關(guān)于新能源汽車“三電”系統(tǒng)功能的安全技術(shù)探討

摘 要：隨著電子電氣技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)電子設(shè)施性能的安全問(wèn)題已經(jīng)成為人們研究的重點(diǎn)。本文從系統(tǒng)功能的安全技術(shù)方面對(duì)新能源汽車“三電”系統(tǒng)做了探討，希望能對(duì)新能源汽車行業(yè)的發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：電子電氣；“三電”系統(tǒng)；系統(tǒng)功能

中圖分類號(hào)：U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）30-0079-02

1 引 言

伴隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，對(duì)環(huán)境造成的污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，就汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)，其在排放上帶來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，是造成環(huán)境污染的一個(gè)重要原因。為確保汽車行業(yè)能夠穩(wěn)定的發(fā)展，有效地解決因?yàn)楣I(yè)發(fā)展造成的環(huán)境問(wèn)題，加速新能源汽車的研究以及對(duì)該行業(yè)推廣是當(dāng)前的汽車行業(yè)的研究重點(diǎn)。近年來(lái)，我們推出了許多關(guān)于新能源汽車的支持政策，積極的推廣新能源汽車的使用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在過(guò)程控制領(lǐng)域中采用的電子測(cè)量和控制設(shè)備日益增多，有關(guān)電子設(shè)備功能的相關(guān)安全已成為汽車領(lǐng)域的重要研究課題。功能安全意味著在電子系統(tǒng)中，不存在因?yàn)楣δ艹霈F(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致的危險(xiǎn)，因此而出現(xiàn)存在不正常的風(fēng)險(xiǎn)，其實(shí)質(zhì)是控制這些不正常風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

在此階段，制定符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的功能性安全處理計(jì)劃是如今汽車電子產(chǎn)品發(fā)展的重點(diǎn)。然而，就三電體系來(lái)說(shuō)，新能源汽車比傳統(tǒng)汽車的安全性和穩(wěn)定性問(wèn)題更難。因此，對(duì)于功能的安全要求進(jìn)行落實(shí)，能有效地推動(dòng)新能源汽車的發(fā)展，同時(shí)對(duì)于三大電氣技術(shù)的推廣也有著重要作用。所以，在分析研究以及比較驗(yàn)證的條件上，汽車工業(yè)的研究人員制定了功能相關(guān)的安全規(guī)定，逐步完善并形成避免電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障的合理有效的方式[1]。

2 “三電”系統(tǒng)架構(gòu)

新能源汽車的三電系統(tǒng)框架圖（如圖1），該框架圖設(shè)計(jì)以下的回路[2]：

（1）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)回路：電池組通過(guò)高壓的配電柜給電動(dòng)機(jī)的控制器進(jìn)行配電，三相電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)的控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)。在制動(dòng)期間，電機(jī)的控制器通過(guò)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能以對(duì)電池組進(jìn)行充電。

（2）高低壓轉(zhuǎn)換回路：高壓配電柜在向電池進(jìn)行充電時(shí)，要通過(guò)轉(zhuǎn)換器將高壓電流轉(zhuǎn)成低壓電流，確保低壓的供電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定供電。

（3）制熱回路：配電柜在進(jìn)行電能的配送時(shí)，可以通過(guò)電暖風(fēng)的電阻絲將電能轉(zhuǎn)變成熱能，然后通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)和有關(guān)的風(fēng)道，把由電能轉(zhuǎn)化來(lái)的熱能輸送到車內(nèi)。

（4）制冷回路：相比于以前的汽車是采用發(fā)動(dòng)機(jī)的皮帶來(lái)驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)，現(xiàn)在的制冷回路使用的是由電力壓縮機(jī)由配電柜進(jìn)行取電，其它的系統(tǒng)兩者基本相同。

（5）DC快充回路：經(jīng)由充電口將外部的直流電充電柱進(jìn)行連接，根據(jù)GB/T27930的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池組充電。

（6）AC慢充回路：通過(guò)外部的交流電充電柱或者是家庭用的電源，經(jīng)過(guò)車載的充電器根據(jù)GB/T20234標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池組充電。

總之，由于新能源車輛涉及數(shù)個(gè)高壓電路，所以要更加重視每個(gè)高壓電路和高壓部件的有關(guān)參數(shù)的計(jì)算和選擇。本文詳細(xì)介紹了關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算和選擇。

