新能源汽車智能補(bǔ)電系統(tǒng)研究

陳煉松，班定東

（上汽通用五菱汽車股份有限公司廣西汽車新四化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 柳州 545007）

引言

由于石油化工環(huán)境導(dǎo)致環(huán)境污染等問題，我國(guó)正在大力發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)，截至2020年6月，我國(guó)新能源汽車保有量已突破417萬輛，占全球新能源汽車保有量的50%左右。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)新能源汽車保有量將突破8 000萬輛。然而新能源汽車停放時(shí)間過長(zhǎng)，大燈長(zhǎng)期未關(guān)，車門長(zhǎng)期未關(guān)好，都會(huì)導(dǎo)致低壓蓄電池虧電而無法啟動(dòng)車輛。在長(zhǎng)期虧電情況下，低壓蓄電池容易呈現(xiàn)硫酸鹽化，硫酸鉛結(jié)晶物附著在極板上，會(huì)阻塞電離子通道，構(gòu)成充電缺乏，使得低壓蓄電池容量下降。虧電時(shí)刻越長(zhǎng)，低壓蓄電池?fù)p壞越嚴(yán)重。目前低壓蓄電池虧電情況下，需要人工搭鐵才能啟動(dòng)車輛，若低壓蓄電池?fù)p壞嚴(yán)重，則需要更換低壓蓄電池。低壓蓄電池虧電最終導(dǎo)致車輛無法正常使用[1]。部分搭載補(bǔ)電功能的新能源汽車通過車輛自身監(jiān)測(cè)低壓蓄電池電壓，自動(dòng)使車輛上高壓給低壓蓄電池補(bǔ)電，此種情況下未考慮到車輛及人員安全，如果車輛正在維修將對(duì)維修人員造成人身安全，這種補(bǔ)電系統(tǒng)是一種不安全可靠的自動(dòng)補(bǔ)電系統(tǒng)。本文研究一種安全的智能補(bǔ)電系統(tǒng)，通過APP等信息提醒用戶車輛低壓蓄電池虧電，讓用戶授權(quán)車輛遠(yuǎn)程智能補(bǔ)電，解決低壓蓄電池虧電的問題，保證車輛的正常使用。

1 智能補(bǔ)電系統(tǒng)組成

智能補(bǔ)電系統(tǒng)由車端、云平臺(tái)、用戶端三大部分組成。車端包括了車載終端、VCU、BMS、動(dòng)力蓄電池、高壓配電箱、DC-DC、低壓蓄電池，其中車載終端負(fù)責(zé)采集車輛CAN網(wǎng)絡(luò)上各零部件的數(shù)據(jù)如低壓蓄電池電壓等，并通過車載終端內(nèi)部的無線通信模塊將數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，接收來自云平臺(tái)的補(bǔ)電指令傳遞給VCU；VCU作為整車控制大腦，監(jiān)測(cè)整車安全的情況下實(shí)現(xiàn)補(bǔ)電指令的傳遞；BMS是動(dòng)力蓄電池的管理系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)動(dòng)力蓄電池安全的情況下實(shí)現(xiàn)補(bǔ)電指令的傳遞；動(dòng)力蓄電池作為整車動(dòng)力輸出核心，將電能輸送到高壓配電箱為各零部件提供電能；高壓配電箱接收動(dòng)力蓄電池的電能合理分配給到各個(gè)零部件；DC-DC將高壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電，給低壓蓄電池充電；低壓蓄電池接收動(dòng)力蓄電池的充電同時(shí)給所用低壓用電器供電。云平臺(tái)獲取車輛CAN數(shù)據(jù)后判斷車輛虧電情況，并與用戶端、車端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。用戶端主要是App、微信公眾號(hào)等形式，由用戶操作。智能補(bǔ)電系統(tǒng)框架如圖1所示。

2 智能補(bǔ)電系統(tǒng)用戶端研究

用戶端以APP、微信公眾號(hào)為主，用戶購車并注冊(cè)賬號(hào)，實(shí)現(xiàn)車輛與賬號(hào)綁定。當(dāng)云平臺(tái)監(jiān)測(cè)到低壓蓄電池電壓低于設(shè)置閾值時(shí)觸發(fā)預(yù)警，將給用戶發(fā)送提示，針對(duì)各種情況分為以下七種場(chǎng)景如圖2所示。

場(chǎng)景一如下頁圖3所示，在監(jiān)測(cè)低壓蓄電池低于設(shè)定閾值，動(dòng)力蓄電池等零部件及整車無故障、鑰匙熄火的情況下，給用戶第一次虧電提醒，用戶同意補(bǔ)電后，整車再次檢測(cè)無故障后進(jìn)行正常補(bǔ)電，同時(shí)為了安全提醒用戶補(bǔ)電期間整車處于高壓狀態(tài)，不得拆卸車輛零部件進(jìn)行維修作業(yè)，補(bǔ)電時(shí)長(zhǎng)達(dá)到設(shè)定值將退出補(bǔ)電，同時(shí)對(duì)用戶作最后的提醒。

場(chǎng)景二如圖4所示，在補(bǔ)電期間由于用戶啟動(dòng)車輛等情況下非故障補(bǔ)電中斷，對(duì)用戶作鑰匙狀態(tài)的提醒。

場(chǎng)景三如圖5所示，在補(bǔ)電期間由于動(dòng)力蓄電池等零部件及整車故障原因補(bǔ)電中斷，將對(duì)用戶提醒車輛故障需要聯(lián)系就近維修點(diǎn)進(jìn)行檢查。

