商用車動力電池柴暖保溫控制系統(tǒng)設(shè)計

【摘" 要】隨著新能源商用車的發(fā)展，動力電池保溫措施顯得尤為重要。現(xiàn)有的保溫策略缺乏智能控制，無法根據(jù)電池的實際狀態(tài)和環(huán)境條件實時調(diào)整保溫方式和保溫時間，可能導(dǎo)致能源浪費或電池過熱等問題。文章設(shè)計一種動力電池柴暖保溫系統(tǒng)，通過BCM、BMS和VCU協(xié)同工作控制柴暖加熱控制器和水泵的工作，使得在低溫環(huán)境下動力電池處于合適的溫度區(qū)間，減少因溫度變化引起的電池性能下降，從而提高整個車輛的性能和安全。

【關(guān)鍵詞】柴暖保溫；車身域控制器；整車控制器；柴暖加熱控制器

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）03-0048-04

Design of Diesel Heating and Insulation Control System for Commercial Vehicle Power Battery

【Abstract】With the development of new energy commercial vehicles，power battery insulation measures are particularly important. The existing insulation strategy lacks intelligent control，and can not adjust the insulation method and insulation time in real time according to the actual state of the battery and environmental conditions，which may lead to energy waste or battery overheating. In this paper，a kind of power battery thermal insulation system is designed. BCM，BMS and VCU work together to control the heating controller and water pump to make the power battery in a suitable temperature range under low temperature environment，reduce the deterioration of battery performance caused by temperature change，and thus improve the performance and safety of the whole vehicle.

【Key words】wood heating and insulation；body area controller；vehicle controller；wood heating controller

隨著新能源技術(shù)的持續(xù)演進，愈來愈多的商用車開始將新能源電池當(dāng)作動力源。然而，鑒于新能源汽車的動力電池通常對溫度極為敏感，在冬季的低溫環(huán)境中，動力電池的效能往往會遭受影響，通常在-20℃以下，續(xù)航里程便會有顯著的縮減，故而動力電池保溫系統(tǒng)對于低溫環(huán)境下動力電池的性能有著極大的提升作用[1-2]。

現(xiàn)存的動力電池保溫方案，其一為給動力電池組選取保溫性能良好的材料，例如保溫泡沫或者保溫棉，以降低外界低溫對電池的影響[3]，同時維持電池組周邊的密封性，防止冷空氣侵入，此種方式的優(yōu)勢在于成本低廉、操作簡便，然而其缺陷是保溫效果不夠穩(wěn)定，無法實現(xiàn)鋰電池內(nèi)部的溫度均勻；其二是在行車或者充電的過程中對動力電池進行PTC加熱，并且避免在極度寒冷的條件下進行充電，以免影響電池性能，不過這種方式的應(yīng)用場景較為固定，當(dāng)車輛長時間停放于嚴寒環(huán)境下時，電池?zé)o法得到加熱，進而致使電池性能降低[4-5]。

為化解現(xiàn)有動力電池保溫系統(tǒng)存在的問題，本文設(shè)計一種智能化、高效能的動力電池柴暖保溫控制系統(tǒng)。柴暖保溫控制系統(tǒng)借助燃燒換熱的方式對動力電池冷卻液進行加熱，從而達到預(yù)熱動力電池的目的。該系統(tǒng)能夠依據(jù)不同使用條件下的電池狀態(tài)和環(huán)境條件，實時調(diào)節(jié)保溫方式與保溫時間，以確保溫度始終處于動力電池的工作范圍之內(nèi)。

1" 柴暖保溫控制系統(tǒng)方案設(shè)計

本文以某燃電牽引車作為研究對象，設(shè)計一種動力電池柴暖保溫控制系統(tǒng)，柴暖保溫控制系統(tǒng)原理如圖1所示。柴暖保溫翹板開關(guān)未打開時，動力電池保溫由熱管理機組實現(xiàn)，整車如果有加熱需求，冷卻機組工作，VCU控制電子水泵工作；當(dāng)翹板開關(guān)打開后，動力電池保溫由柴暖加熱控制系統(tǒng)實現(xiàn)，VCU通過CAN通信控制柴暖加熱器和水泵工作。

