2113，若车辆的当前状态不是唤醒状态，则执行子步骤2112。
子步骤2112，根据车辆的当前状态，执行其他步骤。
在该步骤中，车辆的当前状态不是唤醒状态，则根据车辆的当前状态，执行其他步骤。
子步骤2113，第一开关和第三开关闭合，第二开关断开，发电机以最大发电电压向蓄电池和超级电容进行充电。
在该步骤中，在电源管理单元检测到车辆的当前状态为制动能量回收状态的情况下，可以根据超级电容的电压值确定合适的复合电源管理***的复合电源管理方法。
具体的，在车辆的当前状态为制动能量回收状态的情况下，控制单元可以控制发电机以最大发电电压向蓄电池和超级电容进行充电，此时，由于车辆的发动机处于制动能量回收状态，为提高车辆的回收效率，使发电机以最大发电电压向蓄电池和超级电容进行充电，从而降低能源消耗。
此外，在发动机M的当前状态为制动能量回收状态的情况下，发电机G以最大发电电压工作时，发电机的扭矩是最大的，从而可以起到一定的制动效果。
在本发明实施例中，复合电源管理***应用于具有12伏特电源***的车辆中，常用的蓄电池的额定电压为12伏特，超级电容的额定电压为6伏特，发电机的额定电压为14伏特，发电机的最大发电电压为15伏特。
参照图1，蓄电池20的正极与发电机G的正极连接，蓄电池20的负极与发电机G的负极连接，因而，在发电机G以最大发电电压工作时，且发电机G的工作电压大于蓄电池20的电压时，发电机G会持续对蓄电池20充电，直至蓄电池20充满。同时，以最大发电电压工作的发电机G也会对超级电容30充电，具体过程为：控制单元42控制第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2断开，此时，发电机G的负极通过第一开关K1连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，发电机G的正极通过第三开关K3以及直流-直流稳压器41与超级电容30的正极连接，超级电容30的负极连接至车身的金属薄板上，即与车身搭铁连接，实现接地，使得发电机G可以向超级电容30以最大发电电压充电。其中，由于发电机G和超级电容30为电压等级不同的直流电源，因此在发电机G和超级电容30之间需要设置直流-直流稳压器41，以实现不同电压等级的直流电源之间的电能转换。
子步骤2114，制动过程是否结束。
在本发明实施例中，以最大发电电压工作的发电机对超级电容的充电操作，是在车辆一次制动过程中，发电机对超级电容进行持续的充电，由于此时充电电压较小，不会引起超级电容由于过充而***等危险事件，在超级电容充满电之后，会自动停止继续从发电机获取电量，因此，只需要在车辆一次制动结束之后，检测超级电容的当前电压值，若车辆一次制动结束之后超级电容的当前电压值大于或等于第五预设电压值，则完成超级电容的充电过程，车辆下一次制动时，不再对超级电容进行充电，若车辆一次制动结束之后超级电容的当前电压值小于第五预设电压值，则在车辆下一次制动时，发电机继续以最大发电电压工作对超级电容进行充电。
在该步骤中，电源管理单元可以根据车辆的行驶速度或是否检测到油门信号等确定制动过程是否结束，例如，当车辆的行驶速度小于或等于预设速度值时，就可以判断制动过程结束，所述预设速度值可以为5千米/小时，也可以在检测到油门信号时，判断制动过程结束。
具体的，若确定制动过程结束，则执行子步骤2115，若确定制动过程并未结束，则重复执行子步骤2113。
子步骤2115，所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值。
在该步骤中，在制动过程结束之后，电源管理单元检测超级电容的当前电压值，以判断下一次制动过程中是否继续使用发电机以最大发电电压，向超级电容进行充电。
子步骤2116，超级电容的当前电压值是否大于或等于第五预设电压值。
在该步骤中，若超级电容的当前电压值大于或等于第五预设电压值，则说明此时超级电容的电量已经充满，执行子步骤2117，完成对超级电容的充电操作，不再对超级电容进行充电。
进一步的，在检测到超级电容的当前电压值大于或等于第五预设电压值之后，可以通过断开第三开关和/或断开直流-直流稳压器，以控制发电机不再对超级电容进行充电。
若超级电容的当前电压值小于第五预设电压值，则重复执行子步骤2111，在确定车辆的当前状态为制动能量回收状态的情况下，在下一次制动过程中，再次利用发电机以最大发电电压向蓄电池和超级电容进行充电，直至超级电容的当前电压值大于或等于第五预设电压值。
优选地，所述第五预设电压值可以是一个固定的电压值，可根据整车实际情况确定，比如：6伏特。
子步骤2117，下次制动过程不再对超级电容进行充电，仅对蓄电池进行充电。
在该步骤中，在制动过程结束之后，检测到超级电容的当前电压值大于或等于第五预设电压值，则说明此时超级电容的电量已经充满，在下一次制动过程中不再对超级电容进行充电。但是对于蓄电池而言，由于蓄电池在车辆行驶或唤醒状态下，还需要对车辆上的部分用电器件进行供电，因此蓄电池的电量是处于持续消耗的状态中，因此在下一次制动过程中，继续对蓄电池进行充电。
