怎样使用智能系统策略管理EV辅助电池呢？

一种“智能”系统策略可以确保电动汽车无论处于运行或停泊状态时，其辅助电池都具有足够的能量以满足基本负载需求。

随着车辆的电气化和智能化程度越来越高，辅助系统的能耗也在迅速增加。电压通常为12V的辅助电池是该系统最重要的组成部分，支持着车辆的正常运行。无论车辆是处于行驶还是停泊状态，都应确保辅助电池具有足够的能量，满足基本负载需求。然而，现有的方案普遍更专注于车辆运行时的能源管理。

为了填补这一空白，一种检测低荷电状态（SoC）的智能策略被提了出来。该策略可根据负载优先级临时降低辅助负载，并以最大效率为辅助电池充电，使车辆在辅助电池充电方面做出最智能的决策。

因此，该策略可在维持辅助电池电量的同时，将电池能耗保持在较低水平。由于辅助负载是车辆能耗的重要来源，因此必须对辅助动力装置（APU，Auxiliary Power Unit）进行最优能量管理。



图1，混动汽车中的辅助系统架构。 （福特）

混动汽车的辅助系统架构（图1）可能因使用的混合动力结构而有所不同。当辅助电池管理系统（ABMS）检测到辅助电池的SoC（充电状态，即电量）过低时，就会通过车身控制模块（BCM）把这一信息传递给动力总成系统（PCM）。然后，PCM会命令APU开始将高压（HV）电池的能量输送至辅助电池。

辅助电池负载类别

辅助电池承受多种负载，具体可分为六个类别，分别是车辆连续运行负载（包括车辆启动时的负载）、瞬态负载（特定事件中所需的负载）、OBD测试负载（满足法规要求所需的负载）、车辆安全与性能负载（分别表示与车辆安全和性能相关的负载）和车辆连续熄火负载。车辆连续运行负载与车辆连续熄火负载不同，前者的幅值通常高于后者。

本研究重点关注两种车辆用例：车辆连续运行负载和车辆连续熄火负载。选择这两类负载是因为它们与APU策略的相关性更高。

控制策略的三大关键功能

拟议策略具有三大功能：低电量检测、辅助负载优先级排序和辅助电池充电。



图2，拟议策略的说明。（福特）

图2显示了电源和通信示意图。假设在电池充电情况下，ABMS检测到辅助电池的SoC降至低阈值以下，接着BCM会将该信息从ABMS传递给PCM。然后PCM根据负载优先级关闭负载，并命令APU开始将高压电池的能量传输至辅助电池。

图3，拟议策略的流程图。（福特）

图3显示的是拟议策略的流程图。必须指出的是，虚线框中的停车时间仅适用于车辆熄火场景。SoC的下限用于确定辅助电池的SoC是否会低于该阈值。如果发生这种情况，下一步行动是根据负载优先级来确定是否可以关闭某个用电负载。

该流程完成之后，启动APU为辅助电池重新充电。根据SoC，某些负载也可基于负载优先级重新开启。当辅助电池的SoC达到高阈值时，APU停止向辅助电池充电。

车辆运行场景中的低SoC状态检测是在车辆启动时开始的。PCM继续接收来自ABMS的CAN信号，如辅助电池SoC和电压。当辅助负载从辅助电池中获取电力时，SoC会逐渐减少。一旦SoC降至低阈值以下（如10%），则确定为低电量状态。否则，PCM将继续监测这些CAN信号。

六类辅助负载

表1显示了六类辅助负载的定义。前五类适用于车辆运行场景，其优先级顺序从高到低依次为：1. 车辆连续运行负载；2. 车辆安全操作负载；3. OBD测试负载；4. 瞬态负载；5. 车辆性能负载。 车辆连续运行负载的优先级最高，因为它们为车辆的任何高级功能提供了基本功能支持。其次是车辆安全操作负载。OBD测试负载（满足法规要求所需的负载）排名第三。然后是瞬态负载（如HVAC负载），其优先级高于车辆性能负载，因为它们提供了基本驾驶体验。车辆性能负载的优先级最低，因为它们是车辆运行时的可选负载。

在理想情况下，所有负载都应得到满足。但是在降低能耗和提升性能之间进行权衡时，可暂时和/或有条件地关闭部分负载。

车辆运行场景下的APU充电策略



图4，APU效率与APU负载超过其最大负载的百分比之间的关系。（福特） 

为了解释本文中提出的最佳充电策略，图4显示了APU效率与APU负载占其最大负载的比值之间的关系。我们可以观察到，APU负载为最大负载的50%-60%时，最大效率为92%。因此，应该选择APU的运行区间，使其尽可能在最大效率下运行。

例如，如果负载总和要求APU负载超过60%，则会暂时关闭优先级较低的负载，以便APU在最大效率下为辅助电池充电。如果负载总和低于APU当前提供的负载，则APU也可在最大效率下运行，但是充电时间会相应延长。 一旦辅助电池的SoC达到95%左右，APU将关闭。由于APU在恒压模式下运行，因此SoC高阈值应小于100%。当辅助电池充满电时，APU负载会相应降低。为避免APU在低效率下运行，应在APU负载未出现大幅下降的情况下，选择SoC高阈值。

车辆熄火场景下的低SoC状态检测

在车辆熄火场景中，车辆的长时间停放或某些连续负载故障可能导致出现低SoC状态。此外，如果部分汽车电控单元（ECU）在完成OBD测试后没有进入“休眠”状态，那么也可能出现低SoC状态。ECU是否进入休眠状态可通过其通信状态来确定。

与车辆运行场景中的低SoC检测不同，车辆熄火场景中的低SoC检测是在车辆熄火后开始的。如图3所示，PCM可能会从云端接收到一条有关车辆未来停放天数的信息。如果车主改变计划，那么停放时间可能会随后更新。PCM可根据车辆停放时间和当前SoC状态，来确定辅助电池中是否有足够的剩余电量，以便在车主返回使用车辆时做好准备工作。如果电量不足，那么PCM将继续监测来自ABMS的CAN信号，如辅助电池SoC和电压。

当辅助负载从辅助电池中获取电力时，SoC会随时间的推移而降低。一旦SoC降至低阈值以下（如10%），则确定为低SoC状态。否则，PCM将继续监测这些CAN信号。

车辆熄火场景的辅助负载优先级排序  

与车辆运行场景类似，我们也进行了车辆熄火场景下的辅助负载优先级排序。不过这个场景下的辅助负载不到五类，仅有三类：车辆连续熄火负载、OBD测试负载和瞬态负载。

车辆连续熄火负载的优先级最高，但它比车辆连续运行负载要小得多。OBD测试负载（根据法规要求，OBD测试是必须进行的）排名第二。瞬态负载（如HVAC负载）的优先级最低。虽然瞬态负载是实现甚至超过车辆使用寿命目标所必需的，但它们不如其他两类负载那么重要。

车辆熄火场景下的APU充电策略与车辆运行场景相同。不同之处在于负载的幅值。车辆熄火时的负载明显小于车辆运行时的负载。充电策略则还是调整APU的运行区间，以确保其在最大效率下运行。

随着汽车制造商提供的辅助驾驶功能越来越多，辅助电池供应商面临的压力也越来越大，他们必须在提高电池效率的同时，实施更先进的能源管理策略，从而在车辆运行期间保持SoC稳定。因此，我们提出了智能系统策略，以检测低SoC状态，以及根据需要对辅助负载的优先级进行排序，并在汽车运行和熄火场景下，通过APU的高效运行对辅助电池进行有效充电管理。   





审核编辑：刘清