整車靜態(tài)功耗控制方法研究

崔振亞，沈海洋，徐川程（吉利汽車研究院 （寧波）有限公司，浙江 寧波 315300）

1 引言

靜態(tài)功耗是汽車的一項重要指標，直接影響車輛長時間停放后的起動能力。隨著車輛智能化、電子化程度的加深，用電設(shè)備大幅增加，整車靜態(tài)電流越來越難以控制，采用傳統(tǒng)的控制方法很難達到控制目標。筆者多年來從事汽車電氣系統(tǒng)的設(shè)計工作，在理論分析及產(chǎn)品應(yīng)用上進行了大量的研究工作，本文將對此進行闡述。

2 造成整車長時間停放而虧電的因素

2.1 整車靜態(tài)電流與蓄電池容量不匹配

靜態(tài)電流過大而蓄電池容量太小，短時間內(nèi)蓄電池的電量被靜態(tài)電流消耗過多，造成車輛起動時蓄電池沒有足夠的電量。因此，靜態(tài)電流指標和蓄電池的容量的選擇必須精確計算。靜態(tài)電流指標的制定需要以整車停放的時間以及蓄電池電量的消耗為依據(jù)。

例如，根據(jù)車輛發(fā)動機和蓄電池的特性，發(fā)動機起動時必須保證蓄電池的SOC在60%以上，而假定每次停車以后蓄電池的SOC在90%以上，而車輛的蓄電池容量為80Ah，要求能夠停放的時間為42天，則整車的靜態(tài)電流指標應(yīng)為：

由公式（1）可知，42天內(nèi)蓄電池的電量消耗最大為80Ah×（90%-60%）=24Ah，42天內(nèi)最大允許的平均電流為24mA。

2.2 特殊的應(yīng)用場景需要車輛能夠停放更長的時間

特殊的場景如海運，可能需要車輛停放超過90天，該時間遠大于客戶正常使用車輛的停放時長，此時如果按照常規(guī)的設(shè)計指標不能滿足該時長要求，會造成車輛虧電，因此需要一種特殊的方法來達到停放時長要求。

2.3 車輛電氣系統(tǒng)故障造成靜態(tài)電流超標

電子系統(tǒng)復(fù)雜度的增加，發(fā)生靜態(tài)電流故障的幾率也大大增加，此類故障發(fā)生時會造成電流大幅增加，蓄電池虧電。而且此類故障非常難以排查到原因。

3 靜態(tài)電流控制的方法

3.1 電源分配設(shè)計

通過電源分配控制整車靜態(tài)電流是最直接有效的方法。如果將某個電子設(shè)備通過繼電器來供電，整車進入休眠狀態(tài)以后繼電器斷開，此時電子設(shè)備將完全斷電，電流為0，不會產(chǎn)生任何靜態(tài)電流。但是某些電子設(shè)備的功能與車輛上的繼電器開閉邏輯不匹配，即繼電器無法滿足功能的需求，此時就要設(shè)計一些特殊邏輯的繼電器來滿足功能的需求。

例如電動天窗控制器，根據(jù)天窗的功能需求，一般情況下車輛停車熄火后2min之內(nèi)天窗是可以操作的，或者駕駛員進入車輛后未接通點火開關(guān)的情況下想要打開天窗。此種場景如果天窗控制器通過傳統(tǒng)的KL15繼電器或ACC繼電器是無法滿足的，因為在這種場景下這些繼電器是斷開的，無法滿足功能的需求。但如果將天窗控制器連接常電 （KL30電源），勢必會產(chǎn)生靜態(tài)電流，控制器需要實現(xiàn)休眠喚醒的邏輯及功耗控制，零部件成本也會增加。對此我們可以采用創(chuàng)新的方法，增加一個繼電器，可以命名為舒適繼電器，采用特殊的控制邏輯，詳見表1。

表1 舒適繼電器控制邏輯

由表1可知，該繼電器在客戶進入車輛前閉合，離開車輛后斷開，在車輛的整個駕駛循環(huán)中其閉合的時間較長，可以滿足許多功能的需求。例如上文提到的天窗的使用場景，既滿足了功能使用需求又避免產(chǎn)生靜態(tài)電流。

3.2 整車模式設(shè)計

為保證車輛在某些場景下能夠有更多的停放時間，如存儲和運輸，此時停放時間往往大于42天，對此需要采用特殊的方法來達到使用需求。傳統(tǒng)的方式是增加特殊的熔斷絲，如海運熔斷絲，在海運時拔掉熔斷絲以切斷某些負載達到降低靜態(tài)電流的目的?；蛘吒唵蔚姆椒?，拔掉蓄電池電線，直接切斷整車電源。但是這些方式操作復(fù)雜，使用不方便，且對于運輸人員來說需要掌握一定的方法和技能，也增加了運輸成本。

