電動(dòng)汽車蓄電池智能充電系統(tǒng)研究

張金軍

摘 要：針對(duì)電動(dòng)汽車靜態(tài)電流大、蓄電池容量小，導(dǎo)致電動(dòng)汽車安全存放天數(shù)短問(wèn)題。考慮在蓄電池電壓低時(shí)，由T-BOX在預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)喚醒整車CAN網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)并對(duì)比蓄電池的電壓值，判斷是否需要進(jìn)行進(jìn)行充電，在需要進(jìn)行充電時(shí)，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

關(guān)鍵詞：蓄電池虧電；蓄電池充電、智能充電

1 引言

隨著汽車保有量的增加，對(duì)能源的消耗將會(huì)越來(lái)越大，如果不加以節(jié)制，將會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。傳統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車會(huì)消耗大量的不可再生能源，產(chǎn)生大量污染氣體，并且產(chǎn)生很多噪音。技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電動(dòng)汽車的發(fā) 展，電動(dòng)汽車可以利用可再生的光能、風(fēng)能等轉(zhuǎn)換而來(lái)的電能，不會(huì)產(chǎn)生污染氣體，而且噪音小，因此電動(dòng)汽車得以獲得國(guó)家的支持從而快速的發(fā)展。

由于電動(dòng)汽車采用了更多的控制模塊，靜態(tài)電流相對(duì)于傳統(tǒng)汽油車增加了許多，更容易導(dǎo)致汽車的蓄電池虧電。本文針對(duì)這一問(wèn)題，提出在夜間電動(dòng)車電壓低時(shí)，由T-BOX在預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)喚醒整車CAN網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)并對(duì)比蓄電池的電壓值，判斷是否需要進(jìn)行充電，在需要進(jìn)行充電時(shí)，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

2 靜態(tài)電流的產(chǎn)生及計(jì)算

1.1 靜態(tài)電流

靜態(tài)電流是指車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，所有用電設(shè)備及控制模塊處于關(guān)閉狀態(tài)，并已經(jīng)進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)，整車網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入休眠時(shí)各零部件消耗的電流值。

1.2 靜態(tài)電流的計(jì)算

I靜=C20×（90%-20%-1‰×T）÷（T×24）

I靜——電動(dòng)車靜態(tài)電流值，45mA；

90%——整車下線時(shí)，蓄電池的實(shí)際容量與額定容量的百分比；

20%——確保車輛正常起動(dòng)的蓄電池最低實(shí)際容量與額定容量的百分比；

1‰——蓄電池一天的自損耗率；

T——儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間；

C20——蓄電池的20h率額定功率，本電動(dòng)車為36Ah。

使用以上公式計(jì)算出，在某款36AH的蓄電池車型上，靜態(tài)電流為45mA的情況下，該車型只能停放11天左右，超過(guò)11天后去啟動(dòng)車輛有可能會(huì)由于蓄電池虧電導(dǎo)致無(wú)法開(kāi)車。

3 智能充電系統(tǒng)的主要組成及作用

該智能充電系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由T-BOX、BCM、VCU、DCDC組成。T-BOX主要是發(fā)出充電請(qǐng)求信號(hào)，BCM收到請(qǐng)求信號(hào)后給整車部分控制模塊上電工作，VCU根據(jù)上電情況判斷是否上高壓電，DCDC是上高壓之后將動(dòng)力電池的高壓電變換成低壓電，給小蓄電池充電及給整車供電，如圖一所示。

4 智能充電的實(shí)施步驟

本研究方案通過(guò)T-BOX每天凌晨2：00喚醒整車CAN網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)并對(duì)比電壓值，判斷是否進(jìn)行智能充電。需要進(jìn)行智能充電時(shí)，T-BOX發(fā)送智能充電請(qǐng)求信號(hào)，BCM收到后發(fā)出智能充電信號(hào)給VCU，同時(shí)吸合IGN繼電器，VCU綜合判斷是否滿足上高壓條件，條件滿足時(shí)整車上高壓，進(jìn)入智能充電模式，充電時(shí)間到再下高壓，智能充電模式結(jié)束。如圖二方法流程圖所示，具體執(zhí)行方案如下：

