一種新能源汽車蓄電瓶智能防虧電系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

曹冬梅，黃海龍，陳林林，湯瑞生，蔡欣榮

一種新能源汽車蓄電瓶智能防虧電系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

曹冬梅，黃海龍，陳林林，湯瑞生，蔡欣榮

（成都工業(yè)學(xué)院，四川 成都 611730）

針對(duì)新能源汽車較傳統(tǒng)燃油車有更多的常電控制器，而引起的長(zhǎng)時(shí)間停放容易造成蓄電瓶虧電，車輛無法啟動(dòng)的問題，文章提出了一種蓄電瓶智能防虧電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)蓄電瓶電流，運(yùn)用安時(shí)積分實(shí)時(shí)計(jì)算蓄電瓶電量，電量不足時(shí)啟動(dòng)車輛為蓄電瓶補(bǔ)電并實(shí)現(xiàn)滿電停充，從而實(shí)現(xiàn)蓄電瓶的智能防虧電。

新能源汽車；蓄電瓶；電量

引言

調(diào)查顯示，汽車蓄電甁“沒電了”的原因90%以上均是放任蓄電甁電量虧進(jìn)而未采取任何措施所引起，如城市開車走走停停啟動(dòng)頻繁、停車時(shí)未關(guān)大燈或車內(nèi)電器以及車輛長(zhǎng)時(shí)間停放不用等。也許你細(xì)心從來不會(huì)發(fā)生這些問題，但一般蓄電瓶的使用壽命一般在2-3年，有時(shí)僅靠目測(cè)來判斷電池電量既不方便不可靠，我們無法預(yù)測(cè)電池什么時(shí)候會(huì)出故障或報(bào)廢，一旦出現(xiàn)問題卻會(huì)引起大麻煩，給駕駛者帶來諸多不便。

隨著能源危機(jī)的加劇和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，新能源電動(dòng)車以其節(jié)能環(huán)保的突出優(yōu)勢(shì)，越來越受到汽車廠商和消費(fèi)者的重視[1]。然而新能源汽車較傳統(tǒng)燃油車增加了更多的常電控制器，例如微控制單元MCU、電池管理系統(tǒng)BMS、車載終端TBOX、整車控制器VCU等，長(zhǎng)時(shí)間停放，電動(dòng)車更容易出現(xiàn)蓄電瓶虧電，車輛無法啟動(dòng)的狀況。本文以新能源汽車蓄電瓶電量為研究對(duì)象，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)和計(jì)算蓄電瓶電量，設(shè)計(jì)一個(gè)智能防虧電系統(tǒng)。

1 現(xiàn)狀分析

目前針對(duì)汽車的蓄電瓶虧電主要采用的被動(dòng)幫電的方式解決，即蓄電瓶虧電無法啟動(dòng)后，使用外部電源為蓄電瓶幫電，再啟動(dòng)車輛為蓄電瓶充電，該方法操作比較繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。有研究者對(duì)蓄電瓶防虧電進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)如專利“一種汽車電瓶防虧電智能系統(tǒng)”[2]和“一種預(yù)防蓄電池虧電的控制系統(tǒng)和控制方法”[3]等專利均通過實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電瓶電壓，在虧電狀態(tài)下按固定時(shí)間進(jìn)行充電，沒有考慮充電過程中易受溫度等外界因素影響，也未考慮檢測(cè)誤差與信息傳遞時(shí)出現(xiàn)的時(shí)滯問題，造成蓄電瓶實(shí)際充電量不同，形成蓄電瓶電量仍不足或僅夠維持較短時(shí)間的正常工作的情況，繼而造成蓄電瓶反復(fù)充電問題。