對此可以有一種更加創(chuàng)新的方法，軟件化的整車使用模式控制。將整車劃分為兩種模式：運輸模式和正常模式。運輸模式即車輛長期停放，尚未銷售期間的模式。正常模式即客戶使用期間的模式。通過功能的劃分，在運輸模式下可以有更多的功能來禁用，依此來減少靜態(tài)電流。例如無鑰匙進入功能和時鐘功能，在運輸模式下該功能禁用將可以減少相應(yīng)控制器的靜態(tài)電流，達到比正常模式下更小的電量消耗。在正常模式下相應(yīng)的功能打開，滿足客戶使用需求。

模式的切換可以完全通過軟件化的操作來實現(xiàn)，如診斷儀。在車輛出廠之前通過診斷儀將車輛設(shè)置為運輸模式，車輛銷售給終端客戶時再由4S店將車輛設(shè)置為正常模式。完全無需機械操作，而且無需運輸人員操作，方便、快捷且有效。

3.3 蓄電池節(jié)電設(shè)計

根據(jù)上文所述，停車時需要蓄電池SOC值在90%以上才能保證車輛可停放42天。如果SOC不足，也會造成長時間停車后車輛不能起動。因此，保證停車初期蓄電池電量充足也是一項重要的工作。

眾所周知，發(fā)動機運行時發(fā)電機可以持續(xù)給蓄電池充電，因此通常情況下停車之前蓄電池SOC應(yīng)該是100%。造成蓄電池損耗的是在發(fā)動機停止以后繼續(xù)工作的用電器，如多媒體設(shè)備、氛圍燈等。限制此類負載的使用將有助于減少蓄電池的消耗。

可行的方法是通過蓄電池傳感器監(jiān)測蓄電池的SOC值，當達到一定的閾值時關(guān)閉用電器并通過儀表等顯示設(shè)備提醒用戶。蓄電池SOC值與負載關(guān)系如表2所示。

3.4 異常情況的處理

當車輛真的發(fā)生饋電故障時，如果沒有特殊的診斷方法，故障的排查將會是一個非常困難的過程。常規(guī)的方法是當靜態(tài)電流過高時通過逐個拔掉控制器的熔斷絲或接插件，觀察電流降低的情況來判斷是哪個控制器的故障。但是隨著當今車輛電氣控制器數(shù)量的增多，網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜程度的增加，僅通過此方法很難排查出真正的原因。因此需要一種特殊的方法。

表2 蓄電池SOC值與負載關(guān)系

筆者總結(jié)出的一種方法是通過各個常電的控制器記錄自身的休眠喚醒狀態(tài)，當發(fā)生異常的喚醒時記錄相關(guān)DTC和DID，以便通過診斷設(shè)備快速讀取故障信息，鎖定故障點。靜態(tài)電流監(jiān)測功能流程如圖1所示。

當整車進入休眠狀態(tài)以后，蓄電池傳感器監(jiān)測整車的靜態(tài)電流，如果電流值大于閾值 （如30mA），則整車通過網(wǎng)絡(luò)管理報文喚醒所有常電的控制器，并發(fā)出控制器自檢的命令。控制器接收到自檢命令后判斷此刻之前一段時間內(nèi) （如15s）自身的休眠狀態(tài)，如果15s之前控制器已處于喚醒狀態(tài)，則判斷為此控制器異常，造成整車靜態(tài)電流過高，需要記錄DTC，并通過DID記錄喚醒源及喚醒時間等信息，便于快速診斷故障原因。

圖1 靜態(tài)電流監(jiān)測功能流程圖

4 結(jié)語

1）整車靜態(tài)功耗問題產(chǎn)生自停車期間用電器負載產(chǎn)生的電流消耗，合理控制電流消耗并和蓄電池容量匹配才能避免產(chǎn)生蓄電池虧電問題。

2）僅靠傳統(tǒng)的靜態(tài)電流控制方法已無法滿足當代車輛電氣系統(tǒng)復(fù)雜度的現(xiàn)狀，因此必須使用創(chuàng)新的方法來解決，這些創(chuàng)新的方法通常是軟件的方法。

3）本文提及的整車靜態(tài)電流控制方法均已在實際產(chǎn)品中應(yīng)用，其方案合理性已得到驗證，對一般的車輛設(shè)計具有參考意義。