电动汽车蓄电池智能充电系统研究

张金军

摘 要：针对电动汽车静态电流大、蓄电池容量小，导致电动汽车安全存放天数短问题。考虑在蓄电池电压低时，由T-BOX在预设时间点唤醒整车CAN网络，检测并对比蓄电池的电压值，判断是否需要进行进行充电，在需要进行充电时，对蓄电池进行充电。

关键词：蓄电池亏电；蓄电池充电、智能充电

1 引言

随着汽车保有量的增加，对能源的消耗将会越来越大，如果不加以节制，将会造成不可逆转的影响。传统的机动车会消耗大量的不可再生能源，产生大量污染气体，并且产生很多噪音。技术的发展促进了电动汽车的发 展，电动汽车可以利用可再生的光能、风能等转换而来的电能，不会产生污染气体，而且噪音小，因此电动汽车得以获得国家的支持从而快速的发展。

由于电动汽车采用了更多的控制模块，静态电流相对于传统汽油车增加了许多，更容易导致汽车的蓄电池亏电。本文针对这一问题，提出在夜间电动车电压低时，由T-BOX在预设时间点唤醒整车CAN网络，检测并对比蓄电池的电压值，判断是否需要进行充电，在需要进行充电时，对蓄电池进行充电。

2 静态电流的产生及计算

1.1 静态电流

静态电流是指车辆处于静止状态，所有用电设备及控制模块处于关闭状态，并已经进入设防状态，整车网络进入休眠时各零部件消耗的电流值。

1.2 静态电流的计算

I静=C20×（90%-20%-1‰×T）÷（T×24）

I静——电动车静态电流值，45mA；

90%——整车下线时，蓄电池的实际容量与额定容量的百分比；

20%——确保车辆正常起动的蓄电池最低实际容量与额定容量的百分比；

1‰——蓄电池一天的自损耗率；

T——储运时间；

C20——蓄电池的20h率额定功率，本电动车为36Ah。

使用以上公式计算出，在某款36AH的蓄电池车型上，静态电流为45mA的情况下，该车型只能停放11天左右，超过11天后去启动车辆有可能会由于蓄电池亏电导致无法开车。

3 智能充电系统的主要组成及作用

该智能充电系统执行机构主要由T-BOX、BCM、VCU、DCDC组成。T-BOX主要是发出充电请求信号，BCM收到请求信号后给整车部分控制模块上电工作，VCU根據上电情况判断是否上高压电，DCDC是上高压之后将动力电池的高压电变换成低压电，给小蓄电池充电及给整车供电，如图一所示。

4 智能充电的实施步骤

本研究方案通过T-BOX每天凌晨2：00唤醒整车CAN网络，检测并对比电压值，判断是否进行智能充电。需要进行智能充电时，T-BOX发送智能充电请求信号，BCM收到后发出智能充电信号给VCU，同时吸合IGN继电器，VCU综合判断是否满足上高压条件，条件满足时整车上高压，进入智能充电模式，充电时间到再下高压，智能充电模式结束。如图二方法流程图所示，具体执行方案如下：

4.1 T-BOX在每天凌晨2：00发出远程唤醒信号唤醒整车CAN网络，BCM检测蓄电池电压，并将检测的电压值通过CAN网络传递给T-BOX。设定夜间凌晨时进行自动充电判断可以减少对车辆使用的影响。

4.2 T-BOX接收到BCM发的电压初始信号，将初始电压锁存，并进行一下综合判断：

4.2.1 点火开关OFF（T-BOX检测自己的ACC电源）。

4.2.2 主驾驶门关闭

4.2.3 副驾驶门关闭

4.2.4 后背门关闭

4.2.5 蓄电池电压x<11.5V。

当以上条件不满足时，进入休眠模式；当以上条件满足时，T-BOX发15上电请求信号（智能充电模式），15电上电请求信号即为IGN上电请求信号。通过上述条件判断汽车是否处于休眠状态且满足蓄电池亏电状态，从而实现在汽车处于休眠状态时，由T-BOX在预设时间点唤醒整车CAN网络，检测并对比蓄电池的电压值，判断是否需要进行充电，在需要进行充电时，对蓄电池进行充电。

