怎樣使用智能系統(tǒng)策略管理EV輔助電池呢？

一種“智能”系統(tǒng)策略可以確保電動(dòng)汽車無論處于運(yùn)行或停泊狀態(tài)時(shí)，其輔助電池都具有足夠的能量以滿足基本負(fù)載需求。

隨著車輛的電氣化和智能化程度越來越高，輔助系統(tǒng)的能耗也在迅速增加。電壓通常為12V的輔助電池是該系統(tǒng)最重要的組成部分，支持著車輛的正常運(yùn)行。無論車輛是處于行駛還是停泊狀態(tài)，都應(yīng)確保輔助電池具有足夠的能量，滿足基本負(fù)載需求。然而，現(xiàn)有的方案普遍更專注于車輛運(yùn)行時(shí)的能源管理。

為了填補(bǔ)這一空白，一種檢測低荷電狀態(tài)（SoC）的智能策略被提了出來。該策略可根據(jù)負(fù)載優(yōu)先級(jí)臨時(shí)降低輔助負(fù)載，并以最大效率為輔助電池充電，使車輛在輔助電池充電方面做出最智能的決策。

因此，該策略可在維持輔助電池電量的同時(shí)，將電池能耗保持在較低水平。由于輔助負(fù)載是車輛能耗的重要來源，因此必須對(duì)輔助動(dòng)力裝置（APU，Auxiliary Power Unit）進(jìn)行最優(yōu)能量管理。



圖1，混動(dòng)汽車中的輔助系統(tǒng)架構(gòu)。?（福特）

混動(dòng)汽車的輔助系統(tǒng)架構(gòu)（圖1）可能因使用的混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)而有所不同。當(dāng)輔助電池管理系統(tǒng)（ABMS）檢測到輔助電池的SoC（充電狀態(tài)，即電量）過低時(shí)，就會(huì)通過車身控制模塊（BCM）把這一信息傳遞給動(dòng)力總成系統(tǒng)（PCM）。然后，PCM會(huì)命令A(yù)PU開始將高壓（HV）電池的能量輸送至輔助電池。

輔助電池負(fù)載類別

輔助電池承受多種負(fù)載，具體可分為六個(gè)類別，分別是車輛連續(xù)運(yùn)行負(fù)載（包括車輛啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載）、瞬態(tài)負(fù)載（特定事件中所需的負(fù)載）、OBD測試負(fù)載（滿足法規(guī)要求所需的負(fù)載）、車輛安全與性能負(fù)載（分別表示與車輛安全和性能相關(guān)的負(fù)載）和車輛連續(xù)熄火負(fù)載。車輛連續(xù)運(yùn)行負(fù)載與車輛連續(xù)熄火負(fù)載不同，前者的幅值通常高于后者。

本研究重點(diǎn)關(guān)注兩種車輛用例：車輛連續(xù)運(yùn)行負(fù)載和車輛連續(xù)熄火負(fù)載。選擇這兩類負(fù)載是因?yàn)樗鼈兣cAPU策略的相關(guān)性更高。

控制策略的三大關(guān)鍵功能

擬議策略具有三大功能：低電量檢測、輔助負(fù)載優(yōu)先級(jí)排序和輔助電池充電。



圖2，擬議策略的說明。（福特）

圖2顯示了電源和通信示意圖。假設(shè)在電池充電情況下，ABMS檢測到輔助電池的SoC降至低閾值以下，接著BCM會(huì)將該信息從ABMS傳遞給PCM。然后PCM根據(jù)負(fù)載優(yōu)先級(jí)關(guān)閉負(fù)載，并命令A(yù)PU開始將高壓電池的能量傳輸至輔助電池。

圖3，擬議策略的流程圖。（福特）

圖3顯示的是擬議策略的流程圖。必須指出的是，虛線框中的停車時(shí)間僅適用于車輛熄火場景。SoC的下限用于確定輔助電池的SoC是否會(huì)低于該閾值。如果發(fā)生這種情況，下一步行動(dòng)是根據(jù)負(fù)載優(yōu)先級(jí)來確定是否可以關(guān)閉某個(gè)用電負(fù)載。

該流程完成之后，啟動(dòng)APU為輔助電池重新充電。根據(jù)SoC，某些負(fù)載也可基于負(fù)載優(yōu)先級(jí)重新開啟。當(dāng)輔助電池的SoC達(dá)到高閾值時(shí)，APU停止向輔助電池充電。

車輛運(yùn)行場景中的低SoC狀態(tài)檢測是在車輛啟動(dòng)時(shí)開始的。PCM繼續(xù)接收來自ABMS的CAN信號(hào)，如輔助電池SoC和電壓。當(dāng)輔助負(fù)載從輔助電池中獲取電力時(shí)，SoC會(huì)逐漸減少。一旦SoC降至低閾值以下（如10%），則確定為低電量狀態(tài)。否則，PCM將繼續(xù)監(jiān)測這些CAN信號(hào)。

六類輔助負(fù)載

表1顯示了六類輔助負(fù)載的定義。前五類適用于車輛運(yùn)行場景，其優(yōu)先級(jí)順序從高到低依次為：1. 車輛連續(xù)運(yùn)行負(fù)載；2. 車輛安全操作負(fù)載；3. OBD測試負(fù)載；4. 瞬態(tài)負(fù)載；5. 車輛性能負(fù)載。 車輛連續(xù)運(yùn)行負(fù)載的優(yōu)先級(jí)最高，因?yàn)樗鼈優(yōu)檐囕v的任何高級(jí)功能提供了基本功能支持。其次是車輛安全操作負(fù)載。OBD測試負(fù)載（滿足法規(guī)要求所需的負(fù)載）排名第三。然后是瞬態(tài)負(fù)載（如HVAC負(fù)載），其優(yōu)先級(jí)高于車輛性能負(fù)載，因?yàn)樗鼈兲峁┝嘶抉{駛體驗(yàn)。車輛性能負(fù)載的優(yōu)先級(jí)最低，因?yàn)樗鼈兪擒囕v運(yùn)行時(shí)的可選負(fù)載。

在理想情況下，所有負(fù)載都應(yīng)得到滿足。但是在降低能耗和提升性能之間進(jìn)行權(quán)衡時(shí)，可暫時(shí)和/或有條件地關(guān)閉部分負(fù)載。

車輛運(yùn)行場景下的APU充電策略



圖4，APU效率與APU負(fù)載超過其最大負(fù)載的百分比之間的關(guān)系。（福特）?

