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        純電動汽車低壓蓄電池管理邏輯分析

        2022-01-25 03:31:00劉尚達
        農(nóng)機使用與維修 2022年1期
        關(guān)鍵詞:低功耗動力電池蓄電池

        劉尚達

        (吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林 吉林 132200)

        0 引言

        在能源緊張環(huán)境問題不斷加劇的今天,發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為節(jié)能減排發(fā)展低碳經(jīng)濟的重要途徑。相比于傳統(tǒng)汽車而言,純電動汽車的電氣化程度更高,涉及到很多新的知識領(lǐng)域,隨著純電動汽車市場保有量的增加,許多使用中的問題逐漸凸顯,例如最常見的低壓蓄電池保養(yǎng)問題,因為獨特的管理邏輯,困擾著很多純電動汽車用戶。

        1 低壓系統(tǒng)管理邏輯簡介

        純電動汽車的電氣系統(tǒng)由高壓和低壓兩部分組成,高壓電氣系統(tǒng)主要用來給驅(qū)動電機以及PTC加熱器、電動空調(diào)壓縮機等大功率用電器供電,主要電力來源為高壓動力電池;低壓電氣系統(tǒng)則主要用于給汽車的小功率用電器(比如娛樂系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、各種控制器等)供電,電力來源為低壓蓄電池。高壓電氣系統(tǒng)和低壓電氣系統(tǒng)的聯(lián)接是 DC/DC轉(zhuǎn)換器,在純電動汽車處于啟動或者充電狀態(tài)時,低壓蓄電池由高壓電氣系統(tǒng)通過 DC/DC 轉(zhuǎn)換器降壓來實現(xiàn)充電。通??煞譃樗姆N狀態(tài):交流慢充狀態(tài)、直流快充狀態(tài)、動力電池上電狀態(tài)、未啟動狀態(tài),充電控制邏輯如下。

        1.1 交流慢充狀態(tài)

        當慢充插頭與車輛對接后,慢充CC(充電槍插入信號)就會激活整車控制器VCU,VCU同時激活電池管理系統(tǒng)BMS和DC/DC轉(zhuǎn)換器,BMS控制慢充系統(tǒng)給動力電池充電;同時DC/DC轉(zhuǎn)換器通電后也會給低壓蓄電池充電。

        1.2 直流快充狀態(tài)

        當快充插頭與車輛對接后,快充CC(充電槍插入信號)就會激活整車控制器VCU,VCU同時激活電池管理系統(tǒng)BMS和DC/DC轉(zhuǎn)換器,BMS控制快充系統(tǒng)給動力電池充電;同時,DC/DC通電后就會給低壓蓄電池充電。

        1.3 動力電池上電狀態(tài)

        當車輛啟動動力電池上電后,IGN電源信號就會激活整車控制器VCU,VCU同時激活電池管理系統(tǒng)BMS和DC/DC轉(zhuǎn)換器,BMS會控制動力電池通過DC/DC轉(zhuǎn)換器降壓后給低壓蓄電池充電。

        1.4 車輛未啟動狀態(tài)

        當車輛長時間停放后,經(jīng)常會出現(xiàn)低壓蓄電池虧電的現(xiàn)象,導(dǎo)致車輛無法啟動,這種情況需要駕駛員輔助操作,對于不熟悉電動汽車的車主來說通常不知道如何處理,如果處理方法有誤,還有可能損傷電池,帶來不必要的額外損失,是困擾駕駛員的主要問題也是本文闡述的重點。

