純電動汽車低壓蓄電池管理邏輯分析

劉尚達(dá)

(吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132200)

0 引言

在能源緊張環(huán)境問題不斷加劇的今天，發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為節(jié)能減排發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要途徑。相比于傳統(tǒng)汽車而言，純電動汽車的電氣化程度更高，涉及到很多新的知識領(lǐng)域，隨著純電動汽車市場保有量的增加，許多使用中的問題逐漸凸顯，例如最常見的低壓蓄電池保養(yǎng)問題，因為獨特的管理邏輯，困擾著很多純電動汽車用戶。

1 低壓系統(tǒng)管理邏輯簡介

純電動汽車的電氣系統(tǒng)由高壓和低壓兩部分組成，高壓電氣系統(tǒng)主要用來給驅(qū)動電機(jī)以及PTC加熱器、電動空調(diào)壓縮機(jī)等大功率用電器供電，主要電力來源為高壓動力電池；低壓電氣系統(tǒng)則主要用于給汽車的小功率用電器(比如娛樂系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、各種控制器等)供電，電力來源為低壓蓄電池。高壓電氣系統(tǒng)和低壓電氣系統(tǒng)的聯(lián)接是 DC/DC轉(zhuǎn)換器，在純電動汽車處于啟動或者充電狀態(tài)時，低壓蓄電池由高壓電氣系統(tǒng)通過 DC/DC 轉(zhuǎn)換器降壓來實現(xiàn)充電。通常可分為四種狀態(tài)：交流慢充狀態(tài)、直流快充狀態(tài)、動力電池上電狀態(tài)、未啟動狀態(tài)，充電控制邏輯如下。

1.1 交流慢充狀態(tài)

當(dāng)慢充插頭與車輛對接后，慢充CC(充電槍插入信號)就會激活整車控制器VCU，VCU同時激活電池管理系統(tǒng)BMS和DC/DC轉(zhuǎn)換器，BMS控制慢充系統(tǒng)給動力電池充電；同時DC/DC轉(zhuǎn)換器通電后也會給低壓蓄電池充電。

1.2 直流快充狀態(tài)

當(dāng)快充插頭與車輛對接后，快充CC(充電槍插入信號)就會激活整車控制器VCU，VCU同時激活電池管理系統(tǒng)BMS和DC/DC轉(zhuǎn)換器，BMS控制快充系統(tǒng)給動力電池充電；同時，DC/DC通電后就會給低壓蓄電池充電。

1.3 動力電池上電狀態(tài)

當(dāng)車輛啟動動力電池上電后，IGN電源信號就會激活整車控制器VCU，VCU同時激活電池管理系統(tǒng)BMS和DC/DC轉(zhuǎn)換器，BMS會控制動力電池通過DC/DC轉(zhuǎn)換器降壓后給低壓蓄電池充電。

1.4 車輛未啟動狀態(tài)

當(dāng)車輛長時間停放后，經(jīng)常會出現(xiàn)低壓蓄電池虧電的現(xiàn)象，導(dǎo)致車輛無法啟動，這種情況需要駕駛員輔助操作，對于不熟悉電動汽車的車主來說通常不知道如何處理，如果處理方法有誤，還有可能損傷電池，帶來不必要的額外損失，是困擾駕駛員的主要問題也是本文闡述的重點。

車輛長時間放置后，整車控制器VCU休眠，定時計數(shù)器正常計時，當(dāng)定時器到達(dá)設(shè)定時間后，喚醒VCU，VCU采集低壓蓄電池電壓并與設(shè)定的電壓值比較。當(dāng)采集到的低壓蓄電池電壓低于設(shè)定的閾值時，VCU繼續(xù)檢測有無IGN電源信號及充電喚醒信號。如果檢測到IGN電源信號或充電喚醒信號，則VCU進(jìn)入常規(guī)喚醒，低壓蓄電池通過上述三種情況進(jìn)行常規(guī)充電，并將定時器清零。如果VCU沒有檢測到IGN電源信號或充電喚醒信號則激活電池管理系統(tǒng)BMS及DC/DC轉(zhuǎn)換器，BMS檢測動力電池SOC信息，若SOC滿足充電要求，則開始為低壓蓄電池充電。同時VCU持續(xù)檢測DC/DC交互信息，當(dāng)?shù)蛪盒铍姵爻錆M后，VCU發(fā)送指令停止高壓供電，關(guān)閉BMS及DC/DC轉(zhuǎn)換器，定時器清零并重新計時，VCU進(jìn)入休眠狀態(tài)。

