一种新能源汽车低压蓄电池补电电路及其控制方法与流程

本发明涉及一种新能源汽车低压蓄电池补电技术领域，特别是涉及一种新能源汽车低压蓄电池补电电路及其控制方法。

背景技术：

针对新能源车辆，整车低压蓄电池主要用于车辆停车锁车状态时为车辆防盗模块、车辆远程唤醒控制模块等其他控制模块供电。区别于传统燃油车辆的低压蓄电池启动时大电流输出，纯电动车辆的低压蓄电池功率要求小。因此，各个整车厂设计的纯电动车辆用低压蓄电池功率较小。另外一方面，低压蓄电池(铅酸蓄电池)在车辆停车锁车状态时处于放电状态，为避免低压蓄电池深度放电，对电池造成不可逆的损坏。如何设计一种低压蓄电池补电策略，满足纯电动车辆停车锁车状态时车身防盗模块、车辆远程唤醒控制模块等其他模块长时间的供电需求。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种新能源汽车低压蓄电池补电电路及其控制方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明公开了一种新能源汽车低压蓄电池补电电路，包括低压蓄电池、高压蓄电池、dc/dc降压模块、蓄电池电流采集模块、蓄电池电压采集模块、蓄电池温度采集模块和整车控制器；

高压蓄电池的电源输出端与dc/dc降压模块的电源输入端相连，dc/dc降压模块的电源输出端与低压蓄电池的电源输出端相连，dc/dc降压模块的信号输入端与整车控制器的信号输出端相连；

蓄电池电流采集模块的电流采集端与低压蓄电池的电流采集端相连，蓄电池电流采集模块的电流输出端与整车控制器的电流输入端相连；蓄电池电压采集模块的电压采集端与低压蓄电池的电压采集端相连，蓄电池电压采集模块的电压输出端与整车控制器的电压输入端相连；蓄电池温度采集模块的温度采集端与低压蓄电池的温度采集端相连，蓄电池温度采集模块的温度输出端与整车控制器的温度输入端相连。满足纯电动车辆停车锁车状态时车身防盗模块、车辆远程唤醒控制模块等其他模块长时间的供电需求，避免低压蓄电池深度放电，对电池造成不可逆的损坏。

在本发明的一种优选实施方式中，dc/dc降压模块包括降压芯片u2，降压芯片u2的电压输入端in和降压芯片u2的控制端vcontrol分别与二极管d11的正极、电容c25的第一端、场效应管q4的源极相连，电容c25的第二端分别与电容c24的第一端、电容c26的第一端、电阻r13的第一端、高压蓄电池的负极和低压蓄电池的负极相连，电容c24的第二端和场效应管q4的漏极分别与电阻r12的第一端和高压蓄电池的正极相连，电阻r12的第二端分别与二极管d11的负极和二极管d12的负极相连，场效应管q4的栅极与整车控制器的信号输出端相连，电阻r13的第二端与降压芯片u2的电压设置端set相连，电容c26的第二端分别与降压芯片u2的电压输出端out、二极管d12的正极和低压蓄电池的正极相连。将高压蓄电池的电源电压转换为低压蓄电池的充电电源电压，输出的电压稳定。

在本发明的一种优选实施方式中，降压芯片u2的型号为lt3083。

在本发明的一种优选实施方式中，蓄电池电流采集模块包括电流芯片u1，电流芯片u1的电源端rs+与低压蓄电池的正极和电容c22的第一端相连，电容c22的第二端、电流芯片u1的关闭端shdn和电流芯片u1的接地端分别与电源地相连，电流芯片u1的电源端rs-分别与dc/dc降压模块的电源输出端和负载相连，电流芯片u1的电流方向输出端与整车控制器的电流方向端相连，电流芯片u1的电流输出端out分别与整车控制器的电流输入端和电阻r22的第一端相连，电阻r22的第二端与电源地相连。采集低压蓄电池的充、放电电流，灵敏度高。