3 基于ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程

ISO26262標(biāo)準(zhǔn)是從產(chǎn)品概念的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)到后期制作階段，為汽車的電子系統(tǒng)的生命周期提供了功能安全工作流程和管理流程的基礎(chǔ)。

對(duì)于系統(tǒng)在概念的設(shè)計(jì)中，綜合考慮到系統(tǒng)的定義以及系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)，我們對(duì)功能安全可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)定。之后基于功能安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為每個(gè)功能進(jìn)行安全目標(biāo)的定義以及關(guān)于安全目標(biāo)的功能概念[3]。

在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)的階段中，ISO26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)繼承的汽車行業(yè)中用的較多的V型過(guò)程，對(duì)有關(guān)的安全活動(dòng)進(jìn)行了定義，基礎(chǔ)的開(kāi)發(fā)過(guò)程如同圖2。V類型的左側(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)安全要求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)。在V型的右側(cè)，涉及系統(tǒng)的集成以及安全的確認(rèn)、發(fā)布。對(duì)于硬件、軟件等進(jìn)行開(kāi)發(fā)的過(guò)程要遵守相同的V類過(guò)程。

4 “三電”系統(tǒng)功能的安全技術(shù)

4.1 動(dòng)力電源功能

4.1.1 動(dòng)力電池碰撞斷電防護(hù)

（1）使用CAN總線的通信可以實(shí)現(xiàn)碰撞斷電保護(hù)。在收集由碰撞傳感器發(fā)送的碰撞信號(hào)后，ECU（安全氣囊）可以辨別碰撞信號(hào)是否能夠滿足閾值。一旦確定達(dá)到閾值，將控制引腳設(shè)置為低電位。主控制器在檢測(cè)SRSECU信號(hào)會(huì)進(jìn)行引腳電位的轉(zhuǎn)換，并以對(duì)應(yīng)的速度將碰撞文件傳送給BMS。一旦收到三幀以上的有效碰撞的文件，它會(huì)馬上終止車輛的高壓電路[4]。

（2）PWM電源用于實(shí)現(xiàn)碰撞停電后的維護(hù)。為了防止SRSECU的信號(hào)引腳電平受到第一點(diǎn)處的外部電磁的影響，SRSECU碰撞信號(hào)在合適的時(shí)刻被PWM波替換。如果BMS繼續(xù)檢查兩個(gè)語(yǔ)音PWM沖突脈沖，則確定發(fā)生了沖突并且馬上停止車輛的高壓電路。

（3）這個(gè)解決方案是上述兩點(diǎn)的結(jié)合。使用信號(hào)冗余來(lái)確保碰撞保護(hù)，SRSECU將CAN和PWM一起傳輸?shù)紹MS。當(dāng)BMS識(shí)別出兩個(gè)碰撞信號(hào)時(shí)，其中一個(gè)信號(hào)有效，則執(zhí)行停止高電壓的指令。

4.1.2 動(dòng)力電池充放電安全監(jiān)管

通常由車輛控制器、電機(jī)控制器和BMS保證動(dòng)力電池充放電的安全性能，MCU提供有關(guān)電源使用和恢復(fù)的信息，BMS提供有關(guān)電池系統(tǒng)狀態(tài)和問(wèn)題的信息，VCU對(duì)此進(jìn)行了集中處理。在分離充電和放電相關(guān)指示器后，識(shí)別電池安全邏輯并將充電和放電命令發(fā)送到安全監(jiān)管系統(tǒng)。此后，根據(jù)VCU的指令，系統(tǒng)執(zhí)行動(dòng)力電池的安全監(jiān)控的充電和放電操作[5]。

4.2 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功能安全技術(shù)

為保證電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，通常是使用冗余的對(duì)策來(lái)增加系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。在新能源汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常用的冗余策略一般有下面幾點(diǎn)[6]：

（1）對(duì)于CAN通訊方面：將CRC的校對(duì)碼于CAN通訊的報(bào)文中進(jìn)行設(shè)置，這樣可以提高通訊傳送信息的安全性。

（2）對(duì)于電壓的采樣：通過(guò)在分壓的電路中加入少量的硬件，同時(shí)對(duì)三個(gè)橋臂里面的母線電壓進(jìn)行收集，對(duì)于電壓的采樣有顯著地增強(qiáng)效果。

