CN109143101A - 一种汽车蓄电池状态监测警示系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车蓄电池状态监测警示系统及方法，包括蓄电池传感单元、BCM车身控制单元、组合仪表单元、车载T‑BOX单元和手持终端，蓄电池传感单元安装在蓄电池的负极端，并与BCM车身控制单元电连接，BCM车身控制单元与组合仪表单元、车载T‑BOX单元电连接，车载T‑BOX单元与手持终端进行无线通信；蓄电池传感单元实时检测蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC，并将蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC发送给BCM车身控制单元判断，在蓄电池电量低或者蓄电池寿命到期时，将报警信息发送到组合仪表单元显示或者将报警信息通过车载T‑BOX单元发送到手持终端显示。本发明能将蓄电池的准确状态通知到车主，并且提升用户体验。
Description
技术领域
本发明属于汽车电器领域，具体涉及一种汽车蓄电池状态监测警示系统及方法。
背景技术
目前，驾驶员判断汽车用起动型铅酸蓄电池荷电状况，一般都是通过观测置于蓄电池顶部的荷电状态指示器(俗称“电眼”)的颜色。当“电眼”颜色为绿色，代表蓄电池荷电良好；当“电眼”颜色为黑色，代表蓄电池电量不足；当“电眼”颜色为白色，代表蓄电池失效(即寿命到期)。“电眼”的原理是测试蓄电池电解液的密度，“电眼”是一个固定比重的塑料件，随着电解液比重的变化，塑料件的位置发生变化，颜色也随着变化。但蓄电池状态不仅跟电解液密度有关，还跟极板腐蚀、硫化等众多状态相关，由此造成“电眼”显示精准度较低。并且对于普通驾驶员来说，日常行车前很少会打开机舱盖进行检查，因为既费时又费力。当蓄电池电量低或者老化失效后，车辆并不能主动提醒消费者，容易导致车辆被抛锚在路上或车库。
CN108132443A公开了一种蓄电池自动检测警示系统，其能将蓄电池的荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)发送到车主的电脑或者手机上进行查看，以了解蓄电池的状态，但是其仍然存在如下问题：(1)只是通过电脑或者手机通知车主，如果车辆已经点火，车主没有查看手机，则无法判断蓄电池的状态，而为了了解蓄电池的状态则需要掏出手机查看，操作不方便，用户体验不好；(2)健康状态(SOH)的估算方法不够准确，从而使其不能将蓄电池的准确状态通知到车主。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车蓄电池状态监测警示系统及方法，以将蓄电池的准确状态通知到车主，并且提升用户体验。
本发明所述的汽车蓄电池状态监测警示系统，包括蓄电池传感单元和BCM车身控制单元，还包括组合仪表单元、车载T-BOX单元和手持终端，蓄电池传感单元安装在蓄电池的负极端，并与BCM车身控制单元电连接，BCM车身控制单元与组合仪表单元、车载T-BOX单元电连接，车载T-BOX单元与手持终端进行无线通信；蓄电池传感单元实时检测蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC，并将蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC发送给BCM车身控制单元判断，在蓄电池电量低或者蓄电池寿命到期时，将报警信息发送到组合仪表单元显示或者将报警信息通过车载T-BOX单元发送到手持终端显示。其中，所述手持终端可以是车主手机。
本发明所述的汽车蓄电池状态监测警示方法，采用上述监测警示系统，包括：