综上所述，本发明实施例提供的一种复合电源管理方法，包括：起动机、蓄电池、超级电容、发动机、发电机和电源管理单元；蓄电池的正极与发电机的正极连接，蓄电池的负极与发电机的负极连接；电源管理单元同时与蓄电池的正极、超级电容的正极、发电机的正极连接；超级电容的负极与车辆的车身搭铁连接；蓄电池的负极通过电源管理单元与车辆的车身搭铁连接；若车辆的当前状态为启动状态，且蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，电源管理单元控制蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，复合电源用于起动所述起动机。本发明实施例中，在发动机处于启动状态时，电源管理单元控制蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源，用以起动起动机，进而使发动机在所需的工作状态下运转，完成汽车的起动过程，由于蓄电池和超级电容串联连接，一方面，在起动车辆时，可以避免蓄电池深度放电，使得蓄电池电压不会大幅度下降，从而提高了蓄电池的寿命，并保证了车上用电器件可以正常工作，另一方面，相比于单独利用超级电容起动发动机，本方案中超级电容可以选用较小电压等级的产品，降低了成本。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种复合电源管理***，应用于一种车辆，其特征在于，所述***包括：
起动机、蓄电池、超级电容、发动机、发电机和电源管理单元；
所述蓄电池的正极与所述发电机的正极连接，所述蓄电池的负极与所述发电机的负极连接；
所述电源管理单元同时与所述蓄电池的正极、所述超级电容的正极、所述发电机的正极连接；所述超级电容的负极与所述车辆的车身搭铁连接；所述蓄电池的负极通过所述电源管理单元与所述车辆的车身搭铁连接；
若所述车辆的当前状态为启动状态，且所述蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在所述蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池和所述超级电容串联连接形成复合电源，所述复合电源用于起动所述起动机；
其中，所述电源管理单元包括第一开关、第二开关、第三开关、直流-直流稳压器和控制单元；
所述第一开关的一端与所述蓄电池的负极连接，另一端与所述车辆的车身搭铁连接；
所述第二开关的一端与所述蓄电池的负极连接，另一端同时与所述超级电容的正极和所述直流-直流稳压器的一端连接；
所述第三开关的一端同时与所述蓄电池的正极和所述发电机的正极连接，另一端与所述直流-直流稳压器的另一端连接；
所述直流-直流稳压器的一端与所述第三开关的另一端连接，另一端同时与所述超级电容的正极和所述第二开关的另一端连接；
所述控制单元用于接收所述超级电容的电压值、所述蓄电池的电压值和荷电状态值、所述车辆的当前状态信号，并控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述直流-直流稳压器的闭合或断开。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：
若所述车辆的当前状态为制动能量回收状态，则所述电源管理单元控制所述发电机以最大发电电压发电，并向所述蓄电池和所述超级电容充电。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：
若所述车辆的当前状态为唤醒状态，且所述超级电容的电压值小于第二预设电压值，则在所述蓄电池的电压值大于或等于第三预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池按照预设时长，向所述超级电容进行第一充电操作；
所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值；
所述电源管理单元在所述超级电容的当前电压值大于或等于所述第二预设电压值的情况下，完成所述第一充电操作。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：
若所述车辆的当前状态为着车状态，则所述电源管理单元控制所述发电机按照预设时长，向所述超级电容进行第二充电操作；
所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值；
所述电源管理单元在所述超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值的情况下，完成所述第二充电操作。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述若所述车辆的当前状态为启动状态，且所述蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在所述蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池和所述超级电容串联连接形成复合电源，所述复合电源用于起动所述起动机的步骤，包括：