4.1 T-BOX在每天凌晨2：00發(fā)出遠(yuǎn)程喚醒信號(hào)喚醒整車CAN網(wǎng)絡(luò)，BCM檢測(cè)蓄電池電壓，并將檢測(cè)的電壓值通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)傳遞給T-BOX。設(shè)定夜間凌晨時(shí)進(jìn)行自動(dòng)充電判斷可以減少對(duì)車輛使用的影響。

4.2 T-BOX接收到BCM發(fā)的電壓初始信號(hào)，將初始電壓鎖存，并進(jìn)行一下綜合判斷：

4.2.1 點(diǎn)火開(kāi)關(guān)OFF（T-BOX檢測(cè)自己的ACC電源）。

4.2.2 主駕駛門(mén)關(guān)閉

4.2.3 副駕駛門(mén)關(guān)閉

4.2.4 后背門(mén)關(guān)閉

4.2.5 蓄電池電壓x<11.5V。

當(dāng)以上條件不滿足時(shí)，進(jìn)入休眠模式；當(dāng)以上條件滿足時(shí)，T-BOX發(fā)15上電請(qǐng)求信號(hào)（智能充電模式），15電上電請(qǐng)求信號(hào)即為IGN上電請(qǐng)求信號(hào)。通過(guò)上述條件判斷汽車是否處于休眠狀態(tài)且滿足蓄電池虧電狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)在汽車處于休眠狀態(tài)時(shí)，由T-BOX在預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)喚醒整車CAN網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)并對(duì)比蓄電池的電壓值，判斷是否需要進(jìn)行充電，在需要進(jìn)行充電時(shí)，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

4.3 BCM收到IGN上電請(qǐng)求信號(hào)，發(fā)出IGN上電控制來(lái)源信號(hào)，并吸合IGN繼電器，各系統(tǒng)模塊從CAN網(wǎng)絡(luò)上收到BCM發(fā)出的IGN上電控制來(lái)源信號(hào)后執(zhí)行以下操作：

4.3.1 空調(diào)面板屏蔽鼓風(fēng)機(jī)輸出

4.3.2 BCM屏蔽燈光、雨刮輸出

4.3.3 儀表、大屏進(jìn)入“假休眠”模式，屏幕黑屏，揚(yáng)聲器不響。目的是在充電過(guò)程中，防止各模塊對(duì)蓄電池電量的消耗。

4.4 VCU綜合判斷上高壓條件：（1）動(dòng)力電池SOC>15%；（2）未在充電狀態(tài)；（3）高壓電池連接正常、CAN通訊正常、無(wú)高壓故障、電池預(yù)充成功。當(dāng)以上條件不滿足時(shí)進(jìn)入智能充電失敗模式，即VCU發(fā)智能充電失敗信號(hào)，BCM斷開(kāi)IGN繼電器，車輛進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)以上條件滿足時(shí)，VCU上高壓，使能DCDC。DCDC轉(zhuǎn)換器將高壓電轉(zhuǎn)換成適合蓄電池充電的電壓值，為蓄電池充電，見(jiàn)圖2。

4.5 使能DCDC不成功，VCU下高壓，并發(fā)出智能充電失敗信號(hào)，進(jìn)入智能充電失敗模式；使能DCDC成功，VCU發(fā)智能充電成功信號(hào)，BCM保持IGN繼電器吸合，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間根據(jù)鎖存的初始電壓x不同分三個(gè)檔次：11V≤x<11.5V，充電20min；10.5V≤x<11V，充電40min；x<10.5V，充電60min。

