本文結合中國汽研對新能源汽車不同車型低壓蓄電池電池充電系統(tǒng)測試解析案例，設計了一種低壓鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)，實時估算低壓鉛酸蓄電池SOC（State of Charge），對低壓鉛酸蓄電池充放電過程進行動態(tài)控制，使其始終處于淺充淺放狀態(tài)，有利于延長鉛酸蓄電池的工作壽命。

1 智能充電系統(tǒng)原理

低壓鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)框圖下圖1所示：

1）低壓鉛酸蓄電池放電，智能充電系統(tǒng)實時監(jiān)控估算SOC：

• 采集蓄電池端電壓

• 采集蓄電池放電電流

• 采集蓄電池溫度

2）低壓鉛酸蓄電池充電：

• 整車控制器VCU喚醒動力電池管理模塊BMS，上高壓電：

• VCU使能激活DC/DC模塊

• 低壓鉛酸蓄電池充電

• VCU采集充電量估算蓄電池當前SOC

• 低壓鉛酸蓄電池充滿電后，下高壓電，充電結束

圖1  蓄電池智能充電系統(tǒng)框圖

2 低壓鉛酸蓄電池SOC估算

本文采用開路電壓法和安時積分法相結合的方式測算蓄電池SOC。

1）開路電壓法的理論依據(jù)蓄電池端電壓與SOC呈分段線性函數(shù)關系，系統(tǒng)電路采集蓄電池電壓值，結合蓄電池溫度修正查表測算出SOC。

圖2 蓄電池端電壓與SOC關系以及曲線擬合

通過對蓄電池在不同環(huán)境溫度下的充放電試驗得到的端電壓與SOC的關系曲線，對常溫曲線采用最小二剩法進行曲線擬合得到該溫度條件下的曲線公式，不同端電壓對應SOC便可通過公式計算出。

2）充電過程中，智能充電系統(tǒng)采集充電電流，結合初始SOC值、蓄電池容量，采用安時積分法計算出蓄電池當前充電量，表達式如下：

式中t為電流采樣時間間隔；Q為電池容量；η為充放電庫倫效率；?為溫度影響系數(shù)。電流方向充電時為正，放電時為負。

3 智能充電系統(tǒng)設計

智能充電系統(tǒng)包括硬件電路設計和控制策略軟件設計：

1）硬件電路主要設計蓄電池的信號采集電路。包含蓄電池電壓采集電路、充放電電流采集電路和環(huán)境溫度采集電路。

2）控制策略軟件設計：結合硬件電路對蓄電池端電壓、充放電電流和溫度的采集估算出SOC，對蓄電池充放電過程進行智能動態(tài)控制。控制策略流程圖如下圖3所示：

圖3 蓄電池充電流程

4 智能充電試驗驗證

智能充電系統(tǒng)搭載在純電動汽車上進行測試驗證，為了縮短試驗驗證時間，提前對蓄電池進行了充電放預處理，將蓄電池SOC標定在80%左右。試驗前在蓄電池極柱上安裝電壓、電流傳感器，試驗過中實時觀察蓄電池充放電電流大小和電壓變化情況。結合電流傳感器安裝方向，電流數(shù)值為正時蓄電池放電，電流數(shù)值為負時蓄電池處于充電狀態(tài)。

圖4 蓄電池充電放電電流電壓曲線

如上圖4所示，試驗電壓電流曲線結果表明，蓄電池在截止放電條件時刻，智能充電系統(tǒng)夠能激活動力電池BMS和DC/DC模塊為蓄電池充電；當蓄電池充電至滿電量時，智能充電系統(tǒng)能夠控制車輛高壓系統(tǒng)下電，停止對蓄電池充電。

5 小結

本文介紹了一種新能源汽車低壓蓄電池智能充電系統(tǒng)的設計。中國汽研在新能源汽車電源系統(tǒng)設計測試、整車電平衡測試、電性能測試方面具有豐富的案例和數(shù)據(jù)積累。

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