一種新能源電動汽車智能補電的方法

中圖分類號：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）08-0032-03

【Abstract】The new energy electricvehicle market has reported isses with theundercharging of12Vlow-voltage bateries.Due to the numerouscontrolunits in electricvehicles，high staticcurrentconsumptionduring vehicle standby， andpoorusage habitsamongsomecustomers，thebateryispronetodepletion，ultimatelypreventing thevehiclefrom achieving high-voltage power-up.This paper proposes a method that uses the Body Control Module（BCM）and Vehicle ControlUnit（VCU）astheprimarycontrollers toenableautomatic bateryrecharge duringhigh-voltagesystemactivation. The systemautomatically monitors the12V battry status during vehicle parking.When thepreset recharge threshold is met，the VCU activates the power battery and DC-DC converter to recharge the 12V battery.

【Key words】 electric vehicles；undercharging；intelligent recharge；low-voltage battery

0 引言

近年來隨著電動汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的迅速發(fā)展，大量高新技術(shù)被不斷引人到新能源汽車中，新型電子控制單元廣泛應(yīng)用于新功能開發(fā)，這些控制器在休眠時大多需要常電來維持?jǐn)?shù)據(jù)記憶。較傳統(tǒng)車而言，新能源汽車停車存放時靜態(tài)電流大，容易出現(xiàn)低壓蓄電池虧電問題。加上部分用戶存在用車習(xí)慣不良，未上高壓，長時間開啟前照燈、室內(nèi)燈或使用座艙娛樂功能，或者門未關(guān)嚴(yán)、門控?zé)糸L時間亮的情況，亦容易導(dǎo)致蓄電池虧電。蓄電池虧電，就會導(dǎo)致車輛無法啟動，用戶抱怨嚴(yán)重。蓄電池虧電的現(xiàn)象愈發(fā)普遍，針對這一情況，本文提出一種電動汽車智能補電方法，用以解決非蓄電池品質(zhì)問題導(dǎo)致的異常虧電問題，保證車輛的正常使用。

1智能補電系統(tǒng)介紹

智能補電系統(tǒng)主要由以下部件組成：整車控制器VCU、車身控制器BCM、動力電池、直流轉(zhuǎn)換器DC/DC、12V鉛酸蓄電池、蓄電池傳感器IBS。

該系統(tǒng)的核心功能是在車輛停放期間自動監(jiān)測蓄電池狀態(tài)，并在必要時自動啟動補電流程為蓄電池

充電，確保蓄電池有足夠的電壓用于車輛下一次啟動，避免對用戶的正常用車造成困擾。

2智能補電工作流程

智能補電功能是指在整車下電靜置停放期間，IBS實時監(jiān)測蓄電池的電壓、電流、溫度等，通過內(nèi)部算法，實現(xiàn)蓄電池內(nèi)部狀態(tài)（SOC、SOH）的估算和監(jiān)控。BCM定時喚醒，檢測傳感器狀態(tài)，并與其交互通信獲取蓄電池信息。當(dāng)設(shè)定進(jìn)入補電的條件（主要為蓄電池電量）低于特定閾值時，BCM喚醒VCU。VCU喚醒后根據(jù)BCM指令要求開啟補電流程，自檢滿足上高壓條件后，VCU使能動力電池、DC/DC，由DC/DC將高壓電轉(zhuǎn)化為12V低壓電為蓄電池充電。補電過程中，BCM檢查蓄電池電量并過程計時，當(dāng)蓄電池電量或補電總時長達(dá)到設(shè)定條件時，BCM下發(fā)停止補電的指令給VCU，VCU控制整車下高壓，補電結(jié)束，車輛恢復(fù)至正常OFF狀態(tài)。智能補電工作示意如圖1所示。

圖1智能補電工作示意圖

3補電策略

3.1 進(jìn)入條件

設(shè)定進(jìn)人智能補電的主要參數(shù)為蓄電池電量SOC和蓄電池電解液工作溫度，二者應(yīng)設(shè)為“且\"的關(guān)系。

通常鉛酸蓄電池電解液的工作溫度為 -30～65^°C 設(shè)定時可按供應(yīng)商推薦的充電溫度范圍。合理的溫度設(shè)定，能夠讓電解液的物理和化學(xué)性質(zhì)保持最佳狀態(tài)，確保蓄電池正常充電。

如果蓄電池電量SOC設(shè)定過高，當(dāng)整車靜態(tài)電流偏大或選型的蓄電池容量較小時，會頻繁觸發(fā)車輛進(jìn)人智能補電流程，影響用戶體驗或縮短蓄電池循環(huán)使用壽命。蓄電池的循環(huán)使用壽命與蓄電池放電深度存在關(guān)聯(lián)，如圖2所示。如果S0C設(shè)定過低，則蓄電池放電深度相對過深，對蓄電池使用壽命存在影響。綜合考慮，將進(jìn)入智能補電的SOC閥值，設(shè)定的電量SOC控制在 60%～70% 。

另外，IBS零件狀態(tài)（通信響應(yīng)、零件故障）、車輛狀態(tài)（靜止且未上電）等一些必要的自檢條件，也可考慮作為設(shè)定進(jìn)人智能補電的條件。

