新能源汽车智能补电系统研究

陈炼松，班定东

（上汽通用五菱汽车股份有限公司广西汽车新四化重点实验室，广西 柳州 545007）

引言

由于石油化工环境导致环境污染等问题，我国正在大力发展新能源汽车产业，截至2020年6月，我国新能源汽车保有量已突破417万辆，占全球新能源汽车保有量的50%左右。预计到2030年，我国新能源汽车保有量将突破8 000万辆。然而新能源汽车停放时间过长，大灯长期未关，车门长期未关好，都会导致低压蓄电池亏电而无法启动车辆。在长期亏电情况下，低压蓄电池容易呈现硫酸盐化，硫酸铅结晶物附着在极板上，会阻塞电离子通道，构成充电缺乏，使得低压蓄电池容量下降。亏电时刻越长，低压蓄电池损坏越严重。目前低压蓄电池亏电情况下，需要人工搭铁才能启动车辆，若低压蓄电池损坏严重，则需要更换低压蓄电池。低压蓄电池亏电最终导致车辆无法正常使用[1]。部分搭载补电功能的新能源汽车通过车辆自身监测低压蓄电池电压，自动使车辆上高压给低压蓄电池补电，此种情况下未考虑到车辆及人员安全，如果车辆正在维修将对维修人员造成人身安全，这种补电系统是一种不安全可靠的自动补电系统。本文研究一种安全的智能补电系统，通过APP等信息提醒用户车辆低压蓄电池亏电，让用户授权车辆远程智能补电，解决低压蓄电池亏电的问题，保证车辆的正常使用。

1 智能补电系统组成

智能补电系统由车端、云平台、用户端三大部分组成。车端包括了车载终端、VCU、BMS、动力蓄电池、高压配电箱、DC-DC、低压蓄电池，其中车载终端负责采集车辆CAN网络上各零部件的数据如低压蓄电池电压等，并通过车载终端内部的无线通信模块将数据上传到云平台，接收来自云平台的补电指令传递给VCU；VCU作为整车控制大脑，监测整车安全的情况下实现补电指令的传递；BMS是动力蓄电池的管理系统，监测动力蓄电池安全的情况下实现补电指令的传递；动力蓄电池作为整车动力输出核心，将电能输送到高压配电箱为各零部件提供电能；高压配电箱接收动力蓄电池的电能合理分配给到各个零部件；DC-DC将高压直流电转换成低压直流电，给低压蓄电池充电；低压蓄电池接收动力蓄电池的充电同时给所用低压用电器供电。云平台获取车辆CAN数据后判断车辆亏电情况，并与用户端、车端进行数据交互。用户端主要是App、微信公众号等形式，由用户操作。智能补电系统框架如图1所示。

2 智能补电系统用户端研究

用户端以APP、微信公众号为主，用户购车并注册账号，实现车辆与账号绑定。当云平台监测到低压蓄电池电压低于设置阈值时触发预警，将给用户发送提示，针对各种情况分为以下七种场景如图2所示。

场景一如下页图3所示，在监测低压蓄电池低于设定阈值，动力蓄电池等零部件及整车无故障、钥匙熄火的情况下，给用户第一次亏电提醒，用户同意补电后，整车再次检测无故障后进行正常补电，同时为了安全提醒用户补电期间整车处于高压状态，不得拆卸车辆零部件进行维修作业，补电时长达到设定值将退出补电，同时对用户作最后的提醒。

场景二如图4所示，在补电期间由于用户启动车辆等情况下非故障补电中断，对用户作钥匙状态的提醒。

场景三如图5所示，在补电期间由于动力蓄电池等零部件及整车故障原因补电中断，将对用户提醒车辆故障需要联系就近维修点进行检查。

场景四如图6所示，用户不同意第一次亏电提醒后，给用户作一个用车提醒，下次用车可能需要人工搭铁。然而当低压蓄电池低于一个更低的设定阈值，动力蓄电池等零部件及整车无故障、钥匙熄火的情况下，将给用户作第二次亏电提醒。若用户同意补电，将根据实际情况进入场景一或场景二或场景三，若用户不同意或不理会，将不作第三次亏电提醒。

场景五如图7所示，用户不理会第一次亏电提醒后，给用户作第二次亏电提醒。若用户同意补电，将根据实际情况进入场景一或场景二或场景三，若用户不同意或不理会，将不作第三次亏电提醒。

场景六如图8所示，在整车非故障的情况下由于钥匙状态、整车电量过低等不支持补电，对用户进行提醒。

场景七如图9所示，在整车故障的情况下对用户进行提醒，需要联系就近维修点进行检查。

3 智能补电系统车端研究

由于新能源汽车法规的要求，新能源汽车必须安装远程监控系统，实现对车辆全生命周期远程监控。车载终端是新能源汽车远程监控系统的重要组成部分，主要功能是采集车辆CAN总线上各个车辆零部件发送的动态数据，然后上传到云平台，同时与车辆零部件、云平台进行数据交互。动态数据项根据采集协议进行采集，制定采集协议时除了必须完整的按照GB/T32960的要求，采集整车数据、驱动电机数据、燃料电池数据、发动机数据、车辆位置数据、极值数据、报警数据之外，还需要采集低压蓄电池数据、车身车门数据、车灯数据等等。车载终端采集协议分为国标+企标自定义协议和全企标自定义协议两种协议方式，车企根据自身需求采用不同的采集协议，但是由于新能源汽车法规的要求需要按照国标协议上报数据到国家和地方政府监管平台，所以采用全企标自定义协议采集数据的方式就需要企业云平台将自定义协议的数据转换成国标协议数据上报。车载终端分为单体式车载终端和集成式车载终端，单体式车载终端只有数据采集上传、数据交互的功能，集成式车载终端会集成车机、仪表、网关等功能，车企可根据需求采用不同的车载终端。

车载终端通过定时唤醒功能[2]，唤醒整车各零部件，在补电指令下发车端后，VCU、BMS将分别对整车和动力蓄电池作安全检测，确保安全的前提下将由BMS控制动力蓄电池使整车上高压。直流高压电流经高压配电箱输出到DC-DC，由DC-DC将高压直流电转换成低压直流电并给低压蓄电池充电。

4 智能补电系统云平台研究

云平台作为远程监控系统的重要组成部分，其主要功能有亏电预警[3]和远程唤醒车载终端、指令下发。云平台接收车载终端发送的低压蓄电池电池状态、整车故障状态、动力蓄电池状态、车辆钥匙状态等信息，判断各信息是否满足预设的补电规则；若满足预设的补电规则，则向用户终端发送对应的提醒指令；云平台接收用户端根据提醒指令触发的授权指令，并根据授权指令向车载终端下发远程唤醒指令唤醒车载终端，同时唤醒整车各个零部件，最终实现补电指令的下发。

5 结论

通过远程监控，能够实现对车辆低压蓄电池的电压值进行远程定期监测，有利于实现智能补电，防止低压蓄电池亏电，从而保证车辆正常运行，同时还有利于实现对各类型车辆的低压蓄电池进行统一的管理。而且，只在用户授权情况下才下发补电指令，能够防止高压安全事故。本研究可以预防新能源汽车亏电，对于推广新能源汽车有着积极作用。