1前言

由于新能源汽车停放太久，车灯以及车门长时间不关，都会造成电池电量不足，从而使车辆不能发动。在长时间的电力损耗中，如果是低压的话，很可能会发生硫化反应，因为硫化铅会附着在电极上，阻碍了电子的传导，导致蓄电池的电量下降［1-2］。当前低电压蓄电池出现缺电时，要用人工搭铁来发动汽车，如有较大的损伤，必须进行低电压的电池替换。低电压的电池损耗会造成汽车不能正常工作。一些带有充电功能的新能源汽车，会根据车辆本身的电压来控制电池的电压，为电池充电，在没有考虑到车辆和乘客的安全的前提下，在维护过程中会危及维护人员的生命安全［3-4］。本文旨在研制一套安全的智能充电器系统，该系统可以利用APP等相关的信息，对汽车低压蓄电池进行充放电，实现对汽车进行远程智能补电，解决了低压蓄电池亏电的问题，保证车辆的正常使用。

2新能源汽车智能补电系统相关概述

2.1新能源汽车类型介绍混合动力车既可以用电来驱动，也可以用汽油来驱动。在混合动力车型中，插电式混动是当前新能源车的主要组成部分，根据其结构的不同，将其分成三类：串联式、并联式和混合联式。其中混联混动技术的需求是最大的，因为混联混动结合了前后两种优势，可以灵活地选择各种工作方式，这在某些型号上已有一定的代表性，例如雷凌、卡罗拉，都使用了混联技术。全电力汽车是完全依靠蓄电池来为其提供能量。由于其是一种最清洁、环保的新型能源车辆，其排放量达到了0。在汽车用蓄电池中，三元锂和磷酸铁锂是最常用的两种电池。磷酸铁锂因其优异的高温性能和低廉的价格而受到广泛的欢迎，然而其在低温度下的充电和放电性能却不理想。但是三元锂电池因为其良好的耐寒能力，可以在极低温度下保持车辆的长寿命，因此其在市场上的发展前景非常广阔，但是其生产工艺要求高、价格昂贵，所以一般都用于高档电动车，比如特斯拉的ModelS。目前，国产比亚迪和宁德时代都是这两款电池的主要生产商。

2.2智能补电系统研究的主要瓶颈

2.2.1新能源汽车的能量损耗问题新能源汽车的能量损耗问题主要表现在能源消耗方面。串联混合动力车是完全用电驱动的，燃油经过引擎，经过发电机，再到马达，一步一步地传输，最终到达车轮；并联混合动力汽车有三种不同的驱动方式，分别是纯电动、纯油、油电三种。而混联式轿车虽然具有前两种优势，但是其总体结构比较复杂，技术含量也比较高。这些车型都可以降低燃油消耗，降低尾气排放，但是从能源的角度来说，混动车辆的功率系统越多、越复杂，其能耗也就越大。

2.2.2新能源汽车的电池问题电动汽车的电池问题有三大类：电池安全、动力电池技术、电池回收再利用。为了满足政府的补贴要求，很多厂商都在追求更高的电池密度，从而延长了电动车的使用寿命，但是这也造成了一系列的电动车自燃事故。这是因为电池的比能增加，导致电池的不稳定，所以在被撞到的情况下，电池有可能会爆炸。这意味着如果单纯提升电池的能源密度而不进行技术上的突破，将很难解决电动车的安全性问题。

2.3新能源汽车智能补电系统研究现状目前，汽车蓄电池的电量不足，一般都是采取被动辅助，在蓄电池不能启动的情况下，通过外部电源来给蓄电池充电，这个过程非常复杂，耗时耗力。目前，国内外有关人士对蓄电池的防损技术进行了深入的探讨，并且也取得了一些专利［5-6］。如有学者利用电池的实时监测蓄电池的电压，在一定的时间内对蓄电池进行充放电，而未注意到电池在充电时容易受到温度等外部因素的干扰，以及在信息传递中产生的延迟问题，其结果是蓄电池的充放电率参差不齐，致使蓄电池的电池容量仍然不够，或者只能在一定的时间内保持其工作状态，从而引起蓄电池的多次充电。无论使用的是被动式的，还是根据电压来判定蓄电池的电量，都无法对电池进行及时的监测，无法在电池没有足够的能量或者电压的情况下给电池进行补给，也无法确保电池每一次都能充满，从而对DCDC和电池的寿命造成一定的损害。因此，基于新能源汽车蓄电池的智能防损系统是一项非常有意义的课题。