        車輛長時間放置后,整車控制器VCU休眠,定時計數(shù)器正常計時,當定時器到達設(shè)定時間后,喚醒VCU,VCU采集低壓蓄電池電壓并與設(shè)定的電壓值比較。當采集到的低壓蓄電池電壓低于設(shè)定的閾值時,VCU繼續(xù)檢測有無IGN電源信號及充電喚醒信號。如果檢測到IGN電源信號或充電喚醒信號,則VCU進入常規(guī)喚醒,低壓蓄電池通過上述三種情況進行常規(guī)充電,并將定時器清零。如果VCU沒有檢測到IGN電源信號或充電喚醒信號則激活電池管理系統(tǒng)BMS及DC/DC轉(zhuǎn)換器,BMS檢測動力電池SOC信息,若SOC滿足充電要求,則開始為低壓蓄電池充電。同時VCU持續(xù)檢測DC/DC交互信息,當?shù)蛪盒铍姵爻錆M后,VCU發(fā)送指令停止高壓供電,關(guān)閉BMS及DC/DC轉(zhuǎn)換器,定時器清零并重新計時,VCU進入休眠狀態(tài)。

        2 低壓鐵電池管理實例

        以比亞迪車系為例詳細解釋低壓電池的充電邏輯。比亞迪采用獨有的啟動型鐵電池及電池管理器(以下簡稱鐵電池),具有如下功能:1)對于電子控制系統(tǒng)來說,未進入超低功耗情況下,鐵電池是電子控制裝置的不間斷電源。2)對于混合動力車型,啟動時,鐵電池向啟動系統(tǒng)單獨供電,BMS控制MOS管電路,低壓極柱不影響整車電壓。3)當發(fā)電機和DC/DC降壓輸出不足時,由鐵電池輔助向用電設(shè)備供電。4)鐵電池還可以吸收電路中的瞬時過高壓,保持汽車電器系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定,保護電子元件。5)鐵電池故障報警功能,當鐵電池故障報警時,儀表上故障指示燈點亮(常亮),同時顯示“請檢查低壓電池系統(tǒng)”。6)智能充電和超低功耗功能,在OFF、ACC、ON擋位時,當鐵電池BMS監(jiān)測到自身SOC過低時,控制吸合OFF擋充電繼電器,同時給動力電池BMS發(fā)送充電請求信號,動力電池BMS接收并檢測判定后吸合放電主接觸器,發(fā)送“放電允許”信號給DC/DC轉(zhuǎn)化器,DC/DC轉(zhuǎn)換器判斷自身無故障后給鐵電池進行智能充電。當鐵電池BMS收到動力電池BMS“放電不允許”信號時,鐵電池BMS不再給動力電池BMS發(fā)送充電請求信號,鐵電池BMS切斷低壓回路,即斷開整車電源,進入超低功耗狀態(tài)。 BMS切斷電源進入超低功耗狀態(tài)后,只保留電池SOC檢測功能和駕駛側(cè)車門微動開關(guān)監(jiān)測功能,當檢測到開關(guān)信號有效后喚醒,恢復(fù)供電。

        但智能充電系統(tǒng)并不是萬無一失的,因低壓蓄電池虧電導(dǎo)致車輛無法啟動情況也時有發(fā)生,解決方法如下。

        區(qū)別于傳統(tǒng)汽車對于裝配了低壓鐵電池的新能源車型(如秦、唐、秦EV、 e5等),遇到整車無法上電問題,且執(zhí)行了按左前門外把手上微動開關(guān)(黑色按鈕)操作仍然無法喚醒的情況時, 為了保護電芯和用戶使用安全,不可冒然使用外接蓄電池對火。應(yīng)首先檢查低壓鐵電池實際狀態(tài)找到故障原因,然后再根據(jù)具體情況判定采取哪種處理措施。

