新能源汽车智能充电系统设计

1 智能充电系统原理

低压铅酸蓄电池智能充电系统框图下图1所示：

1）低压铅酸蓄电池放电，智能充电系统实时监控估算SOC：

• 采集蓄电池端电压
• 采集蓄电池放电电流
• 采集蓄电池温度

2）低压铅酸蓄电池充电：

• 整车控制器VCU唤醒动力电池管理模块BMS，上高压电：
• VCU使能激活DC/DC模块
• 低压铅酸蓄电池充电
• VCU采集充电量估算蓄电池当前SOC
• 低压铅酸蓄电池充满电后，下高压电，充电结束

图1 蓄电池智能充电系统框图

2 低压铅酸蓄电池SOC估算

本文采用开路电压法和安时积分法相结合的方式测算蓄电池SOC。

1）开路电压法的理论依据蓄电池端电压与SOC呈分段线性函数关系，系统电路采集蓄电池电压值，结合蓄电池温度修正查表测算出SOC。

图2 蓄电池端电压与SOC关系以及曲线拟合

通过对蓄电池在不同环境温度下的充放电试验得到的端电压与SOC的关系曲线，对常温曲线采用最小二剩法进行曲线拟合得到该温度条件下的曲线公式，不同端电压对应SOC便可通过公式计算出。

2）充电过程中，智能充电系统采集充电电流，结合初始SOC值、蓄电池容量，采用安时积分法计算出蓄电池当前充电量，表达式如下：

式中t为电流采样时间间隔；Q为电池容量；η为充放电库伦效率；ɛ为温度影响系数。电流方向充电时为正，放电时为负。

3 智能充电系统设计

智能充电系统包括硬件电路设计和控制策略软件设计：

1）硬件电路主要设计蓄电池的信号采集电路。包含蓄电池电压采集电路、充放电电流采集电路和环境温度采集电路。

2）控制策略软件设计：结合硬件电路对蓄电池端电压、充放电电流和温度的采集估算出SOC，对蓄电池充放电过程进行智能动态控制。控制策略流程图如下图3所示：

图3 蓄电池充电流程

4 智能充电试验验证

智能充电系统搭载在纯电动汽车上进行测试验证，为了缩短试验验证时间，提前对蓄电池进行了充电放预处理，将蓄电池SOC标定在80%左右。试验前在蓄电池极柱上安装电压、电流传感器，试验过中实时观察蓄电池充放电电流大小和电压变化情况。结合电流传感器安装方向，电流数值为正时蓄电池放电，电流数值为负时蓄电池处于充电状态。

图4 蓄电池充电放电电流电压曲线

如上图4所示，试验电压电流曲线结果表明，蓄电池在截止放电条件时刻，智能充电系统够能激活动力电池BMS和DC/DC模块为蓄电池充电；当蓄电池充电至满电量时，智能充电系统能够控制车辆高压系统下电，停止对蓄电池充电。

5 小结

本文介绍了一种新能源汽车低压蓄电池智能充电系统的设计。中国汽研在新能源汽车电源系统设计测试、整车电平衡测试、电性能测试方面具有丰富的案例和数据积累。