為了解釋本文中提出的最佳充電策略，圖4顯示了APU效率與APU負(fù)載占其最大負(fù)載的比值之間的關(guān)系。我們可以觀察到，APU負(fù)載為最大負(fù)載的50%-60%時(shí)，最大效率為92%。因此，應(yīng)該選擇APU的運(yùn)行區(qū)間，使其盡可能在最大效率下運(yùn)行。

例如，如果負(fù)載總和要求APU負(fù)載超過60%，則會(huì)暫時(shí)關(guān)閉優(yōu)先級(jí)較低的負(fù)載，以便APU在最大效率下為輔助電池充電。如果負(fù)載總和低于APU當(dāng)前提供的負(fù)載，則APU也可在最大效率下運(yùn)行，但是充電時(shí)間會(huì)相應(yīng)延長。 一旦輔助電池的SoC達(dá)到95%左右，APU將關(guān)閉。由于APU在恒壓模式下運(yùn)行，因此SoC高閾值應(yīng)小于100%。當(dāng)輔助電池充滿電時(shí)，APU負(fù)載會(huì)相應(yīng)降低。為避免APU在低效率下運(yùn)行，應(yīng)在APU負(fù)載未出現(xiàn)大幅下降的情況下，選擇SoC高閾值。

車輛熄火場景下的低SoC狀態(tài)檢測

在車輛熄火場景中，車輛的長時(shí)間停放或某些連續(xù)負(fù)載故障可能導(dǎo)致出現(xiàn)低SoC狀態(tài)。此外，如果部分汽車電控單元（ECU）在完成OBD測試后沒有進(jìn)入“休眠”狀態(tài)，那么也可能出現(xiàn)低SoC狀態(tài)。ECU是否進(jìn)入休眠狀態(tài)可通過其通信狀態(tài)來確定。

與車輛運(yùn)行場景中的低SoC檢測不同，車輛熄火場景中的低SoC檢測是在車輛熄火后開始的。如圖3所示，PCM可能會(huì)從云端接收到一條有關(guān)車輛未來停放天數(shù)的信息。如果車主改變計(jì)劃，那么停放時(shí)間可能會(huì)隨后更新。PCM可根據(jù)車輛停放時(shí)間和當(dāng)前SoC狀態(tài)，來確定輔助電池中是否有足夠的剩余電量，以便在車主返回使用車輛時(shí)做好準(zhǔn)備工作。如果電量不足，那么PCM將繼續(xù)監(jiān)測來自ABMS的CAN信號(hào)，如輔助電池SoC和電壓。

當(dāng)輔助負(fù)載從輔助電池中獲取電力時(shí)，SoC會(huì)隨時(shí)間的推移而降低。一旦SoC降至低閾值以下（如10%），則確定為低SoC狀態(tài)。否則，PCM將繼續(xù)監(jiān)測這些CAN信號(hào)。

車輛熄火場景的輔助負(fù)載優(yōu)先級(jí)排序 ?

與車輛運(yùn)行場景類似，我們也進(jìn)行了車輛熄火場景下的輔助負(fù)載優(yōu)先級(jí)排序。不過這個(gè)場景下的輔助負(fù)載不到五類，僅有三類：車輛連續(xù)熄火負(fù)載、OBD測試負(fù)載和瞬態(tài)負(fù)載。

車輛連續(xù)熄火負(fù)載的優(yōu)先級(jí)最高，但它比車輛連續(xù)運(yùn)行負(fù)載要小得多。OBD測試負(fù)載（根據(jù)法規(guī)要求，OBD測試是必須進(jìn)行的）排名第二。瞬態(tài)負(fù)載（如HVAC負(fù)載）的優(yōu)先級(jí)最低。雖然瞬態(tài)負(fù)載是實(shí)現(xiàn)甚至超過車輛使用壽命目標(biāo)所必需的，但它們不如其他兩類負(fù)載那么重要。

車輛熄火場景下的APU充電策略與車輛運(yùn)行場景相同。不同之處在于負(fù)載的幅值。車輛熄火時(shí)的負(fù)載明顯小于車輛運(yùn)行時(shí)的負(fù)載。充電策略則還是調(diào)整APU的運(yùn)行區(qū)間，以確保其在最大效率下運(yùn)行。

隨著汽車制造商提供的輔助駕駛功能越來越多，輔助電池供應(yīng)商面臨的壓力也越來越大，他們必須在提高電池效率的同時(shí)，實(shí)施更先進(jìn)的能源管理策略，從而在車輛運(yùn)行期間保持SoC穩(wěn)定。因此，我們提出了智能系統(tǒng)策略，以檢測低SoC狀態(tài)，以及根據(jù)需要對(duì)輔助負(fù)載的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，并在汽車運(yùn)行和熄火場景下，通過APU的高效運(yùn)行對(duì)輔助電池進(jìn)行有效充電管理。 ??





審核編輯：劉清