4.6 智能充電計(jì)時(shí)時(shí)間到則智能充電結(jié)束，BCM斷開(kāi)IGN繼電器，車輛進(jìn)入休眠狀態(tài)。

4.7 智能充電計(jì)時(shí)過(guò)程中收到以下信號(hào)：（1）解防信號(hào)；（2）任意門(mén)＼后背門(mén)打開(kāi)；（3）ACC上電，則智能充電結(jié)束，BCM斷開(kāi)IGN繼電器；

4.8 智能充電計(jì)時(shí)過(guò)程中收到遠(yuǎn)程空調(diào)指令，執(zhí)行空調(diào)開(kāi)啟動(dòng)作，若空調(diào)開(kāi)啟不成功，智能充電模式繼續(xù)執(zhí)行；若空調(diào)開(kāi)啟成功，切換到現(xiàn)有遠(yuǎn)程空調(diào)流程，執(zhí)行遠(yuǎn)程空調(diào)過(guò)程中高壓不切斷，VCU停止發(fā)智能充電信號(hào)，儀表、大屏恢復(fù)點(diǎn)亮，空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)作，壓縮機(jī)吸合。遠(yuǎn)程空調(diào)執(zhí)行過(guò)程中，智能充電計(jì)時(shí)不中斷，遠(yuǎn)程空調(diào)結(jié)束之后如果智能充電時(shí)間未到則繼續(xù)進(jìn)入智能充電模式。這種方式可以減少充電對(duì)正常的汽車操作的影響，在接收到遠(yuǎn)程的空調(diào)指令時(shí)，停止充電而執(zhí)行遠(yuǎn)程指令，滿足了汽車正常使用目的和在不影響汽車使用同時(shí)智能為蓄電池充電。

5 智能充電的測(cè)試

此充電方案的研究是在蓄電池低電壓狀態(tài)時(shí)，因此首先我們對(duì)測(cè)試車輛的蓄電池進(jìn)行自放電到11.2V，約占整個(gè)蓄電池電量的18%，電壓和電量的對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)圖如三。

在到達(dá)設(shè)定時(shí)間時(shí)，用PCAN檢測(cè)整車的CAN網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)到T-BOX發(fā)出battery charging信號(hào)，在設(shè)定的其他條件滿足時(shí)BCM發(fā)出了上IGN電信號(hào)，整車在ON檔，同時(shí)VCU發(fā)出上高壓信號(hào)，使能DCDC，上高壓成功，DCDC工作開(kāi)始給小蓄電池充電，按設(shè)計(jì)要求，此時(shí)應(yīng)該給蓄電池充電20分鐘。充電計(jì)算過(guò)程如下：

蓄電池在滿電狀態(tài)時(shí)電量為：

12V×36AH=432瓦時(shí)

18%電量時(shí)蓄電池電量為

432×18%=77.76瓦時(shí)

充電時(shí)DCDC的充電電流平均為70A，充20分鐘的電量為；

12V×70A×（20÷60）H=280瓦時(shí)

充電結(jié)束后的電量為：

77.76+280=358瓦時(shí)

此時(shí)電量占總電量的比率為：

（358÷432）×100%=83%

83%的電量此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值根據(jù)上表分析約為12.4V。

充電測(cè)試結(jié)束后用電壓表測(cè)試此時(shí)的蓄電池電壓為12.34V，接近理論計(jì)算值，能夠滿足電動(dòng)車的啟動(dòng)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

蓄電池是車輛啟動(dòng)的必備條件，無(wú)論停放多長(zhǎng)時(shí)間都必須確保有足夠的電量能啟動(dòng)車輛，對(duì)于停放時(shí)間較長(zhǎng)而不用車的，應(yīng)該定期對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。本智能充電方案規(guī)避了利用人工啟動(dòng)車輛充電的方式，節(jié)省了大量的人力和時(shí)間，目前已經(jīng)在本公司的A0級(jí)純電動(dòng)SUV車型上批量實(shí)現(xiàn)了。

基金項(xiàng)目：安徽省科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目：奇瑞全鋁車身A0級(jí)純電動(dòng)SUV研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化（編號(hào)16030901035）。

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