2 低壓鐵電池管理實例

以比亞迪車系為例詳細(xì)解釋低壓電池的充電邏輯。比亞迪采用獨有的啟動型鐵電池及電池管理器(以下簡稱鐵電池)，具有如下功能：1)對于電子控制系統(tǒng)來說，未進(jìn)入超低功耗情況下，鐵電池是電子控制裝置的不間斷電源。2)對于混合動力車型，啟動時，鐵電池向啟動系統(tǒng)單獨供電，BMS控制MOS管電路，低壓極柱不影響整車電壓。3)當(dāng)發(fā)電機(jī)和DC/DC降壓輸出不足時，由鐵電池輔助向用電設(shè)備供電。4)鐵電池還可以吸收電路中的瞬時過高壓，保持汽車電器系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，保護(hù)電子元件。5)鐵電池故障報警功能，當(dāng)鐵電池故障報警時，儀表上故障指示燈點亮(常亮)，同時顯示“請檢查低壓電池系統(tǒng)”。6)智能充電和超低功耗功能，在OFF、ACC、ON擋位時，當(dāng)鐵電池BMS監(jiān)測到自身SOC過低時，控制吸合OFF擋充電繼電器，同時給動力電池BMS發(fā)送充電請求信號，動力電池BMS接收并檢測判定后吸合放電主接觸器，發(fā)送“放電允許”信號給DC/DC轉(zhuǎn)化器，DC/DC轉(zhuǎn)換器判斷自身無故障后給鐵電池進(jìn)行智能充電。當(dāng)鐵電池BMS收到動力電池BMS“放電不允許”信號時，鐵電池BMS不再給動力電池BMS發(fā)送充電請求信號，鐵電池BMS切斷低壓回路，即斷開整車電源，進(jìn)入超低功耗狀態(tài)。 BMS切斷電源進(jìn)入超低功耗狀態(tài)后，只保留電池SOC檢測功能和駕駛側(cè)車門微動開關(guān)監(jiān)測功能，當(dāng)檢測到開關(guān)信號有效后喚醒，恢復(fù)供電。

但智能充電系統(tǒng)并不是萬無一失的，因低壓蓄電池虧電導(dǎo)致車輛無法啟動情況也時有發(fā)生，解決方法如下。

區(qū)別于傳統(tǒng)汽車對于裝配了低壓鐵電池的新能源車型(如秦、唐、秦EV、 e5等)，遇到整車無法上電問題，且執(zhí)行了按左前門外把手上微動開關(guān)(黑色按鈕)操作仍然無法喚醒的情況時， 為了保護(hù)電芯和用戶使用安全，不可冒然使用外接蓄電池對火。應(yīng)首先檢查低壓鐵電池實際狀態(tài)找到故障原因，然后再根據(jù)具體情況判定采取哪種處理措施。

比亞迪新能源汽車配備了兩種類型的低壓鐵電池，混合動力車型低壓鐵電池是三個極柱，分別用于啟動發(fā)動機(jī)的啟動極柱、用于給整車低壓電器供電的低壓極柱和負(fù)極柱，直接用萬用表測量啟動極柱和負(fù)極之間的電壓為低壓鐵電池電壓；純電動車型低壓鐵電池只有正、負(fù)兩個極柱，鐵電池內(nèi)部由電芯和模塊兩部分組成，其中電芯由4節(jié)磷酸鐵鋰電池單體串聯(lián)而成。而模塊部分則是LBMS系統(tǒng)，與動力電池管理器系統(tǒng)一樣，具有電壓、電流和溫度監(jiān)測功能，存在異常狀態(tài)會觸發(fā)故障報警功能，當(dāng)鐵電池故障報警時，儀表上的故障指示燈點亮，同時顯示“請檢查低壓電池系統(tǒng)”若智能充電失效，低壓鐵電池有可能切斷整車電源[1]。無法上電時正極柱沒有輸出電壓值，需要使用萬用表測量低壓鐵電池BK50插頭的電池端6號腳和負(fù)極之間的電壓。