在本发明的一种优选实施方式中，电流芯片u1的型号为max471。

在本发明的一种优选实施方式中，蓄电池电压采集模块包括放大器u4，放大器u4的反相输入端分别与电阻r11的第一端、电阻r41的第一端、电阻r61的第一端和电容c41的第一端相连，电阻r61的第二端和电容c41的第二端分别与放大器u4的输出端和整车控制器的电压输入端相连，电阻r41的第二端与电阻r51的第一端相连，电阻r51的第二端分别与电阻r31的第一端、电容c31的第一端和放大器u4的正相输入端相连，电容c31的第二端分别与电阻r21的第一端和第一电源vref相连，电阻r11的第二端分别与电容c11的第一端和低压蓄电池的负极相连，电容c11的第二端分别与电阻r21的第二端和电容c21的第一端相连，电容c21的第二端和电阻r31的第二端分别与低压蓄电池的正极相连。采集低压蓄电池两端的电压，防止低压蓄电池深度放电。

在本发明的一种优选实施方式中，蓄电池温度采集模块包括温度芯片u3，温度芯片u3设置于低压蓄电池溶液中，温度芯片u3的接地端与电源地相连，温度芯片u3的供电端与第二电源vdd相连，温度芯片u3的数据输出端分别与电阻r14的第一端、整车控制器的温度输入端和整车控制器的温度信号发送端相连，电阻r14的第二端与第三电源vpu相连。监测低压蓄电池充、放电时的温度，及时提醒工作人员注意。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括低压蓄电池保护模块，低压蓄电池保护模块连接在低压蓄电池与dc/dc降压模块间，所述低压蓄电池保护模块包括三极管q1，三极管q1的发射极分别与电阻r1的第一端和电阻r2的第一端相连，电阻r1的第二端与可调电阻vr1的第一端相连，可调电阻vr1的第二端分别与稳压器d3的正极、电阻r4的第一端和场效应管q2的漏极相连，可调电阻vr1的调节端分别与可调电阻vr2的第一端和稳压器d3的参考端相连，可调电阻vr2的第二端分别与二极管d2的负极和电阻r4的第二端相连，二极管d2的正极分别与三极管q1的集电极、电阻r5的第一端和电阻r6的第一端相连，电阻r5的第二端分别与场效应管q2的栅极和场效应管q3的栅极相连，场效应管q2的源极与场效应管q3的源极相连，场效应管q3的漏极与电阻r6的第二端相连，稳压器d3的负极与电阻r3的第一端相连，电阻r3的第二端与二极管d1的负极相连，二极管d1的正极分别与电阻r2的第二端和三极管q1的基极相连。防止高压蓄电池与低压蓄电池接线错误，以及当高压蓄电池输出高于+12v的电压，低压蓄电池不充电；当低压蓄电池输出低于+10v不放电。

本发明还公开了一种新能源汽车低压蓄电池补电控制方法，包括以下步骤：

s1，整车控制器检测低压蓄电池内剩余电量是否小于或等于预设第一剩余电量：

若整车控制器检测的低压蓄电池内剩余电量小于或等于预设第一剩余电量，则整车控制器控制dc/dc降压模块工作，dc/dc降压模块向低压蓄电池输入+12v电压，对低压蓄电池充电；执行步骤s2或s5；

若整车控制器检测的低压蓄电池内剩余电量大于预设第一剩余电量，则整车控制器控制dc/dc降压模块不工作；执行步骤s1或s3；

s2，若整车控制器接收到蓄电池电流采集模块输出的电流方向为高电平，则此时高压蓄电池向低压蓄电池充电，记录当前此时刻蓄电池电流采集模块输出的电流值大小；当整车控制器检测的低压蓄电池内剩余电量大于或等于预设第二剩余电量，预设第二剩余电量大于预设第一剩余电量，则整车控制器控制dc/dc降压模块停止工作，低压蓄电池向负载供电；执行步骤s1或s3；

s3，若整车控制器接收到蓄电池电流采集模块输出的电流方向为低电平，则此时低压蓄电池向负载模块放电，记录当前此时刻蓄电池电流采集模块输出的电流值大小；整车控制器向蓄电池电压采集模块获取低压蓄电池的电压，判断整车控制器采集的蓄电池电压是否小于或等于预设第一电压：

若整车控制器采集的蓄电池电压小于或等于预设第一电压，则整车控制器控制dc/dc降压模块工作，dc/dc降压模块向低压蓄电池输入+12v电压，对低压蓄电池充电；执行步骤s2或s4或s5；