不管是目前所采用的主流被動(dòng)幫電方法，或者是通過電壓判斷電池電量高低后進(jìn)行補(bǔ)電，這些方式都不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電瓶狀態(tài)，無法在蓄電瓶電量或電壓較低時(shí)提前為蓄電瓶補(bǔ)電，還可能會(huì)出現(xiàn)虧電或電量高時(shí)進(jìn)行補(bǔ)電，也無法確保蓄電瓶每次充電均充滿，這就會(huì)造成直流轉(zhuǎn)直流電源交換器DCDC頻繁啟動(dòng)，影響DCDC和蓄電瓶的壽命。而新能源汽車蓄電瓶面臨著更容易虧電的問題，所以針對(duì)新能源汽車蓄電瓶的智能防虧電系統(tǒng)具有較大的研究和開發(fā)價(jià)值。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包括蓄電瓶能量管理控制器、蓄電瓶、電流傳感器、直流轉(zhuǎn)直流電源交換器DCDC、動(dòng)力電池、整車控制器VCU、電池管理系統(tǒng)BMS。蓄電瓶能量管理控制器、VCU、BMS、DCDC通過CAN網(wǎng)絡(luò)相連。動(dòng)力電池通過高壓線與DCDC輸入端相連，DCDC地輸出端與蓄電瓶正負(fù)極相連，蓄電瓶負(fù)極安裝電流傳感器，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)工作流程

停車休眠狀態(tài)時(shí)，所安裝的電流傳感器將實(shí)時(shí)采集蓄電瓶電流，蓄電池能量管理控制器則通過安時(shí)積分法計(jì)算蓄電瓶電量，如果低于安全閾值則輸出高電平喚醒VCU，VCU發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，喚醒CAN網(wǎng)絡(luò)上BMS和DCDC。蓄電瓶能量管理控制器將蓄電瓶電量信息、BMS將動(dòng)力電池的信息、DCDC將其狀態(tài)信息通過CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給VCU，若蓄電瓶電量低于安全閾值，動(dòng)力電池?zé)o故障允許放電，DCDC準(zhǔn)備好，VCU則向DCDC發(fā)送啟動(dòng)充電指令。當(dāng)蓄電瓶電量為100%或動(dòng)力電池不允許放電或DCDC未準(zhǔn)備好，則停止DCDC充電，系統(tǒng)主要工作流程如圖2所示。此外還可通過蓄電瓶的電壓范圍，確定蓄電瓶的電壓平臺(tái)，以確定蓄電瓶啟動(dòng)充電的電壓值。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

3 結(jié)語

新能源汽車較傳統(tǒng)燃油車有更突出的蓄電瓶虧電問題，本文在對(duì)新能源汽車蓄電瓶目前所使用的防虧電方式以及防虧電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出了新能源汽車蓄電瓶智能防虧電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該方案能夠自動(dòng)檢測(cè)蓄電瓶電流，實(shí)時(shí)計(jì)算蓄電瓶的電量，自動(dòng)識(shí)別蓄電瓶電壓平臺(tái)，蓄電瓶電壓或電量過低時(shí)，啟動(dòng)車輛為蓄電瓶補(bǔ)電并根據(jù)充電電流、電瓶電量判斷蓄電瓶是否滿電，若滿電則自動(dòng)停止補(bǔ)電，能夠有效解決新能源汽車蓄電瓶虧電問題。

[1] 陳向國.新能源汽車市場(chǎng)整體向好[J].節(jié)能與環(huán)保,2020(Z1):24-25.

[2] 陳俊兵,盛旺,李建剛,陳一軍.一種汽車電瓶防虧電智能系統(tǒng).中國, CN106114232A[P]. 2016.

[3] 劉方勇;李劍波;王尚俊;吳江平.一種預(yù)防蓄電池虧電的控制系統(tǒng)和控制方法.中國,CN108081983A[P].2017.

[4] 徐尖峰,張穎,甄玉,曹久鶴.基于安時(shí)積分法的電池SOC估算[J].汽車實(shí)用技術(shù),2018(18):9-11+23.

A New Energy Vehicle Battery Intelligent Anti-loss System Design*

Cao Dongmei, Huang Hailong, Chen Linlin, Tang Ruisheng, Cai Xinrong

( Chengdu Technological University, Sichuan Chengdu 611730 )

Compared with traditional fuel vehicles, new energy vehicles have more constant-electric controllers, which may cause the battery to lose power and the vehicle cannot start. This paper presents an intelligent battery power loss prevention system, which can automatically detect the battery current and calculate the battery power by ampere-hour integration in real time. When the battery is low, start the vehicle to recharge the battery and stop charging when the battery is full. So as to prevent the battery from losing power intelligently.

New energy vehicle; Battery; Electricquantity

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.003

U469.7

A

1671-7988(2021)04-09-02

U469.7

A

1671-7988(2021)04-09-02

曹冬梅（1989—），女，碩士，助教，就職于成都工業(yè)學(xué)院。研究方向：電機(jī)控制。

四川省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：S202011116081）。