所述电源管理单元控制所述第一开关和所述第三开关断开，所述第二开关闭合，使得所述蓄电池和所述超级电容串联连接形成所述复合电源。
6.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述若所述车辆的当前状态为制动能量回收状态，则所述电源管理单元控制所述发电机以最大发电电压发电，并向所述蓄电池和所述超级电容充电的步骤，包括：
所述电源管理单元控制所述第二开关断开，所述第一开关闭合，使得所述发电机以所述最大发电电压向所述蓄电池充电；
所述电源管理单元控制所述第三开关闭合，使得所述发电机以所述最大发电电压向所述超级电容充电。
7.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述若所述车辆的当前状态为唤醒状态，且所述超级电容的电压值小于第二预设电压值，则在所述蓄电池的电压值大于或等于第三预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池按照预设时长，向所述超级电容进行第一充电操作的步骤，包括：
所述电源管理单元控制所述第二开关断开，所述第一开关闭合，使得所述蓄电池的负极与所述车辆的车身搭铁连接；
所述电源管理单元控制所述第三开关闭合，使得所述蓄电池按照所述预设时长，向所述超级电容进行所述第一充电操作。
8.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述若所述车辆的当前状态为着车状态，则所述电源管理单元控制所述发电机按照预设时长，向所述超级电容进行第二充电操作的步骤，包括：
所述电源管理单元控制所述第二开关断开，所述第一开关闭合，使得所述发电机向所述蓄电池充电；
所述电源管理单元控制所述第三开关闭合，使得所述发电机按照所述预设时长，向所述超级电容进行所述第二充电操作。
9.一种复合电源管理方法，应用于权利要求1至8任一项所述的复合电源管理***，其特征在于，所述方法包括：
电源管理单元获取车辆的当前状态；
所述电源管理单元获取蓄电池的荷电状态值和电压值；
若所述车辆的当前状态为启动状态，且所述蓄电池的荷电状态值小于或等于预设荷电状态值，则在所述蓄电池的电压值小于或等于第一预设电压值的情况下，所述电源管理单元将所述蓄电池和超级电容串联连接形成复合电源；
所述电源管理单元通过所述复合电源起动起动机；
其中，所述电源管理单元包括第一开关、第二开关、第三开关、直流-直流稳压器和控制单元；
所述第一开关的一端与所述蓄电池的负极连接，另一端与所述车辆的车身搭铁连接；
所述第二开关的一端与所述蓄电池的负极连接，另一端同时与所述超级电容的正极和所述直流-直流稳压器的一端连接；
所述第三开关的一端同时与所述蓄电池的正极和所述发电机的正极连接，另一端与所述直流-直流稳压器的另一端连接；
所述直流-直流稳压器的一端与所述第三开关的另一端连接，另一端同时与所述超级电容的正极和所述第二开关的另一端连接；
所述控制单元用于接收所述超级电容的电压值、所述蓄电池的电压值和荷电状态值、所述车辆的当前状态信号，并控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述直流-直流稳压器的闭合或断开。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述获取车辆的当前状态的步骤之后，所述方法还包括：
若所述车辆的当前状态为制动能量回收状态，则所述电源管理单元控制发电机以最大发电电压发电，并向所述蓄电池和所述超级电容充电。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述获取蓄电池的荷电状态值和电压值的步骤之后，所述方法还包括：
若所述车辆的当前状态为唤醒状态，且所述超级电容的电压值小于第二预设电压值，则在所述蓄电池的电压值大于或等于第三预设电压值的情况下，所述电源管理单元控制所述蓄电池按照预设时长，向所述超级电容进行第一充电操作；
所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值；
所述电源管理单元在所述超级电容的当前电压值大于或等于所述第二预设电压值的情况下，完成所述第一充电操作。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述获取蓄电池的荷电状态值和电压值的步骤之后，所述方法还包括：
若所述车辆的当前状态为着车状态，则所述电源管理单元控制发电机按照预设时长，向所述超级电容进行第二充电操作；
所述电源管理单元获取所述超级电容的当前电压值；
所述电源管理单元在所述超级电容的当前电压值大于或等于第四预设电压值的情况下，完成所述第二充电操作。
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| GR01 | Patent grant | ||
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