淺析一種新能源汽車低壓蓄電池智能補(bǔ)電系統(tǒng)方案設(shè)計

周曉兵， 吳 文， 楊希志

（浙江吉利新能源商用車集團(tuán)有限公司， 浙江 杭州 311228）

新能源汽車是全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、 綠色發(fā)展的主要方向， 也是中國汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。 隨著新能源汽車智能化、 網(wǎng)聯(lián)化高速發(fā)展， 大量高新技術(shù)在汽車上廣泛應(yīng)用， 如無線充電、 遠(yuǎn)程啟動及操控、 輔助自動駕駛、 大數(shù)據(jù)檢測監(jiān)控、 動力電池管理等。 較傳統(tǒng)車而言，新能源汽車停車存放時靜態(tài)電流大， 更容易出現(xiàn)低壓蓄電池饋電問題。 本文設(shè)計出了一種低壓電池智能補(bǔ)電系統(tǒng)方案， 確保車輛長時間停放不虧電， 能夠有效解決新能源汽車非蓄電池本身品質(zhì)虧電問題。

1 新能源汽車智能補(bǔ)電系統(tǒng)的必要性

1.1 新能源汽車靜態(tài)電流

靜態(tài)電流又稱為暗電流或寄生電流， 一般稱為靜態(tài)電流， 指的是車輛在鎖車且沒有使用的條件下整車進(jìn)入睡眠狀態(tài)消耗的電流。 汽車之所以產(chǎn)生靜態(tài)電流主要有以下原因。

1） 電子控制單元為了保持?jǐn)?shù)據(jù)記憶功能的需要， 例如座椅、 后視鏡位置記憶功能、 娛樂系統(tǒng)播放記憶功能、 空調(diào)風(fēng)向風(fēng)速設(shè)定功能等。

2） 故障診斷需要， 為了快速解決車輛故障， 控制單元識別故障原因并以故障代碼的形式儲存在控制器內(nèi)。

3） 車輛防盜需要， 車輛防盜需要一些傳感器、 攝像頭、 記錄儀持續(xù)供電， 以保證車輛時刻處于監(jiān)控設(shè)防狀態(tài)。

4） 遠(yuǎn)程控制需要， 如遠(yuǎn)程鎖車、 開空調(diào)等功能， 整車BCM、 TBOX、 AC等相關(guān)控制器處于待機(jī)喚醒狀態(tài)。

5） 新能源汽車特有故障信息上傳需要， 根據(jù)國家法規(guī)需要， 需實(shí)時將故障信息上傳到國家或公司監(jiān)控平臺。

6） 車輛低壓電池自放電， 蓄電池因自身內(nèi)阻的存在，本身會有一定的自放電電流， 如整車不長時間存放， 可忽略。

正因?yàn)檫@些電流的存在， 又無法避免， 大部分主機(jī)廠會將整車靜態(tài)電流作為整車SSTS重要驗(yàn)收指標(biāo)， 嚴(yán)格控制整車靜態(tài)電流。 表1為吉利某款新能源商用車車型控制單元靜態(tài)電流分配表。

表1 吉利某款新能源商用車車型控制單元靜態(tài)電流分配表

1.2 網(wǎng)絡(luò)誤喚醒

隨著新能源汽車智能化、 網(wǎng)聯(lián)化的高速發(fā)展， 越來越多的控制器系統(tǒng)應(yīng)用在汽車上， 對整車上的高壓線、 低壓線布置要求越來越高， 車輛對電磁干擾EMC要求越來越高。 在一些特定環(huán)境下， 往往會偶發(fā)整車在下電休眠的情況下， 車輛上控制器收到一些外界干擾信號被誤喚醒，整車網(wǎng)絡(luò)不休眠導(dǎo)致車輛低壓電池虧電而使車輛無法整車啟動的現(xiàn)象。

綜上， 由于新能源汽車較傳統(tǒng)汽車存在更大的靜態(tài)電流且更容易受外界EMC干擾， 車輛在停放狀態(tài)下更容易虧電。 為此， 本文設(shè)計一種自動監(jiān)控整車低壓電池SOC、 自動給蓄電池進(jìn)行充電的智能補(bǔ)電系統(tǒng)方案， 用來解決車輛在停放狀態(tài)下的電池虧電問題。

2 低壓電池智能補(bǔ)電系統(tǒng)