3 常見故障解決辦法

3.1 低壓鐵電池電壓測量值低于7.5 V

無論混動車型還是純電動車型， 低壓鐵電池電壓測量值低于7.5 V時，不可以直接使用外接蓄電池對火， 需更換低壓鐵電池。

低壓鐵電池電壓測量值在7.5 V及以上時，針對混動車型需短接K68插頭蓄電池端4號腳和負(fù)極，若短接后測量低壓極柱和負(fù)極有電壓，且電壓值和啟動極柱與負(fù)極之間電壓測量值一致，可確認(rèn)只是進(jìn)入了超低功耗模式，那么低壓鐵電池還可以繼續(xù)使用，建議盡快啟動車輛為低壓鐵電池充電。其他情況則可能是低壓電池管理系統(tǒng)內(nèi)部器件損壞， 需更換低壓鐵電池。

3.2 低壓鐵電池電壓測量低于高于7.5 V

電壓在7.5 V及以上時，針對秦EV、 e5等純電動車型低壓鐵電池管理器，存在以下三種情況需要排查：

1)判定是否進(jìn)入了超低功耗模式(一般測試電壓在12.4 V左右，對應(yīng)最低單節(jié)是3.1 V)。短接BK50插頭電池端6號腳和負(fù)極，短接后可聽到繼電器吸合的“咔噠”聲，若短接后測量正、負(fù)極柱間有電壓且大于12 V，則低壓鐵電池只是進(jìn)入了超低功耗模式，還可以繼續(xù)使用，建議盡快啟動車輛為低壓鐵電池充電。

2)判定是否進(jìn)入了過放保護(hù)模式(一般測試電壓在9.6 V左右，對應(yīng)最低單節(jié)是2.4 V)。此情形下使用外接蓄電池啟動車輛即可喚醒低壓鐵電池管理器進(jìn)行充電，儀表充電故障指示燈會點亮一會，很快就會熄滅，診斷儀可以讀取到低壓鐵電池相關(guān)數(shù)據(jù)流，此時低壓鐵電池電量比較低， 建議盡快啟動車輛為低壓鐵電池充電。

3)其他情況。按以上步驟排查后，其他情況則可能是低壓電池管理系統(tǒng)內(nèi)部器件損壞， 需更換低壓鐵電池。

4 電池管理系統(tǒng)檢測方法

如果懷疑問題出在電池管理系統(tǒng)，可基本歸類為三種故障類型：1)DC/DC轉(zhuǎn)換器對于整車控制器的信息反饋，顯示整車控制器處于故障狀態(tài)；2)蓄電池端電壓采集傳感器異常情況；3)DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出電路出現(xiàn)異常[2]。可按如下方式進(jìn)行確認(rèn)，首先使用解碼儀調(diào)取相關(guān)故障碼，具體說明如表1。

表1 故障碼列表

調(diào)取故障碼后可進(jìn)一步進(jìn)行端子檢查確定結(jié)果：拔下電池管理器K68連接器，測量線束端連接器各端子間電壓或電阻，具體針腳號及測量正常值如表2。

表2 測量值對照表

5 總結(jié)

綜上所述，新能源汽車的低壓蓄電池?fù)碛幸惶讓ｉT的管理系統(tǒng)，針對不同的電池狀態(tài)采取專門的應(yīng)對辦法，只有準(zhǔn)確檢測低壓蓄電池的實際狀態(tài)，才能精準(zhǔn)解決問題，提高車輛使用壽命。

(05)