本文采用車身控制器BCM負責(zé)整車的24V低壓配電，低壓環(huán)境下由蓄電池給BCM供電，220V高壓環(huán)境下由集成控制器ICU供電給BCM。柴暖保溫控制系統(tǒng)的供電控制由BCM、整車控制器VCU、電池管理系統(tǒng)BMS和ICU共同完成。VCU負責(zé)柴暖保溫控制系統(tǒng)運行的整體調(diào)度，BMS負責(zé)監(jiān)控電池狀態(tài)，對電池進行智能化管理，BCM作為柴暖保溫控制系統(tǒng)運行的控制與執(zhí)行單元，控制柴暖模式的切換。

2" 柴暖保溫控制系統(tǒng)的控制邏輯

柴暖保溫控制系統(tǒng)分為3個模式：柴暖加熱模式、柴暖休眠模式和柴暖停止模式。在整車停車時，通過柴暖保溫翹板開關(guān)啟動柴暖保溫控制系統(tǒng)給動力電池保溫，從而等車輛啟動時，使電池達到工作所需的溫度范圍。圖2是整車對于柴暖保溫控制系統(tǒng)的供電策略流程圖。當(dāng)整車處于低壓下電狀態(tài)，鑰匙未插入，柴暖保溫翹板開關(guān)按下，進入柴暖加熱模式。在柴暖加熱模式中，當(dāng)BMS監(jiān)測到電池電芯平均溫度大于10℃或者VCU接收到柴暖加熱器故障狀態(tài)，進入柴暖休眠模式；當(dāng)翹板開關(guān)復(fù)位后，進入柴暖停止模式。

2.1" 柴暖加熱模式

BCM采集整車鑰匙插入信號及柴暖保溫控制系統(tǒng)開關(guān)硬線信號。如圖2所示，當(dāng)BCM采集到整車鑰匙插入信號有效時進行車輛正常的上電，不進入柴暖保溫控制；當(dāng)鑰匙插入信號無效且柴暖保溫控制系統(tǒng)開關(guān)有效時，BCM啟動柴暖加熱模式策略，BCM斷開整車所有負載電源，單獨為BMS、VCU、ICU及柴暖加熱控制器供電，并將電池溫度管理系統(tǒng)BTMS的電源斷開，防止BTMS給電池進行散熱。此時BCM接收到VCU發(fā)送的電子水泵開關(guān)打開信號，給水泵供電，水泵運轉(zhuǎn)給柴暖加熱控制器進行散熱。

柴暖加熱控制器接收到VCU發(fā)送的柴暖加熱控制器控制正常輸出時，柴暖加熱控制器工作，在此模式下，BCM接收VCU發(fā)送的柴暖工作狀態(tài)為加熱模式。若收到柴暖工作狀態(tài)為其他模式，則BCM啟動其他相關(guān)策略。

2.2" 柴暖休眠模式

在柴暖加熱模式中時，BMS會實時監(jiān)測電池電芯溫度，VCU通過CAN總線實時與柴暖加熱控制器進行通信，當(dāng)柴暖加熱控制器出現(xiàn)故障或電池電芯溫度大于10℃時，VCU下發(fā)柴暖加熱控制器控制停止輸出的控制命令，并延時5min給BCM發(fā)送電子水泵開關(guān)關(guān)閉信號，BCM隨即給水泵斷電，水泵停止運轉(zhuǎn)。BCM收到VCU發(fā)送的柴暖工作狀態(tài)為休眠模式信號后，則將VCU、BMS、ICU、柴暖加熱控制器的電源斷開，并將休眠指示位置1。