若整车控制器采集的蓄电池电压大于预设第一电压，则整车控制器控制dc/dc降压模块不工作；执行步骤s3或s1；

s4，整车控制器获取蓄电池温度采集模块采集的温度，判断整车控制器采集的蓄电池温度是否大于或等于预设第一温度：

若整车控制器采集的蓄电池温度大于或等于预设第一温度，则整车控制器发出报警信号；执行步骤s1或s5；

若整车控制器采集的蓄电池温度小于预设第一温度，则整车控制器不发出报警信号；执行步骤s1或s5；

s5，整车控制器向蓄电池电压采集模块获取低压蓄电池的电压，判断整车控制器采集的蓄电池电压是否小于或等于预设第二电压，预设第二电压大于预设第一电压：

若整车控制器采集的蓄电池电压大于预设第二电压，则整车控制器控制dc/dc降压模块不工作；低压蓄电池向负载供电；执行步骤s1或s3或s4；

若整车控制器采集的蓄电池电压小于或等于预设第二电压，则执行步骤s2或s4。避免低压蓄电池深度放电，对电池造成不可逆的损坏，使蓄电池整个使用生命均处于浅充浅放状态，大大延长了蓄电池的使用时间，降低了车主使用成本和维护成本。

在本发明的一种优选实施方式中，剩余电量的计算方法为：

其中，δ为蓄电池类型比例系数，一般取0.7～1.1，为t时刻循环充、放电健康综合因子，为t时刻内阻健康因子，为t时刻电压健康因子，ηt为t时刻蓄电池溶液浓度，为蓄电池从t0时刻至t1时刻的剩余电量，q为蓄电池的标称荷电量，δq＝q′-q，q′为蓄电池实际荷电量，δq为蓄电池初始荷电量校正值，安时积分项中的i(t)为蓄电池充、放电实时t电流值，充电电流取正值，放电电流取负值，pt为t时刻温度比例系数，为蓄电池在t1时刻的热力学温度，为蓄电池在t1-1时刻的热力学温度，t1-k时刻在t0时刻与t1时刻之间，k为正整数；为从t0时刻至t1时刻累加次数。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明能够避免低压蓄电池深度放电，对电池造成不可逆的损坏，有利于蓄电池整个使用生命均处于浅充浅放状态，大大延长了蓄电池的使用时间，降低了车主使用成本和维护成本。

附图说明

图1是本发明连接示意框图。

图2是本发明电路连接示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明公开了一种新能源汽车低压蓄电池补电电路，如图1所示，包括低压蓄电池、高压蓄电池、dc/dc降压模块、蓄电池电流采集模块、蓄电池电压采集模块、蓄电池温度采集模块和整车控制器。在本实施方式中，低压蓄电池为车载电池，其输出电压为12v，高压蓄电池为24v或48v的铅酸蓄电池。

高压蓄电池的电源输出端与dc/dc降压模块的电源输入端相连，dc/dc降压模块的电源输出端与低压蓄电池的电源输出端相连，dc/dc降压模块的信号输入端与整车控制器的信号输出端相连。

蓄电池电流采集模块的电流采集端与低压蓄电池的电流采集端相连，蓄电池电流采集模块的电流输出端与整车控制器的电流输入端相连；蓄电池电压采集模块的电压采集端与低压蓄电池的电压采集端相连，蓄电池电压采集模块的电压输出端与整车控制器的电压输入端相连；蓄电池温度采集模块的温度采集端与低压蓄电池的温度采集端相连，蓄电池温度采集模块的温度输出端与整车控制器的温度输入端相连。

在本发明的一种优选实施方式中，如图2所示，dc/dc降压模块包括降压芯片u2，降压芯片u2的电压输入端in和降压芯片u2的控制端vcontrol分别与二极管d11的正极、电容c25的第一端、场效应管q4的源极相连，电容c25的第二端分别与电容c24的第一端、电容c26的第一端、电阻r13的第一端、高压蓄电池的负极和低压蓄电池的负极相连，电容c24的第二端和场效应管q4的漏极分别与电阻r12的第一端和高压蓄电池的正极相连，电阻r12的第二端分别与二极管d11的负极和二极管d12的负极相连，场效应管q4的栅极与整车控制器的信号输出端相连，电阻r13的第二端与降压芯片u2的电压设置端set相连，电容c26的第二端分别与降压芯片u2的电压输出端out、二极管d12的正极和低压蓄电池的正极相连。在本实施方式中，降压芯片u2的型号为lt3083，电阻r12的阻值为10k，场效应管q4的型号为buz11，二极管d11的型号为1n4148，电容c24和电容c26的容值均为10uf，电容c25的容值为15uf，电阻r13的阻值为240～250k，二极管d12为12v稳压二极管。

