浅析一种新能源汽车低压蓄电池智能补电系统方案设计

周晓兵， 吴 文， 杨希志

（浙江吉利新能源商用车集团有限公司， 浙江 杭州 311228）

新能源汽车是全球汽车产业转型升级、 绿色发展的主要方向， 也是中国汽车产业高质量发展的战略选择。 随着新能源汽车智能化、 网联化高速发展， 大量高新技术在汽车上广泛应用， 如无线充电、 远程启动及操控、 辅助自动驾驶、 大数据检测监控、 动力电池管理等。 较传统车而言，新能源汽车停车存放时静态电流大， 更容易出现低压蓄电池馈电问题。 本文设计出了一种低压电池智能补电系统方案， 确保车辆长时间停放不亏电， 能够有效解决新能源汽车非蓄电池本身品质亏电问题。

1 新能源汽车智能补电系统的必要性

1.1 新能源汽车静态电流

静态电流又称为暗电流或寄生电流， 一般称为静态电流， 指的是车辆在锁车且没有使用的条件下整车进入睡眠状态消耗的电流。 汽车之所以产生静态电流主要有以下原因。

1） 电子控制单元为了保持数据记忆功能的需要， 例如座椅、 后视镜位置记忆功能、 娱乐系统播放记忆功能、 空调风向风速设定功能等。

2） 故障诊断需要， 为了快速解决车辆故障， 控制单元识别故障原因并以故障代码的形式储存在控制器内。

3） 车辆防盗需要， 车辆防盗需要一些传感器、 摄像头、 记录仪持续供电， 以保证车辆时刻处于监控设防状态。

4） 远程控制需要， 如远程锁车、 开空调等功能， 整车BCM、 TBOX、 AC等相关控制器处于待机唤醒状态。

5） 新能源汽车特有故障信息上传需要， 根据国家法规需要， 需实时将故障信息上传到国家或公司监控平台。

6） 车辆低压电池自放电， 蓄电池因自身内阻的存在，本身会有一定的自放电电流， 如整车不长时间存放， 可忽略。

正因为这些电流的存在， 又无法避免， 大部分主机厂会将整车静态电流作为整车SSTS重要验收指标， 严格控制整车静态电流。 表1为吉利某款新能源商用车车型控制单元静态电流分配表。

表1 吉利某款新能源商用车车型控制单元静态电流分配表

1.2 网络误唤醒

随着新能源汽车智能化、 网联化的高速发展， 越来越多的控制器系统应用在汽车上， 对整车上的高压线、 低压线布置要求越来越高， 车辆对电磁干扰EMC要求越来越高。 在一些特定环境下， 往往会偶发整车在下电休眠的情况下， 车辆上控制器收到一些外界干扰信号被误唤醒，整车网络不休眠导致车辆低压电池亏电而使车辆无法整车启动的现象。

综上， 由于新能源汽车较传统汽车存在更大的静态电流且更容易受外界EMC干扰， 车辆在停放状态下更容易亏电。 为此， 本文设计一种自动监控整车低压电池SOC、 自动给蓄电池进行充电的智能补电系统方案， 用来解决车辆在停放状态下的电池亏电问题。

2 低压电池智能补电系统

智能补电系统是车辆在锁车下电后， 通过远程信息处理控制器TBOX定时监控低压电池端电压。 当电池电压低于设定阈值时， TBOX向整车控制器VCU发出补电需求， VCU根据车身控制模块BCM反馈的车门状态及驾驶室锁止状态来判断是否符合智能补电条件。 如符合， VCU给动力电池控制器BMS及直流转换器DCDC发出使能命令， 整车上高压，DCDC给低压电池进行智能补电。 VCU根据车门状态、 驾驶室锁止状态、 动力电池充电状态及低压电池容量状态等信息来判断退出智能补电。 图1为智能补电系统网络拓扑。

图1 智能补电系统网络拓扑

2.1 TBOX定期唤醒电池状态检测

车辆停车下电锁车， 整车网络进入休眠状态后， TBOX开始计时， 每6h自醒一次， 检测低压蓄电池端电压状态，如电压高于智能补电设定阈值， TBOX继续休眠； 如此时电池端电压低于设定阀值， TBOX向VCU发出智能补电请求。如图2所示。

图2 流程图1

2.2 低压电池设定阈值选定

TBOX供电电源采样精度在正0~0.3V的情况下， 选取的智能补电电压阈值要能够满足环境温度在-30~60℃下， 启动智能补电时， 电池SOC控制在20%~60%之间。 如表2所示。

表2 一款12V65Ah电池不同温度下SOC与静置端电压关系表

2.3 4门、驾驶室锁止（或两盖）状态检测

OFF 挡 状 态 下， BCM 通 过GW 转 发4 门、 驾 驶 室 锁 止（或 两 盖） 状 态 输 入 至VCU， VCU 收 到4 门、 驾 驶 室 锁 止（或两盖） 状态的信号时， 允许进入智能补电。 在智能补电过程中， 若VCU检测到4门、 驾驶室锁止 （或两盖） 打开，则退出智能补电。 如图3所示。

图3 流程图2

2.4 上高压及使能DCDC

如果达到需要补电条件， VCU通过CAN网络唤醒BMS和DCDC后， 执行整车正常上高压流程， 上高压完成后，VCU发信号使能DCDC， 智能补电开始工作， 给12V低压电池充电。 如图4所示。

图4 流程图3

2.5 动力电池保护

VCU唤醒BMS后， 若此时检测到高压电池SOC低于20%（显示值） 则不进行智能补电。 在智能补电过程中， 若VCU检测到动力电池SOC低于20%， 则退出智能补电。 如图5所示。

图5 流程图4

2.6 插枪检测

智能补电过程中， 判断到插枪充电状态时， 结束智能补电， 切换到充电流程。 如图6所示。

图6 流程图5

2.7 智能补电退出

VCU从上高压智能补电开始计时， 累计满2h或根据DCDC输出电流小于设定阈值后， 自动进入智能补电退出流程。 如图7所示。

图7 流程6

3 结语

随着新能源汽车智能化、 网联化的高速发展， 新能源汽车较传统燃油车更容易引起低压电池亏电。 本文从引起电池亏电的各种机理原因进行了详细分析， 提出了一种新能源汽车低压电池智能补电系统设计方案。 该方案通过定时检测蓄电池端电压， 识别蓄电池电量状态， 如电池处于亏电状态， 能够自动启动车辆上高压流程， 使能DCDC给低压蓄电池进行智能补电， 当电池充满电后， 能够自动停止充电， 有效解决了新能源汽车低压蓄电池亏电问题。