純電動汽車整車下電控制策略設計

蘆文峰，李占東，郭威，唐嵐23，丁宗恒

（1.西華大學汽車與交通學院，四川 成都 610039；2.四川汽車關鍵零部件協同創(chuàng)新中心，四川 成都 610039；3.汽車測控與安全四川省重點實驗室，四川 成都 610039）

1 前言

純電動汽車（EV）以蓄電池組作為唯一能量源，以驅動電機作為唯一動力驅動裝置。蓄電池的工作電壓常常高達幾百伏，當蓄電池高壓電壓電路絕緣失效或者發(fā)生短路故障時，會直接影響駕乘人員的生命財產以及車載用電設備的安全。因此在設計和規(guī)劃高壓動力系統(tǒng)時必須充分考慮整車和駕乘人員的安全性，確保車輛安全可靠運行。

整車控制器作為純電動汽車三電核心之一，其主要功能是采集加速踏板信號、制動踏板信號、擋位信號以及其他部件信號，并結合車輛實時運行狀態(tài)如電池狀態(tài)、電機狀態(tài)等其他部件信號，解析駕駛員需求，發(fā)出目標指令至電池管理系統(tǒng)、電機控制器，從而使車輛按照駕駛員意圖行駛。在純電動電動汽車上 VCU還需要控制包括轉向電機、真空泵、空調、充電機、DC/DC等在內的車輛輔助系統(tǒng)。開發(fā)純電動汽車下電控制策略的目的在于：在已有整車動力系統(tǒng)結構的基礎上，通過采集鑰匙及踏板等駕駛員動作信號，并通過CAN總線、電池管理系統(tǒng)（BMS）及電機控制器（MCU）等子系統(tǒng)進行通訊，來控制整車高壓下電安全。同時在下電過程中，力求準確診斷出整車動力系統(tǒng)的高壓故障并迅速做出相應處理。

2 整車下電控制策略

2.1 整車運行模式管理

整車控制模式切換如圖1所示：包括充電模式、放電模式、緊急下電模式三種模式。

圖1 整車控制模式管理邏輯

? 初始化：當駕駛員將鑰匙開關擰到ON檔或者充電機12V喚醒VCU后，VCU進入初始化，初始化完成后，給BMS上低壓電，TCU在ON檔上電；

? 模式判斷：喚醒BMS后，等待與BMS通訊，根據總線上報 BMS的工作模式進行判斷，整車再進行相應的工作模式，或者BMS進入下電流程。

? 充電模式：車載充電機的充電模式，其中的任務有高低壓的上下電，和充電過程中對電池及故障的監(jiān)測、故障診斷及處理等；

? 放電模式：車輛在行駛或停車過程中整車參與的所有控制，包括整車高壓上下電管理、駕駛員駕駛意圖解析、驅動電機管理、故障診斷識別、故障等級劃分、故障模式處理以及其他用電附件的控制等；

? 在放電模式下，不能直接切換為充電模式，只有下電后重新上電，且 BMS為充電模式時才能進入充電模式；當在充電模式下運行后，需要再上電后才能切換到放電模式下運行；當有緊急情況出現時，無論運行在充電模式還是在放電模式下都應當無條件切換到緊急處理模式下運行。

2.2 充電模式下的下電邏輯

充電模式下的下電邏輯流程如圖2.2所示。充電過程中，當VCU未檢測到充電信號、或者BMS上報充電完成指令、或者VCU喚醒信號無效，VCU先關閉DCDC，等待BMS關閉充電機且直流母線電流小于一定值，給 BMS發(fā)送高壓下電指令，當VCU檢測到滿足相應條件后，關閉BMS、MCU低壓電，完成下電過程。

圖2 充電模式下的下電控制邏輯流程圖

2.3 放電模式下的下電邏輯

放電模式下的下電控制包括對低壓電的下電控制和對高壓電的下電控制，具體的下電邏輯流程如圖3示：

? 降負載：關閉MCU使能和DCDC使能，當驅動電機轉速小于50rpm且直流電流小于5A時進入高壓電下電流程；

? 高壓電下電：VCU判斷滿足下電條件之后，發(fā)送下電指令給BMS，同時VCU監(jiān)控高壓電狀態(tài)，當高壓電下電完成且MCU反饋直流母線電壓小于36V后，進入低壓下電階段；

? 低壓下電：VCU關閉BMS和MCU低壓電，VCU自主進行下電。

圖3 放電模式下的下電控制邏輯流程圖

2.4 緊急故障模式的下電管理

在緊急故障模式下，主要處理高壓電的緊急下電和對低壓電進行處理，具體邏輯流程如圖 2.4所示，進入緊急下電模式后，VCU關閉MCU使能、DCDC關閉、延時一段時間后給BMS發(fā)送高壓下電指令，若檢測到VCU喚醒信號無效，則繼續(xù)完成低壓下電過程。

圖4 緊急故障下電流程

3 結論

純電動汽車整車下電控制策略的核心在于：下電過程中能否準確高效的對動力電池系統(tǒng)高壓電路的進行控制，達到既能快速駕駛員動作，又可以保證整車在下電過程滿足安全性的目的。

本文設計了純電動汽車充電模式下的整車下電邏輯、放電模式下的下電邏輯、緊急故障模式下的下電邏輯，實現了以整車控制器為控制核心的常規(guī)上下電、緊急下電等關鍵功能，該下電控制策略能夠較準確診斷出整車動力系統(tǒng)的高壓故障并迅速做出相應處理，為整車控制器及相應高壓附屬設備調試奠定了基礎，能夠保障整車下電功能安全。

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