（3）對(duì)于電流的采樣方面：對(duì)于三相的電流進(jìn)行收集，不僅可以對(duì)電流不平衡的問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)，還可以確保在電流的采樣過(guò)程中有問(wèn)題時(shí)，照樣能保證電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能繼續(xù)運(yùn)行。

（4）對(duì)于旋轉(zhuǎn)變壓器方面：將投入小、精準(zhǔn)低的霍爾傳感器加到旋轉(zhuǎn)變壓器里，在這個(gè)條件下完成對(duì)正弦波的控制[8]。

（5）對(duì)于解碼芯片方面：就軟件的解碼來(lái)說(shuō)，這是在冗余手段的范疇之內(nèi)，一旦解碼的芯片發(fā)生問(wèn)題，可以轉(zhuǎn)變到軟件的解碼運(yùn)算方式來(lái)得到位置角。

4.3 電控功能安全技術(shù)

在車輛控制裝置的實(shí)際操作過(guò)程中，可以采用電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題等級(jí)和電池的問(wèn)題等級(jí)作為關(guān)鍵的安全控制措施。首先，一個(gè)細(xì)節(jié)的問(wèn)題，使用電氣配件的問(wèn)題是不會(huì)干擾駕駛性能的，因?yàn)榫緹舯稽c(diǎn)亮以引導(dǎo)駕駛員。其次，這是關(guān)于制動(dòng)能量的回收方面的問(wèn)題，一般是由于制動(dòng)踏板的傳感器的問(wèn)題，不能對(duì)駕駛員的實(shí)際操作目的進(jìn)行反饋，結(jié)束制動(dòng)能量有關(guān)回收性能的流程，并且打開(kāi)問(wèn)題報(bào)警系統(tǒng)。新能源汽車電子控制系統(tǒng)的硬件需要高效率地控制芯片和雙核體系。對(duì)于軟件，有必要在標(biāo)準(zhǔn)化軟件的前提下使用不同的通信手段和軟件冗余，以保證性能安全和全面的信息需求[9]。

5 結(jié)束語(yǔ)

新能源汽車系統(tǒng)的核心是可靠安全的“三電”系統(tǒng)，這也是新能源汽車在推廣普及的過(guò)程中急需解決的重要技術(shù)問(wèn)題。探索新能源汽車三大電氣系統(tǒng)的功能安全技術(shù)是行業(yè)發(fā)展方向。汽車行業(yè)的有關(guān)人員要充分考慮實(shí)際情況，保證在系統(tǒng)功能出現(xiàn)安全問(wèn)題后能快速作出反應(yīng)，保證新能源汽車行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]彭憶強(qiáng)，蘆文峰，鄧鵬毅，等.新能源汽車“三電”系統(tǒng)功能安全技術(shù)現(xiàn)狀分析[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018（1）.

[2]李 晶.新能源汽車“三電”系統(tǒng)功能安全技術(shù)初探[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（28）.

[3]陸 翔，嚴(yán)蓓蘭，黃佩佳.新能源汽車三電系統(tǒng)半物理仿真測(cè)試平臺(tái)：CN107036827A[P].2017.

[4]劉騰飛，李 雪.關(guān)于新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)探索[J].工業(yè)c，2016（8）：260.

[5]蔣開(kāi)洪，毛 睿.新能源汽車IBS系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（5）：161～164.

[6]陸 翔，嚴(yán)蓓蘭，黃佩佳.新能源汽車三電系統(tǒng)半物理仿真測(cè)試平臺(tái)，New energy vehicles， three-level semi-physical simulation test platform，N 107036827 A[P]. 2017.

[7]溫麗娟，張豐源.新能源汽車充電運(yùn)營(yíng)服務(wù)信息系統(tǒng)研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（9）：31～33.

[8]伍 軍.未來(lái)新能源車輛安全技術(shù)及其設(shè)計(jì)方向[J].汽車與駕駛維修（維修版），2017（5）：139.

[9]李 鋒.新能源汽車的汽車功能電氣化解決方案探討[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（12）：82～83.

收稿日期：2018-9-29

作者簡(jiǎn)介：陳麗春（1984-），女，漢族，廣西北海人，助理工程師，本科，主要從事汽車專業(yè)教學(xué)的工作。