第一步、蓄电池传感单元实时检测蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC，并将蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC发送给BCM车身控制单元，如果整车电源档位处于OFF档，则执行第二步，否则(即车主已将车辆点火上电，BCM车身控制单元处于在线工作状态)执行第五步。
第二步、BCM车身控制单元通过自唤醒程序每隔设定时间唤醒1次，BCM车身控制单元唤醒后根据蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC，计算蓄电池的当前容量占额定容量的百分比SOH_LAM和发动机下一次起动时蓄电池所能提供的最低电压SOH_V，然后执行第三步。
第三步、BCM车身控制单元判断荷电状态SOC是否小于荷电阈值，判断SOH_LAM是否小于剩余容量百分比阈值，判断SOH_V是否小于起动电压阈值，然后执行第四步；
第四步、如果荷电状态SOC小于荷电阈值，则表示蓄电池电量低，如果SOH_LAM小于剩余容量百分比阈值或者SOH_V小于起动电压阈值，则表示蓄电池寿命到期；在蓄电池电量低或者蓄电池寿命到期时，BCM车身控制单元将报警信息通过车载T-BOX单元发送到手持终端显示，然后结束。
第五步、BCM车身控制单元在线工作，并根据蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC，计算蓄电池的当前容量占额定容量的百分比SOH_LAM和发动机下一次起动时蓄电池所能提供的最低电压SOH_V，然后执行第六步。
第六步、BCM车身控制单元判断荷电状态SOC是否小于荷电阈值，判断SOH_LAM是否小于剩余容量百分比阈值，判断SOH_V是否小于起动电压阈值，然后执行第七步。
第七步、如果荷电状态SOC小于荷电阈值，则表示蓄电池电量低，如果SOH_LAM小于剩余容量百分比阈值或者SOH_V小于起动电压阈值，则表示蓄电池寿命到期；在蓄电池电量低或者蓄电池寿命到期时，BCM车身控制单元将报警信息发送到组合仪表单元显示，然后结束。
其中，所述SOH_LAM的计算方法包括：
第一步、在蓄电池的荷电状态SOC准确的情况下，选取最近的n次循环，每次循环包括一次蓄电池充电状态、一次蓄电池放电状态和一次蓄电池静置状态。
第二步、在每次循环中，计算蓄电池的荷电状态SOC为100％时的蓄电池容量C。
第三步、将n次循环中最大的蓄电池容量C作为蓄电池的当前容量。
第四步、将蓄电池的当前容量与蓄电池的额定容量相除，得到SOH_LAM。
其中，所述SOH_V的计算方法为：根据蓄电池的荷电状态SOC和内阻，在SOC-内阻-SOH_V数值表中通过插值得到SOH_V。
所述SOC-内阻-SOH_V数值表的获取方法包括：
第一步、准备同一型号、不同老化程度的m个蓄电池。
第二步、利用蓄电池传感单元测量一个蓄电池的荷电状态SOC和内阻，并记录。
第三步、将测量之后的蓄电池放在-30℃的条件下冷冻8小时。
第四步、将冷冻之后的蓄电池放在蓄电池充放电设备上，并让该蓄电池以600A的电流放电10s。
第五步、记录放电时间与电压的对应值。
第六步、将放电时间为50ms时所对应的电压作为该蓄电池的SOH_V。
第七步、将该蓄电池的荷电状态SOC、内阻、SOH_V对应，作为一组数据。
第八步、重复第二步至第七步，直至得到m组数据，从而形成所述SOC-内阻-SOH_V数值表。
所述剩余容量百分比阈值和所述起动电压阈值的获取方法包括：
第一步、准备同一型号、不同老化程度的多个蓄电池。
第二步、根据经验选取剩余容量百分比为P，起动电压为Q的蓄电池进行-30℃的发动机低温冷起动试验；如果发动机起动成功，则执行第三步，否则(即发动机起动失败)执行第四步。