智能補(bǔ)電系統(tǒng)是車輛在鎖車下電后， 通過遠(yuǎn)程信息處理控制器TBOX定時監(jiān)控低壓電池端電壓。 當(dāng)電池電壓低于設(shè)定閾值時， TBOX向整車控制器VCU發(fā)出補(bǔ)電需求， VCU根據(jù)車身控制模塊BCM反饋的車門狀態(tài)及駕駛室鎖止?fàn)顟B(tài)來判斷是否符合智能補(bǔ)電條件。 如符合， VCU給動力電池控制器BMS及直流轉(zhuǎn)換器DCDC發(fā)出使能命令， 整車上高壓，DCDC給低壓電池進(jìn)行智能補(bǔ)電。 VCU根據(jù)車門狀態(tài)、 駕駛室鎖止?fàn)顟B(tài)、 動力電池充電狀態(tài)及低壓電池容量狀態(tài)等信息來判斷退出智能補(bǔ)電。 圖1為智能補(bǔ)電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

圖1 智能補(bǔ)電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2.1 TBOX定期喚醒電池狀態(tài)檢測

車輛停車下電鎖車， 整車網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入休眠狀態(tài)后， TBOX開始計時， 每6h自醒一次， 檢測低壓蓄電池端電壓狀態(tài)，如電壓高于智能補(bǔ)電設(shè)定閾值， TBOX繼續(xù)休眠； 如此時電池端電壓低于設(shè)定閥值， TBOX向VCU發(fā)出智能補(bǔ)電請求。如圖2所示。

圖2 流程圖1

2.2 低壓電池設(shè)定閾值選定

TBOX供電電源采樣精度在正0~0.3V的情況下， 選取的智能補(bǔ)電電壓閾值要能夠滿足環(huán)境溫度在-30~60℃下， 啟動智能補(bǔ)電時， 電池SOC控制在20%~60%之間。 如表2所示。

表2 一款12V65Ah電池不同溫度下SOC與靜置端電壓關(guān)系表

2.3 4門、駕駛室鎖止（或兩蓋）狀態(tài)檢測

OFF 擋 狀 態(tài) 下， BCM 通 過GW 轉(zhuǎn) 發(fā)4 門、 駕 駛 室 鎖 止（或 兩 蓋） 狀 態(tài) 輸 入 至VCU， VCU 收 到4 門、 駕 駛 室 鎖 止（或兩蓋） 狀態(tài)的信號時， 允許進(jìn)入智能補(bǔ)電。 在智能補(bǔ)電過程中， 若VCU檢測到4門、 駕駛室鎖止 （或兩蓋） 打開，則退出智能補(bǔ)電。 如圖3所示。

圖3 流程圖2

2.4 上高壓及使能DCDC

如果達(dá)到需要補(bǔ)電條件， VCU通過CAN網(wǎng)絡(luò)喚醒BMS和DCDC后， 執(zhí)行整車正常上高壓流程， 上高壓完成后，VCU發(fā)信號使能DCDC， 智能補(bǔ)電開始工作， 給12V低壓電池充電。 如圖4所示。

圖4 流程圖3

2.5 動力電池保護(hù)

VCU喚醒BMS后， 若此時檢測到高壓電池SOC低于20%（顯示值） 則不進(jìn)行智能補(bǔ)電。 在智能補(bǔ)電過程中， 若VCU檢測到動力電池SOC低于20%， 則退出智能補(bǔ)電。 如圖5所示。

圖5 流程圖4

2.6 插槍檢測

智能補(bǔ)電過程中， 判斷到插槍充電狀態(tài)時， 結(jié)束智能補(bǔ)電， 切換到充電流程。 如圖6所示。

圖6 流程圖5

2.7 智能補(bǔ)電退出

VCU從上高壓智能補(bǔ)電開始計時， 累計滿2h或根據(jù)DCDC輸出電流小于設(shè)定閾值后， 自動進(jìn)入智能補(bǔ)電退出流程。 如圖7所示。

圖7 流程6

3 結(jié)語

隨著新能源汽車智能化、 網(wǎng)聯(lián)化的高速發(fā)展， 新能源汽車較傳統(tǒng)燃油車更容易引起低壓電池虧電。 本文從引起電池虧電的各種機(jī)理原因進(jìn)行了詳細(xì)分析， 提出了一種新能源汽車低壓電池智能補(bǔ)電系統(tǒng)設(shè)計方案。 該方案通過定時檢測蓄電池端電壓， 識別蓄電池電量狀態(tài)， 如電池處于虧電狀態(tài)， 能夠自動啟動車輛上高壓流程， 使能DCDC給低壓蓄電池進(jìn)行智能補(bǔ)電， 當(dāng)電池充滿電后， 能夠自動停止充電， 有效解決了新能源汽車低壓蓄電池虧電問題。