在本发明的一种优选实施方式中，蓄电池电流采集模块包括电流芯片u1，电流芯片u1的电源端rs+与低压蓄电池的正极和电容c22的第一端相连，电容c22的第二端、电流芯片u1的关闭端shdn和电流芯片u1的接地端分别与电源地相连，电流芯片u1的电源端rs-分别与dc/dc降压模块的电源输出端和负载相连，其中，该负载为车身防盗模块、车辆远程唤醒控制模块等等。电流芯片u1的电流方向输出端sign与整车控制器的电流方向端相连，电流芯片u1的电流方向输出端sign还与电阻r99的第一端相连，电阻r99的第二端与+5v/12v电源相连，电流芯片u1的电流输出端out分别与整车控制器的电流输入端和电阻r22的第一端相连，电阻r22的第二端与电源地相连。电阻r99的阻值为100kω，电阻r22的阻值为2kω。

在本发明的一种优选实施方式中，蓄电池电压采集模块包括放大器u4，放大器u4的反相输入端分别与电阻r11的第一端、电阻r41的第一端、电阻r61的第一端和电容c41的第一端相连，电阻r61的第二端和电容c41的第二端分别与放大器u4的输出端和整车控制器的电压输入端相连，电阻r41的第二端与电阻r51的第一端相连，电阻r51的第二端分别与电阻r31的第一端、电容c31的第一端和放大器u4的正相输入端相连，电容c31的第二端分别与电阻r21的第一端和第一电源vref相连，电阻r11的第二端分别与电容c11的第一端和低压蓄电池的负极相连，电容c11的第二端分别与电阻r21的第二端和电容c21的第一端相连，电容c21的第二端和电阻r31的第二端分别与低压蓄电池的正极相连。在本发明实施方式中，电容c11和电容c21的容值为0.01uf，电容c31和电容c41的容值为1nf，电阻r11和电阻r31的阻值为1mω，电阻r21的阻值为2k，电阻r41和电阻r61的阻值为510k，电阻r51的阻值为255k，放大器u4的型号为opa317idbvt。

在本发明的一种优选实施方式中，蓄电池温度采集模块包括温度芯片u3，温度芯片u3贴合于低压蓄电池的侧面，温度芯片u3的接地端与电源地相连，温度芯片u3的供电端与第二电源vdd相连，温度芯片u3的数据输出端分别与电阻r14的第一端、整车控制器的温度输入端和整车控制器的温度信号发送端相连，电阻r14的第二端与第三电源vpu相连。在本实施方式中，温度芯片u3的型号为ds18b20，电阻r14的阻值为4.7k。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括低压蓄电池保护模块，低压蓄电池保护模块连接在低压蓄电池与dc/dc降压模块间，所述低压蓄电池保护模块包括三极管q1，三极管q1的发射极分别与电阻r1的第一端和电阻r2的第一端相连，电阻r1的第二端与可调电阻vr1的第一端相连，可调电阻vr1的第二端分别与稳压器d3的正极、电阻r4的第一端和场效应管q2的漏极相连，可调电阻vr1的调节端分别与可调电阻vr2的第一端和稳压器d3的参考端相连，可调电阻vr2的第二端分别与二极管d2的负极和电阻r4的第二端相连，二极管d2的正极分别与三极管q1的集电极、电阻r5的第一端和电阻r6的第一端相连，电阻r5的第二端分别与场效应管q2的栅极和场效应管q3的栅极相连，场效应管q2的源极与场效应管q3的源极相连，场效应管q3的漏极与电阻r6的第二端相连，稳压器d3的负极与电阻r3的第一端相连，电阻r3的第二端与二极管d1的负极相连，二极管d1的正极分别与电阻r2的第二端和三极管q1的基极相连。在本实施方式中，电阻r1的阻值为24k，电阻vr1和电阻r4的阻值为10k，电阻vr2和电阻r6的阻值为100k，二极管d1和二极管d2的型号为1n4148，电阻r2的阻值为2k，电阻r3的阻值为4.7k，电阻r5的阻值为1k，稳压器d3的型号为tl431，场效应管q2和场效应管q3的型号为irf3205，三极管q1的型号为9015。

