混合动力汽车中铅酸蓄电池的充电控制方法

摘要

本发明提供了一种混合动力汽车中铅酸蓄电池的充电控制方法，在铅酸蓄电池上设置温度传感器，当整车上弱电时，电池管理系统读取并存储铅酸蓄电池的第一端电压U和温度T，将铅酸蓄电池的第一端电压U与温度T下铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4进行对比并按要求充电直至驾驶员按下下电按钮，此时整车断开除电池管理系统及DC/DC外的所有高压并设置DC/DC的输出电压为0，电池管理系统读取并存储铅酸蓄电池的第二端电压U＇，将铅酸蓄电池的第二端电压U＇与温度T下铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4进行对比并按要求充电直至整车完全下电。本发明可有效延长蓄电池使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种充电控制方法，特别涉及一种混合动力汽车中铅酸蓄电池的充电控制方法。

背景技术

随着汽车工业的发展以及人们对环境保护意识的深入，新能源汽车必将成为市场的主流。新能源汽车相比传统车增加了整车控制器和DC/DC等硬件，这对低压辅助供电系统的充放电管理提供了一定条件。

而混合动力汽车低压辅助供电系统中，发动机通过行星齿轮箱与永磁发电机连接，可以通过其发电，因此取消了传统汽车中与发动机相连的小发电机；系统中直流转直流逆变器DC/DC的输入能量可由永磁发电机以及动力电池包单独或联合提供，即其输入电压就是高压直流母线电压。DC/DC的输出供电给车内低压负载以及蓄电池。整车强电时，当低压用电设备有大功率需求时，其可与DC/DC共同为整车低压用电设备供电，此时蓄电池处于放电状态；当蓄电池存储的电量不足时，DC/DC给低压用电设备供电的同时也给蓄电池充电，此时蓄电池处于充电状态。当整车处于弱电状态时，整车可工作的用电设备数量受到限制且全部能量由蓄电池提供，蓄电池处于放电状态。混合动力汽车低压辅助供电系统中，DC/DC可由电池管理系统BMS控制其输出电压的变化，由于DC/DC与蓄电池直接相连，当整车上强电时蓄电池的电压随DC/DC输出电压的变化而变化，上强电后DC/DC自带的电压传感器的电压无法真实反应蓄电池的状态，一般将整车在弱电状态下采集的电压作为判断依据。

由于铅蓄电池具有价格便宜、使用方便、性能可靠等优点，绝大多数汽车都采用其作为弱电电源。但受传统车硬件的限制，很少有人研究对汽车铅酸电池的充放电管理。现有技术中，铅酸蓄电池的充电方式存在以下缺点：1)大多数传统车中基本都采用恒压的充电策略，充电电压一般设置在14至14.5V之间，当蓄电池馈电时，初期充电电流会很大，对蓄电池有损害作用，且其在充电速率和效率上受一定限制；2)没有对温度采用电压补偿策略，在温度很高和很低时都用同一电压充电，会导致过充或充电不足的情况；3)在弱电下很少对蓄电池电量进行监测与提示，可能无意识的将其电量放光，导致下次无法启动汽车，同时对蓄电池的损害很大；4)当蓄电池满时仍旧提供较高的电压进行充电，可能会导致过充。

随着混合动力汽车的广泛推广，混合动力汽车低压辅助供电系统中的铅酸蓄电池的充电控制方法成为混合动力汽车发展过程中的一个重要课题之一。

发明内容

本发明旨在提供一种有效保护铅酸蓄电池且高效率充电、有效延长蓄电池使用寿命的混合动力汽车中铅酸蓄电池的充电控制方法。

本发明通过以下方案实现：

一种混合动力汽车中铅酸蓄电池的充电控制方法，在铅酸蓄电池上设置温度传感器，当整车上弱电时，电池管理系统读取并存储铅酸蓄电池的第一端电压U和温度T，将铅酸蓄电池的第一端电压U与温度T下铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4进行对比：

当U＞U1时，若整车为强电状态，则铅酸蓄电池以DC/DC输出的恒定电压充电，所述DC/DC输出的恒定电压为温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮；若整车不在强电状态，则重复U是否满足U＞U1的判断流程；

当U≤U1时，若整车为强电状态则铅酸蓄电池以阶段式充电策略一充电；若整车不在强电状态，若U2≤U≤U1则车载仪表上无操作提示，若U3≤U＜U2则在车载仪表上显示“建议上强电”，若U4＜U＜U3则在车载仪表上显示“请上强电”，若U≤U4则在车载仪表上显示“馈电，请维护电池”并随后整车完全下电；在车载仪表上为无操作提示、显示“建议上强电”或显示“请上强电”情况下，若驾驶员执行上强电操作则铅酸蓄电池以阶段式充电策略一进行充电，若驾驶员不执行上强电操作则重复U是否满足U2≤U≤U1的判断流程；