第三步、选取剩余容量百分比更小，且起动电压更小(即老化程度更严重的)的蓄电池进行-30℃的发动机低温冷起动试验，如果发动机起动成功，则重复第三步，直到发动机起动失败，然后执行第五步。
第四步、选取剩余容量百分比更大，且起动电压更大(即老化程度更轻的)的蓄电池进行-30℃的发动机低温冷起动试验，如果发动机起动失败，则重复第四步，直至发动机起动成功，然后执行第六步。
第五步、将前一次选取的蓄电池的剩余容量百分比作为剩余容量百分比阈值，将前一次选取的蓄电池的起动电压作为起动电压阈值，然后结束。
第六步、将当前选取的蓄电池的剩余容量百分比作为剩余容量百分比阈值，将当前选取的蓄电池的起动电压作为起动电压阈值，然后结束。
作为优选，所述P的取值为75％，所述Q的取值为6.5V；所述荷电阈值为30％，所述设定时间为12小时。
本发明具有如下效果：
(1)在整车电源档位处于OFF档，蓄电池电量低或者蓄电池寿命到期时，通过手持终端通知车主；在车主已将车辆点火上电后，蓄电池电量低或者蓄电池寿命到期时，通过组合仪表单元通知车主，更直观，从而使用户体验更好。
(2)将蓄电池的当前容量占额定容量的百分比SOH_LAM和发动机下一次起动时蓄电池所能提供的最低电压SOH_V，作为判断蓄电池寿命是否到期的依据，其判断方法更准确，从而得到了更准确的蓄电池状态，将该蓄电池状态通知到车主，杜绝了因蓄电池电量低或者寿命到期而导致车辆抛锚在路上或车库的情况出现。
附图说明
图1为本发明中的汽车蓄电池状态监测警示系统的电路框图。
图2为蓄电池老化状态解析图。
图3为本发明中的汽车蓄电池状态监测警示方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1所示的汽车蓄电池状态监测警示系统，包括蓄电池传感单元1、BCM车身控制单元2、组合仪表单元3、车载T-BOX单元4和手持终端5，手持终端5为车主手机。蓄电池传感单元1安装在蓄电池6的负极端，并通过CAN总线与BCM车身控制单元2电连接，BCM车身控制单元2通过CAN总线与组合仪表单元3、车载T-BOX单元4电连接，车载T-BOX单元4与手持终端5进行无线通信。蓄电池传感单元1实时检测蓄电池6的放电电流、内阻和荷电状态SOC，并将蓄电池6的放电电流、内阻和荷电状态SOC发送给BCM车身控制单元2判断，在蓄电池电量低或者蓄电池寿命到期时，将报警信息(比如蓄电池电量低、蓄电池寿命到期需要更换等信息)发送到组合仪表单元3显示或者将报警信息(比如蓄电池电量低、蓄电池寿命到期需要更换等信息)通过车载T-BOX单元4发送到手持终端5显示。其中，手持终端5为车主手机。
如图2所示的蓄电池老化状态解析，包含额定容量、活性容量、可荷电容量、腐蚀容量、荷电容量、未荷电容量、硫化容量。其中，额定容量为没有腐蚀和硫化现象发生的新电池的额定总容量；腐蚀容量为蓄电池发生腐蚀现象已经丢失的部分容量，是不可逆的；活性容量为额定容量减去腐蚀容量；荷电容量为蓄电池当前已荷电部分的容量，放电后即为未荷电容量；未荷电容量为蓄电池当前未荷电部分的容量，充电后即为荷电容量；可荷电容量为荷电容量与未荷电容量的总和；硫化容量为蓄电池已硫化结晶的部分容量，使用专业充电设备具有一定恢复性，但在车辆发电机充电工况下具有较强的惰性，很难被恢复和利用。
如图3所示的汽车蓄电池状态监测警示方法，采用上述监测警示系统，包括：
第一步、蓄电池传感单元1实时检测蓄电池6的放电电流、内阻和荷电状态SOC，并将检测到的蓄电池6的放电电流、内阻和荷电状态SOC发送给BCM车身控制单元2，如果整车电源档位处于OFF档，则执行第二步，否则(即车主已将车辆点火上电，BCM车身控制单元处于在线工作状态)执行第五步。