本发明还公开了一种新能源汽车低压蓄电池补电控制方法，包括以下步骤：

第一步，整车控制器检测低压蓄电池内剩余电量是否小于或等于预设第一剩余电量：

若整车控制器检测的低压蓄电池内剩余电量小于或等于预设第一剩余电量，则整车控制器控制dc/dc降压模块工作，dc/dc降压模块向低压蓄电池输入+12v电压，对低压蓄电池充电；执行第二步或第五步或第四步；

若整车控制器检测的低压蓄电池内剩余电量大于预设第一剩余电量，则整车控制器控制dc/dc降压模块不工作；执行第一步或第三步；

第二步，若整车控制器接收到蓄电池电流采集模块输出的电流方向为高电平，则此时高压蓄电池向低压蓄电池充电，记录当前此时刻蓄电池电流采集模块输出的电流值大小；当整车控制器检测的低压蓄电池内剩余电量大于或等于预设第二剩余电量，预设第二剩余电量大于预设第一剩余电量，则整车控制器控制dc/dc降压模块停止工作，低压蓄电池向负载供电；执行第一步或第三步；

第三步，若整车控制器接收到蓄电池电流采集模块输出的电流方向为低电平，则此时低压蓄电池向负载模块放电，记录当前此时刻蓄电池电流采集模块输出的电流值大小；整车控制器向蓄电池电压采集模块获取低压蓄电池的电压，判断整车控制器采集的蓄电池电压是否小于或等于预设第一电压：

若整车控制器采集的蓄电池电压小于或等于预设第一电压，则整车控制器控制dc/dc降压模块工作，dc/dc降压模块向低压蓄电池输入+12v电压，对低压蓄电池充电；执行第二步或第四步；

若整车控制器采集的蓄电池电压大于预设第一电压，则整车控制器控制dc/dc降压模块不工作；执行第一步或第三步；

第四步，整车控制器获取蓄电池温度采集模块采集的温度，判断整车控制器采集的蓄电池温度是否大于或等于预设第一温度：

若整车控制器采集的蓄电池温度大于或等于预设第一温度，则整车控制器发出报警信号；执行第一步或第五步；

若整车控制器采集的蓄电池温度小于预设第一温度，则整车控制器不发出报警信号；执行第一步或第五步；

第五步，整车控制器向蓄电池电压采集模块获取低压蓄电池的电压，判断整车控制器采集的蓄电池电压是否小于或等于预设第二电压，预设第二电压大于预设第一电压：

若整车控制器采集的蓄电池电压大于预设第二电压，则整车控制器控制dc/dc降压模块不工作；低压蓄电池向负载供电；执行第一步或第三步或第四步；

若整车控制器采集的蓄电池电压小于或等于预设第二电压，则执行第二步或第四步。

在本实施方式中，当整车控制器控制dc/dc降压模块工作时，且整车控制器接收到蓄电池电流采集模块输出的电流方向为高电平，则高压蓄电池剩余电量用光；当整车控制器检测的低压蓄电池内剩余电量小于或等于预设第一剩余电量，或整车控制器采集的蓄电池电压小于或等于预设第一电压，低压蓄电池停止向负载放电。

在本发明的一种优选实施方式中，剩余电量的计算方法为：

其中，δ为蓄电池类型比例系数，一般取0.7～1.1，为t时刻循环充、放电健康综合因子，为t时刻内阻健康因子，为t时刻电压健康因子，ηt为t时刻蓄电池溶液浓度，为蓄电池从t0时刻至t1时刻的剩余电量，q为蓄电池的标称荷电量，δq＝q′-q，q′为蓄电池实际荷电量，δq为蓄电池初始荷电量校正值，安时积分项中的i(t)为蓄电池充、放电实时t电流值，充电电流取正值，放电电流取负值，pt为t时刻温度比例系数，为蓄电池在t1时刻的热力学温度，为蓄电池在t1-1时刻的热力学温度，t1-k时刻在t0时刻与t1时刻之间，k为正整数；为从t0时刻至t1时刻累加次数。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。