3新能源汽车智能补电系统的必要性

3.1新能源汽车静态电流静态电流，也就是所谓的“暗流”、“静流”，它是指当汽车处于不使用状态时，整个汽车处于休眠状态时所消耗的电流P。电子控制系统用于保持座椅位置记忆、后视镜位置记忆、娱乐系统播放记忆、空调风向及速度。为了能迅速地解决汽车的故障，控制单元将故障的原因归类到控制器中，并将其保存到控制器中。车辆的安全需要一些传感器、照相机、记录仪来保证车辆时刻处于监控状态。遥控比如遥控锁车、开启空调机等，以及与汽车有关的BCM、TBOX、AC等控制器都处于待机状态。关于新型车辆专用故障数据的上传，需按国家有关规定，及时上传至国家或企业的监测平台。汽车的低电压电池是自放电的，因为电池本身的内部电阻会产生一定的自放电，如果不是长期储存，可以忽略不计。由于电流的存在是不可避免的，所以很多工厂都会把静态电流作为测试标准，对车辆的静态电流进行严格的控制。表1为吉利新能源汽车型号控制器的静态电流分配表。

3.2网络误唤醒在某些特殊的环境中，有时会发生汽车处于断电状态，汽车的控制器会因为接收到外部的干扰信号而被误启动。综合以上分析，新能源车的静电流比常规汽车大，更易受到外部电磁干扰，停车时更易发生电力损耗。因此，针对汽车在停车时电池电量不足的问题，设计了一套能够自动监测电池SOC并自动给蓄电池充电的智能补充系统。

4新能源汽车智能补电系统

新能源汽车智能补电系统包括三个主要模块：车辆端、云平台和用户端。汽车终端由车载终端、VCU、BMS、动力电池、高压配电箱、直流-直流、低压蓄电池组成，车载终端主要负责收集汽车CAN网络中各个部件的数据，如低压蓄电池的电压等，通过车载终端的无线通信模块将资料传输至云平台，再从云端平台接收到充电命令。VCU是整个车辆的控制大脑，在监控整个车辆的安全性的同时，完成对充电命令的传输；BMS是一个电力电池的管理系统，它在监控蓄电池安全性的前提下，完成对充电命令的传输；蓄电池是车辆的动力供应枢纽，向高压配电盒供电，为各个部件供电；高压配电盒将电力电池的电能合理地分配到各部件；DC将高压DC转变为低电压DC，为低电压的蓄电池充电；在向使用的低压设备提供电力的同时，低电压的电池接受动力电池的充电。通过对汽车CAN的分析，可以对汽车的缺电量进行判断，并与用户、车端进行数据交互。用户端主要是应用程序、微信公众号等，用户可以自行操作，图1所示为智能补电系统的框架。

4.1系统方案设计本系统由蓄电池能量管理控制器、电池管理系统、电池管理系统BMS组成。蓄电池能量管理控制器由CAN网连接VCU、BMS、DCDC。该电源由高压线路连接到DCDC的输入，DCDC的接地和负电极连接，蓄电池的负极上装有一个电流感应器，整个电路的总体构造见图2。蓄电瓶负极安装有电流传感器，可对蓄电池进行充电，并将该电压信号与蓄电池储能系统连接，从而实现蓄电池容量的计量。蓄电池储能系统的容量控制系统使用安时积分法进行容量的计算，安时积分法是一种常用且有效的估计方法。