圖2某電池常溫下不同放電深度的壽命循環(huán)次數(shù)曲線

3.2 退出條件

設(shè)定退出智能補電的主要參數(shù)為蓄電池電量SOC和總補電時長，二者為“或\"的關(guān)系。

如果蓄電池電量SOC設(shè)定過低且長期充電不足，則容易出現(xiàn)蓄電池極板硫酸鹽化2。硫化嚴(yán)重時無法通過充電進(jìn)行修復(fù)，即不可逆，影響蓄電池可用容量。如果S0C設(shè)定過高，DC/DC恒定14V電壓的充電效率會隨著蓄電池SOC增加而減小，若不及時退出補電讓整車進(jìn)入休眠的低功耗模式，會造成動力電池電量的浪費，影響續(xù)航里程3。考慮設(shè)定的SOC值需保證蓄電池被充入足夠的電量，能夠支持車輛長時間停放，設(shè)定電量SOC為 90% 。

當(dāng)用戶自發(fā)拆裝蓄電池或蓄電池負(fù)極接線柱時，IBS估算的SOC、SOH有校準(zhǔn)偏差，或蓄電池出現(xiàn)可逆的輕微硫化時，此兩種情形可能導(dǎo)致蓄電池?zé)o法維持相對正常的充電時長。因此，需要將補電總時長也作為補電退出條件之一。通常直接設(shè)定補電總時長為2h，或依據(jù)蓄電池單品充電特性進(jìn)行設(shè)定。

3.3其他或異常處置

在整車處于智能補電的充電時刻時，VCU對當(dāng)前整車和各參與節(jié)點的狀態(tài)進(jìn)行實時故障監(jiān)控和診斷。當(dāng)出現(xiàn)影響整車補電的故障或操作時，BCM下發(fā)禁止補電指令，VCU控制整車下高壓，并通過組合儀表顯示補電故障信息，整車工作節(jié)點進(jìn)入下電休眠狀態(tài)。補電中故障可參考以下條件進(jìn)行設(shè)置： ① 車輛狀態(tài)（非靜止）； ② 補電指令狀態(tài)（指令超時）； ③IBS 狀態(tài)（通信超時、零件故障等）； ④ DC/DC狀態(tài)（過壓、欠壓、過溫、過流、硬件故障等）； ⑤ 動力電池狀態(tài)（電量過低、三級故障、通信超時等）。

此外，在非智能補電時間，當(dāng)用戶用鑰匙上電使用車輛或者車輛處于插槍充電時，DC/DC會自動為蓄電池充電。當(dāng)車輛正在進(jìn)行智能補電的充電時刻，如果用戶執(zhí)行上電（ON或READY）用車或插槍充電等操作，整車應(yīng)及時退出智能補電流程，使車輛能夠優(yōu)先按照用戶的意圖進(jìn)行上電和充電。

4開發(fā)驗證

實車試驗分為功能驗證試驗和實車靜置試驗。功能驗證試驗，主要用于快速確認(rèn)零件搭載實車功能是否符合控制策略要求。實車靜置試驗，主要用于模擬用戶用車場景及確認(rèn)智能補電功能是否滿足設(shè)計要求。

4.1 功能驗證

智能補電系統(tǒng)各關(guān)聯(lián)部件搭載在整車上進(jìn)行功能驗證。為快速驗證功能，將車輛置于暖房中（根據(jù)策略設(shè)定需要置于常溫及低溫下，用于驗證不同環(huán)溫下蓄電池充電特性和進(jìn)入補電條件的溫度策略），用蓄電池綜合測試儀以 I₂₀ 放電電流對12V蓄電池放電，用CANDTU設(shè)備對測試期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存。通過ZLGCANDTU云監(jiān)控平臺或CANOE軟件分析蓄電池的LIN數(shù)據(jù)和其他控制單元（BCM和VCU）的CAN數(shù)據(jù)，如圖3所示。通過對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控或回放，驗證控制策略時序和設(shè)定條件的準(zhǔn)確性，同時記錄電池充電特性、補電總時長等信息。

針對章節(jié)3.3中提到的對異常情況的響應(yīng)，如需要，亦可在此次功能驗證中確認(rèn)清楚。

圖3CANDTU云監(jiān)控平臺實時補電過程曲線

4.2 實車靜置驗證

為模擬用戶實際用車情況，采用兩組同型號的新能源電動汽車作為靜置樣本。第1組樣本不配備智能補電功能，第2組樣本配備智能補電功能，其余配置需維持一致，樣車靜置地點保持一致。分別將樣本置于常溫 25% 或低溫 -20% 下，同時進(jìn)行靜置驗證并記錄保存報文數(shù)據(jù)，用于后臺分析。靜置驗證時，每隔10天或根據(jù)需要定期對數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，同時檢查實車低壓蓄電池端電壓，確認(rèn)車輛是否有足夠電量啟動，累計記錄3個月。

通過靜置，對比有無配備智能補電功能的2組樣本，確認(rèn)配備智能補電功能的樣車能夠按既定設(shè)計目標(biāo)實現(xiàn)蓄電池智能補電。

5結(jié)束語

本文提出的基于新能源電動汽車的智能補電方法，通過定時監(jiān)測蓄電池狀態(tài)，喚醒整車上高壓為蓄電池補電，具有自動監(jiān)測、自動補電的功能。該方法能夠有效解決新能源電動汽車因靜態(tài)電流過大或用戶異常行為導(dǎo)致低壓蓄電池虧電問題，提高車輛靜置時長和用戶使用體驗，提升車輛的智能化程度。

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（編輯楊凱麟）