第二步、BCM车身控制单元2通过自唤醒程序每隔12小时唤醒1次，BCM车身控制单元2唤醒后根据蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC，计算蓄电池的当前容量占额定容量的百分比SOH_LAM和发动机下一次起动时蓄电池所能提供的最低电压SOH_V，然后执行第三步；其中，SOH_LAM主要涉及到蓄电池的硫化和活性物质的脱落，SOH_V主要涉及到蓄电池的腐蚀以及蓄电池的相关故障现象，比如极板断裂、隔板穿刺、少液等。
第三步、BCM车身控制单元2判断荷电状态SOC是否小于30％，判断SOH_LAM是否小于剩余容量百分比阈值，判断SOH_V是否小于起动电压阈值，然后执行第四步。
第四步、如果荷电状态SOC小于30％，则表示蓄电池电量低，如果SOH_LAM小于剩余容量百分比阈值或者SOH_V小于起动电压阈值，则表示蓄电池寿命到期，在蓄电池电量低或者蓄电池寿命到期时，BCM车身控制单元2将报警信息发送到车载T-BOX单元4，车载T-BOX单元4将报警信息发送到车主手机显示，提示车主对蓄电池进行充电或者更换蓄电池，然后结束；如果荷电状态SOC大于或等于30％，则表示蓄电池电量正常，如果SOH_LAM大于或等于剩余容量百分比阈值且SOH_V大于或等于起动电压阈值，则表示蓄电池寿命正常，在蓄电池电量正常且蓄电池寿命正常时，BCM车身控制单元2不执行动作。
第五步、BCM车身控制单元2在线工作，并根据蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC，计算蓄电池的当前容量占额定容量的百分比SOH_LAM和发动机下一次起动时蓄电池所能提供的最低电压SOH_V，然后执行第六步。
第六步、BCM车身控制单元2判断荷电状态SOC是否小于小于30％，判断SOH_LAM是否小于剩余容量百分比阈值，判断SOH_V是否小于起动电压阈值，然后执行第七步。
第七步、如果荷电状态SOC小于30％，则表示蓄电池电量低，如果SOH_LAM小于剩余容量百分比阈值或者SOH_V小于起动电压阈值，则表示蓄电池寿命到期，在蓄电池电量低或者蓄电池寿命到期时，BCM车身控制单元2将报警信息发送到组合仪表单元3显示，提示车主对蓄电池进行充电或者更换蓄电池，然后结束；如果荷电状态SOC大于或等于30％，则表示蓄电池电量正常，如果SOH_LAM大于或等于剩余容量百分比阈值且SOH_V大于或等于起动电压阈值，则表示蓄电池寿命正常，在蓄电池电量正常且蓄电池寿命正常时，BCM车身控制单元2不执行动作。
上述汽车蓄电池状态监测警示方法中的SOH_LAM的计算方法包括：
第一步、在蓄电池的荷电状态SOC准确的情况下，选取最近的50次循环，每次循环包括一次蓄电池充电状态、一次蓄电池放电状态和一次蓄电池静置状态；其中，蓄电池的荷电状态SOC是否准确由BCM车身控制单元2判断，该判断方式为现有的常规技术。
第二步、在每次循环中，BCM车身控制单元2利用公式计算蓄电池的荷电状态SOC为100％时的蓄电池容量；其中，C表示荷电状态SOC为100％时的蓄电池容量，i表示蓄电池的放电电流，t1为荷电状态SOC为100％时的时间，t2为荷电状态为0时的时间。
第三步、BCM车身控制单元2将50次循环中最大的蓄电池容量C作为蓄电池的当前容量。
第四步、BCM车身控制单元2将蓄电池的当前容量与蓄电池的额定容量相除，得到SOH_LAM。
上述汽车蓄电池状态监测警示方法中的SOH_V的计算方法为：BCM车身控制单元2根据蓄电池的荷电状态SOC和内阻，在SOC-内阻-SOH_V数值表中通过插值得到SOH_V。其中，所述SOC-内阻-SOH_V数值表是通过实验获取，并存储在BCM车身控制单元2内，SOC-内阻-SOH_V数值表的获取方法包括：
第一步、准备同一型号、不同老化程度的m个蓄电池。
第二步、利用蓄电池传感单元测量一个蓄电池的荷电状态SOC和内阻，并记录。