铅酸蓄电池以DC/DC输出的恒定电压充电或铅酸蓄电池以阶段式充电策略一充电后，若驾驶员按下下电按钮，则整车断开除电池管理系统及DC/DC外的所有高压并设置DC/DC的输出电压为0，电池管理系统读取并存储铅酸蓄电池的第二端电压U＇，将铅酸蓄电池的第二端电压U＇与温度T下铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4进行对比并按要求充电直至整车完全下电；若驾驶员未按下下电按钮，则重复U是否满足U＞U1的判断流程。

进一步地，所述铅酸蓄电池的第二端电压U＇与温度T下铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4进行对比并按要求充电直至整车完全下电步骤包括：

当U＇≥U2时，整车完全下电；

当U3≤U＇＜U2时，若动力电池包的荷电状态大于50％，则铅酸蓄电池以阶段式充电策略二充电20min以上后整车完全下电，此步充电时间一般控制在20～25min；否则直接整车完全下电；

当U4＜U＇＜U3时，若动力电池包的荷电状态大于70％，则铅酸蓄电池以阶段式充电策略二充电40min以上后整车完全下电，此步充电时间一般控制在40～45min；若动力电池包的荷电状态不大于70％且动力电池包的荷电状态大于50％，则铅酸蓄电池以阶段式充电策略二充电20min以上后整车完全下电，此步充电时间一般控制在20～25min；否则直接整车完全下电；

当U＇≤U4时，在车载仪表上显示“馈电，请维护电池”并随后整车完全下电。

一般情况下，为了给驾驶员有足够时间的反应，在车载仪表上显示“馈电，请维护电池”到整车完全下电的时间控制在5～10秒。

所述阶段式充电策略一为：将铅酸蓄电池的第一端电压U加上1V且不大于温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮作为DC/DC的输出电压，并以每分钟0.125V的幅度增加，最终恒定在温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮。

所述阶段式充电策略二为：将铅酸蓄电池的第二端电压U＇加上1V且不大于温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮作为DC/DC的输出电压，并以每分钟0.125V的幅度增加，最终恒定在温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮。

所述温度T下铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4及温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮通过查表1获得。

表1

表1中的温度范围的设定，可以根据实际情况适当调整。

表1中的U11～U18、U21～U28、U31～U38、U41～U48代表的具体数值，其获得方法有多种，使用较多的方法是：各取若干个电压内阻均正常的铅酸蓄电池分别置于表1中的各种温度范围的环境下，若干个铅酸蓄电池均分后分别给铅酸蓄电池充电，使得铅酸蓄电池的带电量分别为100％、70％、40％、10％，搁置30min～60min后，分别测量各分组中铅酸蓄电池的端电压，考虑到测试误差及电池异常情况，每个温度下每个带电量状况下的测试时，取样量为5～10个，并且在温度范围比较大时，需要在靠近极限的温度值时获取数据；分别取铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％在不同温度范围下的平均值作为在该温度范围下的铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4。

表1中的U_浮1～U_浮8代表的具体数值，其获得方法为：首先各取若干个充满电的且电压内阻均正常的铅酸蓄电池分别置于表1中的各种温度范围的环境下，搁置1～4h后，分别测铅酸蓄电池的自放电电流并各取其平均值；之后各取若干个充满电的且电压内阻均正常的铅酸蓄电池分别置于表1中的各种温度范围的环境下，搁置1～4h后，分别给铅酸蓄电池施加较小的电压进行充电，施加电压以缓慢的速度增加并同时测量充电电流直至充电电流达到各温度范围下对应的自放电电流平均值，此时的施加电压即为铅酸蓄电池的浮充电压。一般情况下，考虑到测试误差及电池异常情况，取样量一般为5～10个。

本发明的混合动力汽车中铅酸蓄电池的充电控制方法，具有以下优点：

1、在弱电状态下能够通过铅酸蓄电池的温度和电压实时监测其电量，提供亏电保护机制。

2、当检测到铅酸蓄电池电量充足时，DC/DC输出的恒定电压充电，而DC/DC输出的恒定电压为温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮，如此设计是为了避免蓄电池过电压波动使整车供电稳定且能防止过充；而铅酸蓄电池以阶段式充电策略充电，能够提高充电效率和速率，且不会导致大电流的充电，能够很好的延长铅酸蓄电池的使用寿命。

3、当驾驶员按下下电按钮后，电池管理系统BMS会根据动力电池包的荷电状态SOC和铅酸蓄电池的电压来判断铅酸蓄电池是否以阶段式充电策略继续充电一段时间，这种设计可以尽量使铅酸蓄电池不处于馈电状态，馈电对铅酸蓄电池的寿命有很大影响，比如，如果下电后，这车有一段时间没开的话，铅酸蓄电池的电量就会慢慢的减少，导致严重馈电，对寿命影响大。

