電動汽車蓄電池智能充電系統研究

張金軍

摘 要：針對電動汽車靜態電流大、蓄電池容量小，導致電動汽車安全存放天數短問題。考慮在蓄電池電壓低時，由T-BOX在預設時間點喚醒整車CAN網絡，檢測并對比蓄電池的電壓值，判斷是否需要進行進行充電，在需要進行充電時，對蓄電池進行充電。

關鍵詞：蓄電池虧電；蓄電池充電、智能充電

1 引言

隨著汽車保有量的增加，對能源的消耗將會越來越大，如果不加以節制，將會造成不可逆轉的影響。傳統的機動車會消耗大量的不可再生能源，產生大量污染氣體，并且產生很多噪音。技術的發展促進了電動汽車的發 展，電動汽車可以利用可再生的光能、風能等轉換而來的電能，不會產生污染氣體，而且噪音小，因此電動汽車得以獲得國家的支持從而快速的發展。

由于電動汽車采用了更多的控制模塊，靜態電流相對于傳統汽油車增加了許多，更容易導致汽車的蓄電池虧電。本文針對這一問題，提出在夜間電動車電壓低時，由T-BOX在預設時間點喚醒整車CAN網絡，檢測并對比蓄電池的電壓值，判斷是否需要進行充電，在需要進行充電時，對蓄電池進行充電。

2 靜態電流的產生及計算

1.1 靜態電流

靜態電流是指車輛處于靜止狀態，所有用電設備及控制模塊處于關閉狀態，并已經進入設防狀態，整車網絡進入休眠時各零部件消耗的電流值。

1.2 靜態電流的計算

I靜=C20×（90%-20%-1‰×T）÷（T×24）

I靜——電動車靜態電流值，45mA；

90%——整車下線時，蓄電池的實際容量與額定容量的百分比；

20%——確保車輛正常起動的蓄電池最低實際容量與額定容量的百分比；

1‰——蓄電池一天的自損耗率；

T——儲運時間；

C20——蓄電池的20h率額定功率，本電動車為36Ah。

使用以上公式計算出，在某款36AH的蓄電池車型上，靜態電流為45mA的情況下，該車型只能停放11天左右，超過11天后去啟動車輛有可能會由于蓄電池虧電導致無法開車。

3 智能充電系統的主要組成及作用

該智能充電系統執行機構主要由T-BOX、BCM、VCU、DCDC組成。T-BOX主要是發出充電請求信號，BCM收到請求信號后給整車部分控制模塊上電工作，VCU根據上電情況判斷是否上高壓電，DCDC是上高壓之后將動力電池的高壓電變換成低壓電，給小蓄電池充電及給整車供電，如圖一所示。

4 智能充電的實施步驟

本研究方案通過T-BOX每天凌晨2：00喚醒整車CAN網絡，檢測并對比電壓值，判斷是否進行智能充電。需要進行智能充電時，T-BOX發送智能充電請求信號，BCM收到后發出智能充電信號給VCU，同時吸合IGN繼電器，VCU綜合判斷是否滿足上高壓條件，條件滿足時整車上高壓，進入智能充電模式，充電時間到再下高壓，智能充電模式結束。如圖二方法流程圖所示，具體執行方案如下：

4.1 T-BOX在每天凌晨2：00發出遠程喚醒信號喚醒整車CAN網絡，BCM檢測蓄電池電壓，并將檢測的電壓值通過CAN網絡傳遞給T-BOX。設定夜間凌晨時進行自動充電判斷可以減少對車輛使用的影響。

4.2 T-BOX接收到BCM發的電壓初始信號，將初始電壓鎖存，并進行一下綜合判斷：

4.2.1 點火開關OFF（T-BOX檢測自己的ACC電源）。

4.2.2 主駕駛門關閉

4.2.3 副駕駛門關閉

4.2.4 后背門關閉

4.2.5 蓄電池電壓x<11.5V。

當以上條件不滿足時，進入休眠模式；當以上條件滿足時，T-BOX發15上電請求信號（智能充電模式），15電上電請求信號即為IGN上電請求信號。通過上述條件判斷汽車是否處于休眠狀態且滿足蓄電池虧電狀態，從而實現在汽車處于休眠狀態時，由T-BOX在預設時間點喚醒整車CAN網絡，檢測并對比蓄電池的電壓值，判斷是否需要進行充電，在需要進行充電時，對蓄電池進行充電。