第三步、将测量之后的蓄电池放在-30℃的条件下冷冻8小时。
第四步、将冷冻之后的蓄电池放在蓄电池充放电设备上，并让该蓄电池以600A的电流放电10s。
第五步、记录放电时间与电压的对应值。
第六步、将放电时间为50ms时所对应的电压作为该蓄电池的SOH_V。
第七步、将该蓄电池的荷电状态SOC、内阻、SOH_V对应，作为一组数据。
第八步、重复第二步至第七步，直至得到m组数据，从而形成所述SOC-内阻-SOH_V数值表。
上述汽车蓄电池状态监测警示方法中的剩余容量百分比阈值和起动电压阈值也是通过实验获取，并存储在BCM车身控制单元2内，剩余容量百分比阈值和起动电压阈值的获取方法包括：
第一步、准备同一型号、不同老化程度的多个蓄电池。
第二步、根据经验选取剩余容量百分比为75％，起动电压为6.5V的蓄电池进行-30℃的发动机低温冷起动试验；如果发动机起动成功，则执行第三步，否则(即发动机起动失败)执行第四步。
第三步、选取剩余容量百分比更小，且起动电压更小(即老化程度更严重的)的蓄电池进行-30℃的发动机低温冷起动试验，如果发动机起动成功，则重复第三步，直到发动机起动失败，然后执行第五步。
第四步、选取剩余容量百分比更大，且起动电压更大(即老化程度更轻的)的蓄电池进行-30℃的发动机低温冷起动试验，如果发动机起动失败，则重复第四步，直至发动机起动成功，然后执行第六步。
第五步、将前一次选取的蓄电池的剩余容量百分比作为剩余容量百分比阈值，将前一次选取的蓄电池的起动电压作为起动电压阈值，然后结束。
第六步、将当前选取的蓄电池的剩余容量百分比作为剩余容量百分比阈值，将当前选取的蓄电池的起动电压作为起动电压阈值，然后结束。
Claims (9)
1.一种汽车蓄电池状态监测警示系统，包括蓄电池传感单元(1)和BCM车身控制单元(2)，其特征在于：还包括组合仪表单元(3)、车载T-BOX单元(4)和手持终端(5)，蓄电池传感单元(1)安装在蓄电池(6)的负极端，并与BCM车身控制单元(2)电连接，BCM车身控制单元(2)与组合仪表单元(3)、车载T-BOX单元(4)电连接，车载T-BOX单元(4)与手持终端(5)进行无线通信；蓄电池传感单元(1)实时检测蓄电池(6)的放电电流、内阻和荷电状态SOC，并将其发送给BCM车身控制单元判断，在蓄电池电量低或者寿命到期时，将报警信息发送到组合仪表单元(3)显示或者将报警信息通过车载T-BOX单元(4)发送到手持终端(5)显示。
2.根据权利要求1所述的汽车蓄电池状态监测警示系统，其特征在于：所述手持终端(5)为车主手机。
3.一种汽车蓄电池状态监测警示方法，采用如权利要求1或2所述的监测警示系统，其特征在于，包括：
第一步、蓄电池传感单元(1)实时检测蓄电池(6)的放电电流、内阻和荷电状态SOC，并将其发送给BCM车身控制单元，如果整车电源档位处于OFF档，则执行第二步，否则执行第五步；
第二步、BCM车身控制单元(2)通过自唤醒程序每隔设定时间唤醒1次，BCM车身控制单元(2)唤醒后根据蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC，计算蓄电池的当前容量占额定容量的百分比SOH_LAM和发动机下一次起动时蓄电池所能提供的最低电压SOH_V，然后执行第三步；
第三步、BCM车身控制单元(2)判断荷电状态SOC是否小于荷电阈值，判断SOH_LAM是否小于剩余容量百分比阈值，判断SOH_V是否小于起动电压阈值，然后执行第四步；
第四步、如果荷电状态SOC小于荷电阈值，则表示蓄电池电量低，如果SOH_LAM小于剩余容量百分比阈值或者SOH_V小于起动电压阈值，则表示蓄电池寿命到期；在蓄电池电量低或者寿命到期时，BCM车身控制单元(2)将报警信息通过车载T-BOX单元(4)发送到手持终端(5)显示，然后结束；