4、本发明方法在弱电下监测蓄电池的状态，制定了不同状态下的亏电保护机制，并在整车上强电后采用阶段式充电策略。通过实车试验表明，本发明方法可以有效提高蓄电池的充电效率、缩短充电时间、防止蓄电池过充和充电电流过大，在一定程度上延长了蓄电池的使用寿命，这对混合动力汽车的铅酸蓄电池实现更合理的充电管理具有重要的实用价值。

附图说明

图1：混合动力汽车中铅酸蓄电池的充电控制流程图

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。

实施例1

一种混合动力汽车中铅酸蓄电池的充电控制方法，其控制流程图如图1所示，在铅酸蓄电池上设置温度传感器，当整车上弱电时，电池管理系统读取并存储铅酸蓄电池的第一端电压U和温度T，将铅酸蓄电池的第一端电压U与温度T下铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4进行对比：

当U＞U1时，若整车为强电状态，则铅酸蓄电池以DC/DC输出的恒定电压充电，所述DC/DC输出的恒定电压为温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮；若整车不在强电状态，则重复U是否满足U＞U1的判断流程；

当U≤U1时，若整车为强电状态则铅酸蓄电池以阶段式充电策略一充电；若整车不在强电状态，若U2≤U≤U1则车载仪表上无操作提示，若U3≤U＜U2则在车载仪表上显示“建议上强电”，若U4＜U＜U3则在车载仪表上显示“请上强电”，若U≤U4则车载仪表上显示“馈电，请维护电池”并5s后整车完全下电；在车载仪表上为无操作提示、显示“建议上强电”或显示“请上强电”情况下，若驾驶员执行上强电操作则铅酸蓄电池以阶段式充电策略一进行充电，若驾驶员不执行上强电操作则重复U是否满足U2≤U≤U1的判断流程；

铅酸蓄电池以DC/DC输出的恒定电压充电或铅酸蓄电池以阶段式充电策略一充电后，若驾驶员按下下电按钮，则整车断开除电池管理系统及DC/DC外的所有高压并设置DC/DC的输出电压为0，电池管理系统读取并存储铅酸蓄电池的第二端电压U＇，将铅酸蓄电池的第二端电压U＇与温度T下铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4进行对比：

当U＇≥U2时，整车完全下电；

当U3≤U＇＜U2时，若动力电池包的荷电状态大于50％，则铅酸蓄电池以阶段式充电策略二充电20min后整车完全下电；否则直接整车完全下电；

当U4＜U＇＜U3时，若动力电池包的荷电状态大于70％，则铅酸蓄电池以阶段式充电策略二充电40min后整车完全下电；若动力电池包的荷电状态不大于70％且动力电池包的荷电状态大于50％，则铅酸蓄电池以阶段式充电策略二充电20min后整车完全下电；否则直接整车完全下电；

当U＇≤U4时，车载仪表上显示“馈电，请维护电池”并5s后整车完全下电。

若驾驶员未按下下电按钮，则重复U是否满足U＞U1的判断流程。

阶段式充电策略一为：将铅酸蓄电池的第一端电压U加上1V且不大于温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮作为DC/DC的输出电压，并以每分钟0.125V的幅度增加，最终恒定在温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮。

阶段式充电策略二为：将铅酸蓄电池的第二端电压U＇加上1V且不大于温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮作为DC/DC的输出电压，并以每分钟0.125V的幅度增加，最终恒定在温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮。

温度T下铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4及温度T下铅酸蓄电池的浮充电压U_浮通过查表1获得。

表1

表1中的U11～U18、U21～U28、U31～U38、U41～U48代表的具体数值，其获得方法为：各取32个电压内阻均正常的铅酸蓄电池分别置于表1中的各种温度范围的环境下，32个铅酸蓄电池均分为四组，每组8个铅酸蓄电池，分别给各组铅酸蓄电池充电，一组铅酸蓄电池的带电量为100％，一组铅酸蓄电池的带电量为70％，一组铅酸蓄电池的带电量为40％，一组铅酸蓄电池的带电量为10％，搁置30min～60min后，分别测量各分组铅酸蓄电池的端电压，并分别取平均值作为在该温度范围下的铅酸蓄电池的荷电状态为100％、70％、40％和10％所对应的电压值U1、U2、U3和U4。

表1中的U_浮1～U_浮8代表的具体数值，其获得方法为：首先各取8个充满电的且电压内阻均正常的铅酸蓄电池分别置于表1中的各种温度范围的环境下，搁置1～4h后，分别测铅酸蓄电池的自放电电流并各取其平均值；之后各取8个充满电的且电压内阻均正常的铅酸蓄电池分别置于表1中的各种温度范围的环境下，搁置1～4h后，分别给铅酸蓄电池施加较小的电压进行充电，施加电压以缓慢的速度增加并同时测量充电电流直至充电电流达到各温度范围下对应的自放电电流平均值，此时的施加电压即为铅酸蓄电池的浮充电压。