4.3 BCM收到IGN上电请求信号，发出IGN上电控制来源信号，并吸合IGN继电器，各系统模块从CAN网络上收到BCM发出的IGN上电控制来源信号后执行以下操作：

4.3.1 空调面板屏蔽鼓风机输出

4.3.2 BCM屏蔽灯光、雨刮输出

4.3.3 仪表、大屏进入“假休眠”模式，屏幕黑屏，扬声器不响。目的是在充电过程中，防止各模块对蓄电池电量的消耗。

4.4 VCU综合判断上高压条件：（1）动力电池SOC>15%；（2）未在充电状态；（3）高压电池连接正常、CAN通讯正常、无高压故障、电池预充成功。当以上条件不满足时进入智能充电失败模式，即VCU发智能充电失败信号，BCM断开IGN继电器，车辆进入休眠状态。当以上条件满足时，VCU上高压，使能DCDC。DCDC转换器将高压电转换成适合蓄电池充电的电压值，为蓄电池充电，见图2。

4.5 使能DCDC不成功，VCU下高压，并发出智能充电失败信号，进入智能充电失败模式；使能DCDC成功，VCU发智能充电成功信号，BCM保持IGN继电器吸合，并开始计时，计时时间根据锁存的初始电压x不同分三个档次：11V≤x<11.5V，充电20min；10.5V≤x<11V，充电40min；x<10.5V，充电60min。

4.6 智能充电计时时间到则智能充电结束，BCM断开IGN继电器，车辆进入休眠状态。

4.7 智能充电计时过程中收到以下信号：（1）解防信号；（2）任意门＼后背门打开；（3）ACC上电，则智能充电结束，BCM断开IGN继电器；

4.8 智能充电计时过程中收到远程空调指令，执行空调开启动作，若空调开启不成功，智能充电模式继续执行；若空调开启成功，切换到现有远程空调流程，执行远程空调过程中高压不切断，VCU停止发智能充电信号，仪表、大屏恢复点亮，空调鼓风机动作，压缩机吸合。远程空调执行过程中，智能充电计时不中断，远程空调结束之后如果智能充电时间未到则继续进入智能充电模式。这种方式可以减少充电对正常的汽车操作的影响，在接收到远程的空调指令时，停止充电而执行远程指令，满足了汽车正常使用目的和在不影响汽车使用同时智能为蓄电池充电。

5 智能充电的测试

此充电方案的研究是在蓄电池低电压状态时，因此首先我们对测试车辆的蓄电池进行自放电到11.2V，约占整个蓄电池电量的18%，电压和电量的对应简图如三。

在到达设定时间时，用PCAN检测整车的CAN网络，检测到T-BOX发出battery charging信号，在设定的其他条件满足时BCM发出了上IGN电信号，整车在ON档，同时VCU发出上高压信号，使能DCDC，上高压成功，DCDC工作开始给小蓄电池充电，按设计要求，此时应该给蓄电池充电20分钟。充电计算过程如下：

蓄电池在满电状态时电量为：

12V×36AH=432瓦时

18%电量时蓄电池电量为

432×18%=77.76瓦时

充电时DCDC的充电电流平均为70A，充20分钟的电量为；

12V×70A×（20÷60）H=280瓦时

充电结束后的电量为：

77.76+280=358瓦时

此时电量占总电量的比率为：

（358÷432）×100%=83%

83%的电量此时对应的电压值根据上表分析约为12.4V。

充电测试结束后用电压表测试此时的蓄电池电压为12.34V，接近理论计算值，能够满足电动车的启动要求。

6 结语

蓄电池是车辆启动的必备条件，无论停放多长时间都必须确保有足够的电量能启动车辆，对于停放时间较长而不用车的，应该定期对蓄电池进行充电。本智能充电方案规避了利用人工启动车辆充电的方式，节省了大量的人力和时间，目前已经在本公司的A0级纯电动SUV车型上批量实现了。

基金项目：安徽省科技重大专项项目：奇瑞全铝车身A0级纯电动SUV研发及产业化（编号16030901035）。

参考文献：

[1]贾鹏.车用蓄电池智能充电系统研究与设计[J]，上海工程技术大学2015.

[2]赵梦伟，李晓华.一种蓄电池随车补充充电装置的设计[J]，汽车维修，2015.

[3]孟佳，李慧.基于DCDC变换器的铅酸蓄电池充电控制方法[J]，长春工业大学学报，2017.