4.3 BCM收到IGN上電請求信號，發出IGN上電控制來源信號，并吸合IGN繼電器，各系統模塊從CAN網絡上收到BCM發出的IGN上電控制來源信號后執行以下操作：

4.3.1 空調面板屏蔽鼓風機輸出

4.3.2 BCM屏蔽燈光、雨刮輸出

4.3.3 儀表、大屏進入“假休眠”模式，屏幕黑屏，揚聲器不響。目的是在充電過程中，防止各模塊對蓄電池電量的消耗。

4.4 VCU綜合判斷上高壓條件：（1）動力電池SOC>15%；（2）未在充電狀態；（3）高壓電池連接正常、CAN通訊正常、無高壓故障、電池預充成功。當以上條件不滿足時進入智能充電失敗模式，即VCU發智能充電失敗信號，BCM斷開IGN繼電器，車輛進入休眠狀態。當以上條件滿足時，VCU上高壓，使能DCDC。DCDC轉換器將高壓電轉換成適合蓄電池充電的電壓值，為蓄電池充電，見圖2。

4.5 使能DCDC不成功，VCU下高壓，并發出智能充電失敗信號，進入智能充電失敗模式；使能DCDC成功，VCU發智能充電成功信號，BCM保持IGN繼電器吸合，并開始計時，計時時間根據鎖存的初始電壓x不同分三個檔次：11V≤x<11.5V，充電20min；10.5V≤x<11V，充電40min；x<10.5V，充電60min。

4.6 智能充電計時時間到則智能充電結束，BCM斷開IGN繼電器，車輛進入休眠狀態。

4.7 智能充電計時過程中收到以下信號：（1）解防信號；（2）任意門＼后背門打開；（3）ACC上電，則智能充電結束，BCM斷開IGN繼電器；

4.8 智能充電計時過程中收到遠程空調指令，執行空調開啟動作，若空調開啟不成功，智能充電模式繼續執行；若空調開啟成功，切換到現有遠程空調流程，執行遠程空調過程中高壓不切斷，VCU停止發智能充電信號，儀表、大屏恢復點亮，空調鼓風機動作，壓縮機吸合。遠程空調執行過程中，智能充電計時不中斷，遠程空調結束之后如果智能充電時間未到則繼續進入智能充電模式。這種方式可以減少充電對正常的汽車操作的影響，在接收到遠程的空調指令時，停止充電而執行遠程指令，滿足了汽車正常使用目的和在不影響汽車使用同時智能為蓄電池充電。

5 智能充電的測試

此充電方案的研究是在蓄電池低電壓狀態時，因此首先我們對測試車輛的蓄電池進行自放電到11.2V，約占整個蓄電池電量的18%，電壓和電量的對應簡圖如三。

在到達設定時間時，用PCAN檢測整車的CAN網絡，檢測到T-BOX發出battery charging信號，在設定的其他條件滿足時BCM發出了上IGN電信號，整車在ON檔，同時VCU發出上高壓信號，使能DCDC，上高壓成功，DCDC工作開始給小蓄電池充電，按設計要求，此時應該給蓄電池充電20分鐘。充電計算過程如下：

蓄電池在滿電狀態時電量為：

12V×36AH=432瓦時

18%電量時蓄電池電量為

432×18%=77.76瓦時

充電時DCDC的充電電流平均為70A，充20分鐘的電量為；

12V×70A×（20÷60）H=280瓦時

充電結束后的電量為：

77.76+280=358瓦時

此時電量占總電量的比率為：

（358÷432）×100%=83%

83%的電量此時對應的電壓值根據上表分析約為12.4V。

充電測試結束后用電壓表測試此時的蓄電池電壓為12.34V，接近理論計算值，能夠滿足電動車的啟動要求。

6 結語

蓄電池是車輛啟動的必備條件，無論停放多長時間都必須確保有足夠的電量能啟動車輛，對于停放時間較長而不用車的，應該定期對蓄電池進行充電。本智能充電方案規避了利用人工啟動車輛充電的方式，節省了大量的人力和時間，目前已經在本公司的A0級純電動SUV車型上批量實現了。

基金項目：安徽省科技重大專項項目：奇瑞全鋁車身A0級純電動SUV研發及產業化（編號16030901035）。

參考文獻：

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