當(dāng)CAN總線收到睡眠應(yīng)答后，整車進入低功耗，此時BCM啟動計時器，計時時間可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境進行標定，默認為2h，計時結(jié)束后，BCM被喚醒，并重新給VCU、BMS、ICU及柴暖加熱控制器供電，系統(tǒng)再次進入柴暖加熱模式。

在柴暖休眠模式，BCM的休眠計時時間內(nèi)，此時若車輛進行如下操作：鑰匙插入、充電、危險報警燈開關(guān)等喚醒源有效，BCM控制系統(tǒng)退出柴暖休眠模式重新進入上電模式。

2.3" 柴暖停止模式

柴暖保溫翹板開關(guān)復(fù)位，BCM停止給柴暖加熱控制器、水泵等部件供電，當(dāng)處于柴暖加熱模式時，按照正常下電流程執(zhí)行，當(dāng)在柴暖休眠模式過程中，直接下電。

3" 軟件測試

3.1" 柴暖加熱模式測試

鑰匙插入，按下柴暖保溫翹板開關(guān)，不進入柴暖模式，測試結(jié)果如圖3a所示，鑰匙未插入，按下柴暖保溫翹板開關(guān)，進入柴暖加熱模式，測試結(jié)果如圖3b所示。圖3中BCM_KeyInsertSts為鑰匙插入狀態(tài)，BCM_In50_Sts為柴暖保溫翹板開關(guān)硬線信號，VCU_DHCU_WorkStatus為柴暖模式狀態(tài)信號。

進入柴暖加熱模式后，為BMS、VCU、ICU及柴暖加熱控制器供電，如圖4所示，BCM_Out2_Sts為VCU狀態(tài)，BCM_Out3_Sts為柴暖加熱控制器狀態(tài)，BCM_Out4_Sts為BMS狀態(tài)，CPDU_Out6_Sts為ICU狀態(tài)。

無論在柴暖加熱、休眠模式中，BCM都禁止對車輛電源擋位進行切換，若誤將鑰匙插入，車輛不會正常上電。若需對車輛進行操作，則需關(guān)閉柴暖保溫系統(tǒng)開關(guān)，BCM控制系統(tǒng)退出柴暖加熱模式，此時再插入鑰匙，車輛進入正常上電進程，否則車輛進入正常休眠進程，如圖5所示，在柴暖加熱模式中，ACC和ON擋硬線信號有效，整車電源擋位狀態(tài)不會改變。

3.2" 柴暖休眠模式測試

當(dāng)電芯平均溫度大于10℃或者柴暖加熱控制器出現(xiàn)故障時，收到柴暖模式狀態(tài)信號為休眠模式，BCM進入柴暖休眠模式。當(dāng)處于柴暖休眠模式時，收到整車喚醒信號，BCM控制系統(tǒng)退出柴暖休眠模式重新進入上電模式。圖6為柴暖休眠模式喚醒測試結(jié)果，圖6e為設(shè)置休眠等待時長12min后喚醒進入上電模式。圖7為進入柴暖休眠模式測試結(jié)果。

3.3" 柴暖加熱水泵控制測試

收到電子水泵開關(guān)信號打開時，BCM控制水泵工作，如圖8所示。

4" 總結(jié)

本文設(shè)計了一種動力電池柴暖保溫控制系統(tǒng)，通過BCM智能化管理，減少非必要負載，實現(xiàn)低功耗喚醒和自動加熱，確保電池保持適當(dāng)溫度，提高整車動力和續(xù)航里程，同時提升經(jīng)濟性。系統(tǒng)通過監(jiān)測電池電芯平均溫度，實時調(diào)整加熱時間，節(jié)約低壓蓄電池電量，降低能耗，保護電池安全，BCM、BMS和VCU協(xié)同工作，根據(jù)電池狀態(tài)、環(huán)境溫度和故障情況自動調(diào)整其工作狀態(tài)，增強系統(tǒng)智能化和自動化水平，為新能源商用車領(lǐng)域的發(fā)展提供技術(shù)支持。

參考文獻

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