場(chǎng)景四如圖6所示，用戶不同意第一次虧電提醒后，給用戶作一個(gè)用車提醒，下次用車可能需要人工搭鐵。然而當(dāng)?shù)蛪盒铍姵氐陀谝粋€(gè)更低的設(shè)定閾值，動(dòng)力蓄電池等零部件及整車無故障、鑰匙熄火的情況下，將給用戶作第二次虧電提醒。若用戶同意補(bǔ)電，將根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)入場(chǎng)景一或場(chǎng)景二或場(chǎng)景三，若用戶不同意或不理會(huì)，將不作第三次虧電提醒。

場(chǎng)景五如圖7所示，用戶不理會(huì)第一次虧電提醒后，給用戶作第二次虧電提醒。若用戶同意補(bǔ)電，將根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)入場(chǎng)景一或場(chǎng)景二或場(chǎng)景三，若用戶不同意或不理會(huì)，將不作第三次虧電提醒。

場(chǎng)景六如圖8所示，在整車非故障的情況下由于鑰匙狀態(tài)、整車電量過低等不支持補(bǔ)電，對(duì)用戶進(jìn)行提醒。

場(chǎng)景七如圖9所示，在整車故障的情況下對(duì)用戶進(jìn)行提醒，需要聯(lián)系就近維修點(diǎn)進(jìn)行檢查。

3 智能補(bǔ)電系統(tǒng)車端研究

由于新能源汽車法規(guī)的要求，新能源汽車必須安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛全生命周期遠(yuǎn)程監(jiān)控。車載終端是新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能是采集車輛CAN總線上各個(gè)車輛零部件發(fā)送的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，然后上傳到云平臺(tái)，同時(shí)與車輛零部件、云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)項(xiàng)根據(jù)采集協(xié)議進(jìn)行采集，制定采集協(xié)議時(shí)除了必須完整的按照GB/T32960的要求，采集整車數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)據(jù)、燃料電池?cái)?shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)、車輛位置數(shù)據(jù)、極值數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)之外，還需要采集低壓蓄電池?cái)?shù)據(jù)、車身車門數(shù)據(jù)、車燈數(shù)據(jù)等等。車載終端采集協(xié)議分為國(guó)標(biāo)+企標(biāo)自定義協(xié)議和全企標(biāo)自定義協(xié)議兩種協(xié)議方式，車企根據(jù)自身需求采用不同的采集協(xié)議，但是由于新能源汽車法規(guī)的要求需要按照國(guó)標(biāo)協(xié)議上報(bào)數(shù)據(jù)到國(guó)家和地方政府監(jiān)管平臺(tái)，所以采用全企標(biāo)自定義協(xié)議采集數(shù)據(jù)的方式就需要企業(yè)云平臺(tái)將自定義協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成國(guó)標(biāo)協(xié)議數(shù)據(jù)上報(bào)。車載終端分為單體式車載終端和集成式車載終端，單體式車載終端只有數(shù)據(jù)采集上傳、數(shù)據(jù)交互的功能，集成式車載終端會(huì)集成車機(jī)、儀表、網(wǎng)關(guān)等功能，車企可根據(jù)需求采用不同的車載終端。

車載終端通過定時(shí)喚醒功能[2]，喚醒整車各零部件，在補(bǔ)電指令下發(fā)車端后，VCU、BMS將分別對(duì)整車和動(dòng)力蓄電池作安全檢測(cè)，確保安全的前提下將由BMS控制動(dòng)力蓄電池使整車上高壓。直流高壓電流經(jīng)高壓配電箱輸出到DC-DC，由DC-DC將高壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電并給低壓蓄電池充電。

4 智能補(bǔ)電系統(tǒng)云平臺(tái)研究

云平臺(tái)作為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能有虧電預(yù)警[3]和遠(yuǎn)程喚醒車載終端、指令下發(fā)。云平臺(tái)接收車載終端發(fā)送的低壓蓄電池電池狀態(tài)、整車故障狀態(tài)、動(dòng)力蓄電池狀態(tài)、車輛鑰匙狀態(tài)等信息，判斷各信息是否滿足預(yù)設(shè)的補(bǔ)電規(guī)則；若滿足預(yù)設(shè)的補(bǔ)電規(guī)則，則向用戶終端發(fā)送對(duì)應(yīng)的提醒指令；云平臺(tái)接收用戶端根據(jù)提醒指令觸發(fā)的授權(quán)指令，并根據(jù)授權(quán)指令向車載終端下發(fā)遠(yuǎn)程喚醒指令喚醒車載終端，同時(shí)喚醒整車各個(gè)零部件，最終實(shí)現(xiàn)補(bǔ)電指令的下發(fā)。

5 結(jié)論

通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車輛低壓蓄電池的電壓值進(jìn)行遠(yuǎn)程定期監(jiān)測(cè)，有利于實(shí)現(xiàn)智能補(bǔ)電，防止低壓蓄電池虧電，從而保證車輛正常運(yùn)行，同時(shí)還有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)各類型車輛的低壓蓄電池進(jìn)行統(tǒng)一的管理。而且，只在用戶授權(quán)情況下才下發(fā)補(bǔ)電指令，能夠防止高壓安全事故。本研究可以預(yù)防新能源汽車虧電，對(duì)于推廣新能源汽車有著積極作用。