4.2系统工作流程在停车休息期间，由装有电流的传感器对电池进行即时的检测，由安时积分方法对电池进行功率的估算。当电池容量小于安全阈值时，由VCU发出高电平的叫醒VCU，VCU对CAN网中的BMS和DCDC进行激活。电池电量管理控制器将电池电量信息及电池信息BMS、DCDC将电池的状况信息通过CAN网传输至VCU，当电池电量小于安全临界点时，电池未发生任何问题，电池可释放，DCDC已就绪，VCU将开始充电命令发至DCDC。DCDC的充电器在充满100%或不能放电或者DCDC没有做好的情况下，DCDC的充电器就会被切断。另外，根据蓄电池的电压区间，可以决定蓄电池的电压等级，从而决定蓄电池的起动和充电。

4.3智能补电系统用户端研究用户端主要是APP和微信公众号，通过购买和注册账号来实现汽车和账号的绑定。在检测到电池电压低于设定阈值时，系统会发出警告，并根据不同的情况将其划分为七种情形，如图4所示。

4.4智能补电系统车端研究为了实现新能源汽车生命周期的实时监控，必须安装远程监控装置。汽车监控终端是车辆监控的核心部分，其功能是对车辆CAN总线内车辆的动态进行实时的采集、分析，并将其上传到云端平台，实现与车辆零部件和云平台的数据交换。在采集数据的过程中，不仅要采集整车数据、驱动电机数据、燃料电池数据、发动机数据、极值数据、报警数据，同时采集低压蓄电池数据、车门数据、车灯数据。目前，车载终端的采集协议分为国家标准+企标定制和全企标定制，每个厂家都可以自行选择相应的采集协议，不过由于新能源车的相关规定，必须要将数据上传到国家和当地的监管平台，因此使用全企标自定义协议采集数据的方式就需要企业云平台将自定义协议的数据转换成国标协议数据。汽车终端可分为单机和一体化两种，单一的车载终端只能采集数据和数据交互，而集成的车载终端则可以实现车机、仪表、网关等多种功能，车企可根据需求使用不同的车载终端。车载终端会定时叫醒汽车的各个部件，在启动后，VCU和BMS会对整车和电池进行安全检查，在保证安全的情况下，BMS会对电池进行充电。直流电压通过高压配电柜向DCDC输出，通过DC-DC将高压DC转换为低电压DC，为低压蓄电池进行充电。

4.5智能补电系统云平台研究云计算是监控的核心部分，其功能包括电力不足报警、车载终端唤醒、指令。汽车的电池状态、整车故障状态、动力电池状态、钥匙状态等都是由云平台提供的，并云平台可对每一种信息进行判定，以确定是否符合设定的充电规则。在满足预定充电规则的情况下，将相应的报警指示发送给用户终端，云台接收由使用者端发出的警告命令所发出的授权命令，再通过授权命令遥控唤醒车上的终端，唤醒车上的所有零件，最后完成对车辆的充电命令。

5结语

通过远程监控，可实现对汽车低压蓄电池的远距离、定时监测，有利于智能充电，预防低压蓄电池的漏电，保障汽车的正常使用，并可实现对各类汽车的低压蓄电池的统一管理。只有得到用户的许可，才会发出电力补充命令，从而避免了高压的安全事故。

参考文献：

［1］王翠艳，胡建成，湛先好.整车蓄电池亏电问题攻关［J］.汽车实用技术，2018（14）：225-227.

［2］徐志峰，孙江辉，张兆龙，等.基于场景识别的电动汽车唤醒、休眠策略设计［J］.汽车实用技术，2020（5）：31-34.

［3］张亮，桂康哲，王兴月，等.基于新能源汽车大数据的蓄电池亏电预警研究［J］.时代汽车，2020（15）：62-63.［4］陈向国.新能源汽车市场整体向好［J］.节能与环保，2020（1）：24-25.

［5］陈俊兵，盛旺，李建刚，等.一种汽车电瓶防亏电智能系统.中国，CN106114232A［P］.2016-09-14.

［6］刘方勇，李剑波，王尚俊，等.一种预防蓄电池亏电的控制系统和控制方法.中国，CN108081983A［P］.2017-12-06.

作者:张涛 单位:培黎职业学院