纯电动汽车低压蓄电池管理逻辑分析

2022-01-25刘尚达

农机使用与维修 2022年1期

刘尚达

(吉林铁道职业技术学院，吉林吉林 132200)

0 引言

在能源紧张环境问题不断加剧的今天，发展新能源汽车已经成为节能减排发展低碳经济的重要途径。相比于传统汽车而言，纯电动汽车的电气化程度更高，涉及到很多新的知识领域，随着纯电动汽车市场保有量的增加，许多使用中的问题逐渐凸显，例如最常见的低压蓄电池保养问题，因为独特的管理逻辑，困扰着很多纯电动汽车用户。

1 低压系统管理逻辑简介

纯电动汽车的电气系统由高压和低压两部分组成，高压电气系统主要用来给驱动电机以及PTC加热器、电动空调压缩机等大功率用电器供电，主要电力来源为高压动力电池；低压电气系统则主要用于给汽车的小功率用电器(比如娱乐系统、防盗系统、各种控制器等)供电，电力来源为低压蓄电池。高压电气系统和低压电气系统的联接是 DC/DC转换器，在纯电动汽车处于启动或者充电状态时，低压蓄电池由高压电气系统通过 DC/DC 转换器降压来实现充电。通常可分为四种状态：交流慢充状态、直流快充状态、动力电池上电状态、未启动状态，充电控制逻辑如下。

1.1 交流慢充状态

当慢充插头与车辆对接后，慢充CC(充电枪插入信号)就会激活整车控制器VCU，VCU同时激活电池管理系统BMS和DC/DC转换器，BMS控制慢充系统给动力电池充电；同时DC/DC转换器通电后也会给低压蓄电池充电。

1.2 直流快充状态

当快充插头与车辆对接后，快充CC(充电枪插入信号)就会激活整车控制器VCU，VCU同时激活电池管理系统BMS和DC/DC转换器，BMS控制快充系统给动力电池充电；同时，DC/DC通电后就会给低压蓄电池充电。

1.3 动力电池上电状态

当车辆启动动力电池上电后，IGN电源信号就会激活整车控制器VCU，VCU同时激活电池管理系统BMS和DC/DC转换器，BMS会控制动力电池通过DC/DC转换器降压后给低压蓄电池充电。

1.4 车辆未启动状态

当车辆长时间停放后，经常会出现低压蓄电池亏电的现象，导致车辆无法启动，这种情况需要驾驶员辅助操作，对于不熟悉电动汽车的车主来说通常不知道如何处理，如果处理方法有误，还有可能损伤电池，带来不必要的额外损失，是困扰驾驶员的主要问题也是本文阐述的重点。

车辆长时间放置后，整车控制器VCU休眠，定时计数器正常计时，当定时器到达设定时间后，唤醒VCU，VCU采集低压蓄电池电压并与设定的电压值比较。当采集到的低压蓄电池电压低于设定的阈值时，VCU继续检测有无IGN电源信号及充电唤醒信号。如果检测到IGN电源信号或充电唤醒信号，则VCU进入常规唤醒，低压蓄电池通过上述三种情况进行常规充电，并将定时器清零。如果VCU没有检测到IGN电源信号或充电唤醒信号则激活电池管理系统BMS及DC/DC转换器，BMS检测动力电池SOC信息，若SOC满足充电要求，则开始为低压蓄电池充电。同时VCU持续检测DC/DC交互信息，当低压蓄电池充满后，VCU发送指令停止高压供电，关闭BMS及DC/DC转换器，定时器清零并重新计时，VCU进入休眠状态。

2 低压铁电池管理实例

以比亚迪车系为例详细解释低压电池的充电逻辑。比亚迪采用独有的启动型铁电池及电池管理器(以下简称铁电池)，具有如下功能：1)对于电子控制系统来说，未进入超低功耗情况下，铁电池是电子控制装置的不间断电源。2)对于混合动力车型，启动时，铁电池向启动系统单独供电，BMS控制MOS管电路，低压极柱不影响整车电压。3)当发电机和DC/DC降压输出不足时，由铁电池辅助向用电设备供电。4)铁电池还可以吸收电路中的瞬时过高压，保持汽车电器系统电压的稳定，保护电子元件。5)铁电池故障报警功能，当铁电池故障报警时，仪表上故障指示灯点亮(常亮)，同时显示“请检查低压电池系统”。6)智能充电和超低功耗功能，在OFF、ACC、ON挡位时，当铁电池BMS监测到自身SOC过低时，控制吸合OFF挡充电继电器，同时给动力电池BMS发送充电请求信号，动力电池BMS接收并检测判定后吸合放电主接触器，发送“放电允许”信号给DC/DC转化器，DC/DC转换器判断自身无故障后给铁电池进行智能充电。当铁电池BMS收到动力电池BMS“放电不允许”信号时，铁电池BMS不再给动力电池BMS发送充电请求信号，铁电池BMS切断低压回路，即断开整车电源，进入超低功耗状态。 BMS切断电源进入超低功耗状态后，只保留电池SOC检测功能和驾驶侧车门微动开关监测功能，当检测到开关信号有效后唤醒，恢复供电。

但智能充电系统并不是万无一失的，因低压蓄电池亏电导致车辆无法启动情况也时有发生，解决方法如下。

区别于传统汽车对于装配了低压铁电池的新能源车型(如秦、唐、秦EV、 e5等)，遇到整车无法上电问题，且执行了按左前门外把手上微动开关(黑色按钮)操作仍然无法唤醒的情况时，为了保护电芯和用户使用安全，不可冒然使用外接蓄电池对火。应首先检查低压铁电池实际状态找到故障原因，然后再根据具体情况判定采取哪种处理措施。

比亚迪新能源汽车配备了两种类型的低压铁电池，混合动力车型低压铁电池是三个极柱，分别用于启动发动机的启动极柱、用于给整车低压电器供电的低压极柱和负极柱，直接用万用表测量启动极柱和负极之间的电压为低压铁电池电压；纯电动车型低压铁电池只有正、负两个极柱，铁电池内部由电芯和模块两部分组成，其中电芯由4节磷酸铁锂电池单体串联而成。而模块部分则是LBMS系统，与动力电池管理器系统一样，具有电压、电流和温度监测功能，存在异常状态会触发故障报警功能，当铁电池故障报警时，仪表上的故障指示灯点亮，同时显示“请检查低压电池系统”若智能充电失效，低压铁电池有可能切断整车电源[1]。无法上电时正极柱没有输出电压值，需要使用万用表测量低压铁电池BK50插头的电池端6号脚和负极之间的电压。

3 常见故障解决办法

3.1 低压铁电池电压测量值低于7.5 V

无论混动车型还是纯电动车型，低压铁电池电压测量值低于7.5 V时，不可以直接使用外接蓄电池对火，需更换低压铁电池。

低压铁电池电压测量值在7.5 V及以上时，针对混动车型需短接K68插头蓄电池端4号脚和负极，若短接后测量低压极柱和负极有电压，且电压值和启动极柱与负极之间电压测量值一致，可确认只是进入了超低功耗模式，那么低压铁电池还可以继续使用，建议尽快启动车辆为低压铁电池充电。其他情况则可能是低压电池管理系统内部器件损坏，需更换低压铁电池。