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新能源汽車智能充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2019-06-28 23:59:45·  來(lái)源：中國(guó)汽研  
　
本文結(jié)合中國(guó)汽研對(duì)新能源汽車不同車型低壓蓄電池充電系統(tǒng)測(cè)試解析案例，設(shè)計(jì)了一種低壓鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)，實(shí)時(shí)估算低壓鉛酸蓄電池SOC（State of Charge）
本文結(jié)合中國(guó)汽研對(duì)新能源汽車不同車型低壓蓄電池充電系統(tǒng)測(cè)試解析案例，設(shè)計(jì)了一種低壓鉛酸蓄電池智能充電系統(tǒng)，實(shí)時(shí)估算低壓鉛酸蓄電池SOC（State of Charge），對(duì)低壓鉛酸蓄電池充放電過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，使其始終處于淺充淺放狀態(tài)，有利于延長(zhǎng)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(shí)時(shí)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(dòng)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(dāng)前SOC

- 低壓鉛酸蓄電池充滿電后，下高壓電，充電結(jié)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(shí)積分法相結(jié)合的方式測(cè)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(guān)系，系統(tǒng)電路采集蓄電池電壓值，結(jié)合蓄電池溫度修正查表測(cè)算出SOC。
 
圖2 蓄電池端電壓與SOC關(guān)系以及曲線擬合
 
通過(guò)對(duì)蓄電池在不同環(huán)境溫度下的充放電試驗(yàn)得到的端電壓與SOC的關(guān)系曲線，對(duì)常溫曲線采用最小二剩法進(jìn)行曲線擬合得到該溫度條件下的曲線公式，不同端電壓對(duì)應(yīng)SOC便可通過(guò)公式計(jì)算出。
 
2）充電過(guò)程中，智能充電系統(tǒng)采集充電電流，結(jié)合初始SOC值、蓄電池容量，采用安時(shí)積分法計(jì)算出蓄電池當(dāng)前充電量，表達(dá)式如下：

 
式中t為電流采樣時(shí)間間隔；Q為電池容量；η為充放電庫(kù)倫效率；?為溫度影響系數(shù)。電流方向充電時(shí)為正，放電時(shí)為負(fù)。
 
3、智能充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
智能充電系統(tǒng)包括硬件電路設(shè)計(jì)和控制策略軟件設(shè)計(jì)：
 
1）硬件電路主要設(shè)計(jì)蓄電池的信號(hào)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(shè)計(jì)：結(jié)合硬件電路對(duì)蓄電池端電壓、充放電電流和溫度的采集估算出SOC，對(duì)蓄電池充放電過(guò)程進(jìn)行智能動(dòng)態(tài)控制?？刂撇呗粤鞒虉D如下圖3所示：
 
圖3 蓄電池充電流程
 
4、智能充電試驗(yàn)驗(yàn)證
智能充電系統(tǒng)搭載在純電動(dòng)汽車上進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，為了縮短試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)間，提前對(duì)蓄電池進(jìn)行了充電放預(yù)處理，將蓄電池SOC標(biāo)定在80%左右。試驗(yàn)前在蓄電池極柱上安裝電壓、電流傳感器，試驗(yàn)過(guò)中實(shí)時(shí)觀察蓄電池充放電電流大小和電壓變化情況。結(jié)合電流傳感器安裝方向，電流數(shù)值為正時(shí)蓄電池放電，電流數(shù)值為負(fù)時(shí)蓄電池處于充電狀態(tài)。
 
表1 系統(tǒng)部件參數(shù)
 
圖4 蓄電池充電放電電流電壓曲線
 
如上圖4所示，試驗(yàn)電壓電流曲線結(jié)果表明，蓄電池在截止放電條件時(shí)刻，智能充電系統(tǒng)夠能激活動(dòng)力電池BMS和DC/DC模塊為蓄電池充電；當(dāng)蓄電池充電至滿電量時(shí)，智能充電系統(tǒng)能夠控制車輛高壓系統(tǒng)下電，停止對(duì)蓄電池充電。
 
5、小結(jié)

本文介紹了一種新能源汽車低壓蓄電池智能充電系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。中國(guó)汽研在新能源汽車電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)試、整車電平衡測(cè)試、電性能測(cè)試方面具有豐富的案例和數(shù)據(jù)積累。欲了解相關(guān)更多的詳情可通過(guò)公眾號(hào)聯(lián)系我們！
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