第五步、BCM车身控制单元(2)在线工作，并根据蓄电池的放电电流、内阻和荷电状态SOC，计算蓄电池的当前容量占额定容量的百分比SOH_LAM和发动机下一次起动时蓄电池所能提供的最低电压SOH_V，然后执行第六步；
第六步、BCM车身控制单元(2)判断荷电状态SOC是否小于荷电阈值，判断SOH_LAM是否小于剩余容量百分比阈值，判断SOH_V是否小于起动电压阈值，然后执行第七步；
第七步、如果荷电状态SOC小于荷电阈值，则表示蓄电池电量低，如果SOH_LAM小于剩余容量百分比阈值或者SOH_V小于起动电压阈值，则表示蓄电池寿命到期；在蓄电池电量低或者寿命到期时，BCM车身控制单元(2)将报警信息发送到组合仪表单元(3)显示，然后结束。
4.根据权利要求3所述的汽车蓄电池状态监测警示方法，其特征在于，所述SOH_LAM的计算方法包括：
第一步、在蓄电池的荷电状态SOC准确的情况下，选取最近的n次循环，每次循环包括一次蓄电池充电状态、一次蓄电池放电状态和一次蓄电池静置状态；
第二步、在每次循环中，计算蓄电池的荷电状态SOC为100％时的蓄电池容量C；
第三步、将n次循环中最大的蓄电池容量C作为蓄电池的当前容量；
第四步、将蓄电池的当前容量与蓄电池的额定容量相除，得到SOH_LAM。
5.根据权利要求3所述的汽车蓄电池状态监测警示方法，其特征在于，所述SOH_V的计算方法为：根据蓄电池的荷电状态SOC和内阻，在SOC-内阻-SOH_V数值表中通过插值得到SOH_V。
6.根据权利要求5所述的汽车蓄电池状态监测警示方法，其特征在于，所述SOC-内阻-SOH_V数值表的获取方法包括：
第一步、准备同一型号、不同老化程度的m个蓄电池；
第二步、利用蓄电池传感单元测量一个蓄电池的荷电状态SOC和内阻，并记录；
第三步、将测量之后的蓄电池放在-30℃的条件下冷冻8小时；
第四步、将冷冻之后的蓄电池放在蓄电池充放电设备上，并让该蓄电池以600A的电流放电10s；
第五步、记录放电时间与电压的对应值；
第六步、将放电时间为50ms时所对应的电压作为该蓄电池的SOH_V；
第七步、将该蓄电池的荷电状态SOC、内阻、SOH_V对应，作为一组数据；
第八步、重复第二步至第七步，直至得到m组数据，从而形成所述SOC-内阻-SOH_V数值表。
7.根据权利要求3至6任一所述的汽车蓄电池状态监测警示方法，其特征在于：所述剩余容量百分比阈值和所述起动电压阈值的获取方法包括：
第一步、准备同一型号、不同老化程度的多个蓄电池；
第二步、根据经验选取剩余容量百分比为P，起动电压为Q的蓄电池进行-30℃的发动机低温冷起动试验；如果发动机起动成功，则执行第三步，否则执行第四步；
第三步、选取剩余容量百分比更小，且起动电压更小的蓄电池进行-30℃的发动机低温冷起动试验，如果发动机起动成功，则重复第三步，直到发动机起动失败，然后执行第五步；
第四步、选取剩余容量百分比更大，且起动电压更大的蓄电池进行-30℃的发动机低温冷起动试验，如果发动机起动失败，则重复第四步，直至发动机起动成功，然后执行第六步；
第五步、将前一次选取的蓄电池的剩余容量百分比作为剩余容量百分比阈值，将前一次选取的蓄电池的起动电压作为起动电压阈值，然后结束；
第六步、将当前选取的蓄电池的剩余容量百分比作为剩余容量百分比阈值，将当前选取的蓄电池的起动电压作为起动电压阈值，然后结束。
8.根据权利要求7所述的汽车蓄电池状态监测警示方法，其特征在于：所述P的取值为75％，所述Q的取值为6.5V。
9.根据权利要求3至8任一所述的汽车蓄电池状态监测警示方法，其特征在于：所述荷电阈值为30％，所述设定时间为12小时。
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