        比亞迪新能源汽車配備了兩種類型的低壓鐵電池,混合動力車型低壓鐵電池是三個極柱,分別用于啟動發(fā)動機的啟動極柱、用于給整車低壓電器供電的低壓極柱和負極柱,直接用萬用表測量啟動極柱和負極之間的電壓為低壓鐵電池電壓;純電動車型低壓鐵電池只有正、負兩個極柱,鐵電池內(nèi)部由電芯和模塊兩部分組成,其中電芯由4節(jié)磷酸鐵鋰電池單體串聯(lián)而成。而模塊部分則是LBMS系統(tǒng),與動力電池管理器系統(tǒng)一樣,具有電壓、電流和溫度監(jiān)測功能,存在異常狀態(tài)會觸發(fā)故障報警功能,當鐵電池故障報警時,儀表上的故障指示燈點亮,同時顯示“請檢查低壓電池系統(tǒng)”若智能充電失效,低壓鐵電池有可能切斷整車電源[1]。無法上電時正極柱沒有輸出電壓值,需要使用萬用表測量低壓鐵電池BK50插頭的電池端6號腳和負極之間的電壓。

        3 常見故障解決辦法

        3.1 低壓鐵電池電壓測量值低于7.5 V

        無論混動車型還是純電動車型, 低壓鐵電池電壓測量值低于7.5 V時,不可以直接使用外接蓄電池對火, 需更換低壓鐵電池。

        低壓鐵電池電壓測量值在7.5 V及以上時,針對混動車型需短接K68插頭蓄電池端4號腳和負極,若短接后測量低壓極柱和負極有電壓,且電壓值和啟動極柱與負極之間電壓測量值一致,可確認只是進入了超低功耗模式,那么低壓鐵電池還可以繼續(xù)使用,建議盡快啟動車輛為低壓鐵電池充電。其他情況則可能是低壓電池管理系統(tǒng)內(nèi)部器件損壞, 需更換低壓鐵電池。

        3.2 低壓鐵電池電壓測量低于高于7.5 V

        電壓在7.5 V及以上時,針對秦EV、 e5等純電動車型低壓鐵電池管理器,存在以下三種情況需要排查:

        1)判定是否進入了超低功耗模式(一般測試電壓在12.4 V左右,對應(yīng)最低單節(jié)是3.1 V)。短接BK50插頭電池端6號腳和負極,短接后可聽到繼電器吸合的“咔噠”聲,若短接后測量正、負極柱間有電壓且大于12 V,則低壓鐵電池只是進入了超低功耗模式,還可以繼續(xù)使用,建議盡快啟動車輛為低壓鐵電池充電。

        2)判定是否進入了過放保護模式(一般測試電壓在9.6 V左右,對應(yīng)最低單節(jié)是2.4 V)。此情形下使用外接蓄電池啟動車輛即可喚醒低壓鐵電池管理器進行充電,儀表充電故障指示燈會點亮一會,很快就會熄滅,診斷儀可以讀取到低壓鐵電池相關(guān)數(shù)據(jù)流,此時低壓鐵電池電量比較低, 建議盡快啟動車輛為低壓鐵電池充電。

        3)其他情況。按以上步驟排查后,其他情況則可能是低壓電池管理系統(tǒng)內(nèi)部器件損壞, 需更換低壓鐵電池。

        4 電池管理系統(tǒng)檢測方法

        如果懷疑問題出在電池管理系統(tǒng),可基本歸類為三種故障類型:1)DC/DC轉(zhuǎn)換器對于整車控制器的信息反饋,顯示整車控制器處于故障狀態(tài);2)蓄電池端電壓采集傳感器異常情況;3)DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出電路出現(xiàn)異常[2]??砂慈缦路绞竭M行確認,首先使用解碼儀調(diào)取相關(guān)故障碼,具體說明如表1。

        表1 故障碼列表

        調(diào)取故障碼后可進一步進行端子檢查確定結(jié)果:拔下電池管理器K68連接器,測量線束端連接器各端子間電壓或電阻,具體針腳號及測量正常值如表2。

        表2 測量值對照表

        5 總結(jié)

        綜上所述,新能源汽車的低壓蓄電池擁有一套專門的管理系統(tǒng),針對不同的電池狀態(tài)采取專門的應(yīng)對辦法,只有準確檢測低壓蓄電池的實際狀態(tài),才能精準解決問題,提高車輛使用壽命。

        (05)

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