淺析一種新能源汽車低壓蓄電池智能補電系統方案設計

周曉兵， 吳 文， 楊希志

（浙江吉利新能源商用車集團有限公司， 浙江 杭州 311228）

新能源汽車是全球汽車產業轉型升級、 綠色發展的主要方向， 也是中國汽車產業高質量發展的戰略選擇。 隨著新能源汽車智能化、 網聯化高速發展， 大量高新技術在汽車上廣泛應用， 如無線充電、 遠程啟動及操控、 輔助自動駕駛、 大數據檢測監控、 動力電池管理等。 較傳統車而言，新能源汽車停車存放時靜態電流大， 更容易出現低壓蓄電池饋電問題。 本文設計出了一種低壓電池智能補電系統方案， 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虧電問題。

1 新能源汽車智能補電系統的必要性

1.1 新能源汽車靜態電流

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

1） 電子控制單元為了保持數據記憶功能的需要， 例如座椅、 后視鏡位置記憶功能、 娛樂系統播放記憶功能、 空調風向風速設定功能等。

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。

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

4） 遠程控制需要， 如遠程鎖車、 開空調等功能， 整車BCM、 TBOX、 AC等相關控制器處于待機喚醒狀態。

5） 新能源汽車特有故障信息上傳需要， 根據國家法規需要， 需實時將故障信息上傳到國家或公司監控平臺。

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

正因為這些電流的存在， 又無法避免， 大部分主機廠會將整車靜態電流作為整車SSTS重要驗收指標， 嚴格控制整車靜態電流。 表1為吉利某款新能源商用車車型控制單元靜態電流分配表。

表1 吉利某款新能源商用車車型控制單元靜態電流分配表

1.2 網絡誤喚醒

隨著新能源汽車智能化、 網聯化的高速發展， 越來越多的控制器系統應用在汽車上， 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。 在一些特定環境下， 往往會偶發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，整車網絡不休眠導致車輛低壓電池虧電而使車輛無法整車啟動的現象。

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

2 低壓電池智能補電系統

智能補電系統是車輛在鎖車下電后， 通過遠程信息處理控制器TBOX定時監控低壓電池端電壓。 當電池電壓低于設定閾值時， TBOX向整車控制器VCU發出補電需求， VCU根據車身控制模塊BCM反饋的車門狀態及駕駛室鎖止狀態來判斷是否符合智能補電條件。 如符合， VCU給動力電池控制器BMS及直流轉換器DCDC發出使能命令， 整車上高壓，DCDC給低壓電池進行智能補電。 VCU根據車門狀態、 駕駛室鎖止狀態、 動力電池充電狀態及低壓電池容量狀態等信息來判斷退出智能補電。 圖1為智能補電系統網絡拓撲。

圖1 智能補電系統網絡拓撲

2.1 TBOX定期喚醒電池狀態檢測

車輛停車下電鎖車， 整車網絡進入休眠狀態后， TBOX開始計時， 每6h自醒一次， 檢測低壓蓄電池端電壓狀態，如電壓高于智能補電設定閾值， TBOX繼續休眠； 如此時電池端電壓低于設定閥值， TBOX向VCU發出智能補電請求。如圖2所示。

圖2 流程圖1

2.2 低壓電池設定閾值選定

TBOX供電電源采樣精度在正0~0.3V的情況下， 選取的智能補電電壓閾值要能夠滿足環境溫度在-30~60℃下， 啟動智能補電時， 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與靜置端電壓關系表

2.3 4門、駕駛室鎖止（或兩蓋）狀態檢測

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

圖3 流程圖2

2.4 上高壓及使能DCDC

如果達到需要補電條件， VCU通過CAN網絡喚醒BMS和DCDC后， 執行整車正常上高壓流程， 上高壓完成后，VCU發信號使能DCDC， 智能補電開始工作， 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

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

圖5 流程圖4

2.6 插槍檢測

智能補電過程中， 判斷到插槍充電狀態時， 結束智能補電， 切換到充電流程。 如圖6所示。

圖6 流程圖5

2.7 智能補電退出

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

圖7 流程6

3 結語

隨著新能源汽車智能化、 網聯化的高速發展， 新能源汽車較傳統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理原因進行了詳細分析， 提出了一種新能源汽車低壓電池智能補電系統設計方案。 該方案通過定時檢測蓄電池端電壓， 識別蓄電池電量狀態， 如電池處于虧電狀態， 能夠自動啟動車輛上高壓流程， 使能DCDC給低壓蓄電池進行智能補電， 當電池充滿電后， 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。