純電動(dòng)汽車虧電原因分析及預(yù)警策略設(shè)計(jì)

姚復(fù)波，黃祖朋，周 敏，孟 鑫，徐 嫚，謝佶宏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

前言

盡管純電動(dòng)車型快速迭代，零件不斷更新?lián)Q代，但在各車型上卻一直存在著車輛異常虧電的現(xiàn)象。車輛虧電問題是純電動(dòng)汽車發(fā)展路上的技術(shù)難點(diǎn)，它給用戶日常用車帶來很大的困難，且售后排查虧電問題時(shí)也比較困難。本文通過分析車輛虧電的原因，提供車輛虧電的排查方向，并利用遠(yuǎn)程平臺(tái)進(jìn)行虧電預(yù)警，將用戶不規(guī)范行為和設(shè)計(jì)問題透明化，減少車輛虧電率，提升用戶體驗(yàn)[1]。

1 純電動(dòng)汽車虧電原因分析

從根本上分析，影響車輛虧電的原因主要有兩個(gè)：（1）鉛酸電池質(zhì)量問題或者損壞導(dǎo)致車輛虧電；（2）整車靜態(tài)電流大導(dǎo)致車輛虧電。影響整車靜態(tài)電流的因素如圖1所示。

圖1 影響整車靜態(tài)電流因素

1.1 鉛酸電池質(zhì)量問題或損壞導(dǎo)致車輛虧電

鉛酸電池是整車低壓電路的供電源，本身質(zhì)量的好壞是影響整車靜置時(shí)間的重要因素之一。在整車裝車前可依據(jù)GB/T 5008.1-2013《起動(dòng)用鉛酸電池技術(shù)條件和試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)和補(bǔ)電，保證鉛酸電池裝車前質(zhì)量完好且電量充裕。

目前，市面上車輛常用的12 V低壓蓄電池都為鉛酸電池，在鉛酸電池多次虧電后會(huì)導(dǎo)致不可逆損壞，電池極板與電極液失去活性后無法進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使得無法通過補(bǔ)電的形式對鉛酸電池進(jìn)行滿充，導(dǎo)致鉛酸電池直接報(bào)廢。例如：在車輛交付前的運(yùn)輸途中，車輛未將鉛酸電池的負(fù)極斷開，車輛長期靜置導(dǎo)致車輛虧電，虧電后檢查車輛時(shí)又需要補(bǔ)電，多次虧電、補(bǔ)電循環(huán)后就會(huì)導(dǎo)致鉛酸電池?fù)p壞。

1.2 整車靜態(tài)電流大導(dǎo)致車輛虧電

鉛酸電池作為整車低壓電路的能量源，整車靜態(tài)電流大小決定著鉛酸電池的能量消耗速率。整車靜態(tài)電流越大，消耗鉛酸電池的能量就越快，車輛靜置時(shí)間也就越短。

1.2.1 本地事件異常

在網(wǎng)絡(luò)管理策略中，所有的常電（KL30）節(jié)點(diǎn)存在自身的本地事件，當(dāng)零件的本地事件開啟時(shí)，零件就會(huì)被喚醒，并向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)喚醒其它KL30節(jié)點(diǎn)，如果本地事件一直存在，就會(huì)一直維持著網(wǎng)絡(luò)，喚醒著所有KL30節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致整車靜態(tài)電流較大，鉛酸電池會(huì)一直處于高功率放電狀態(tài)，持續(xù)一段時(shí)間就會(huì)導(dǎo)致整車虧電。

簡單的測試車輛靜態(tài)電流的方式如圖2所示，通過使用圖2的方式測試后就可以快速得到車輛不同本地事件下車輛的靜態(tài)電流。

圖2 車輛靜態(tài)電流測量

表1為某車型配置32 kW·h鉛酸電池在開啟不同本地事件時(shí)整車靜態(tài)電流的測試數(shù)據(jù)。從表1中可以看出，在本地事件開啟狀態(tài)下，會(huì)導(dǎo)致車輛迅速虧電。例如，依據(jù)某車型控制策略，本地事件（右車門）處于開啟狀態(tài)時(shí)，車身控制器會(huì)一直按周期發(fā)送網(wǎng)絡(luò)保持幀保持整車網(wǎng)絡(luò)，車上的所有KL30節(jié)點(diǎn)會(huì)被喚醒并處于工作狀態(tài)，此時(shí)測量整車靜態(tài)電流大于1 A。車輛長時(shí)間處于此狀態(tài)，靜置19小時(shí)左右就會(huì)虧電，導(dǎo)致車輛無法啟動(dòng)。

表1 本地事件開啟條件下的整車靜態(tài)電流

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作異常

整車往往設(shè)計(jì)為鑰匙檔位處于OFF檔且無本地事件時(shí)，所有網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入低功耗狀態(tài)。在整車中存在某一個(gè)節(jié)點(diǎn)工作異常（一直處于喚醒狀態(tài)），此節(jié)點(diǎn)會(huì)喚醒整車所有KL30節(jié)點(diǎn)并使整車總線所有KL30節(jié)點(diǎn)一直處于通訊狀態(tài)。當(dāng)KL30節(jié)點(diǎn)保持通訊功能時(shí)，零件的總線功能模塊會(huì)進(jìn)入工作狀態(tài)，功耗會(huì)明顯增大。多個(gè)KL30節(jié)點(diǎn)同時(shí)工作時(shí)，整車的靜態(tài)電流也就會(huì)明顯變大，從而導(dǎo)致整車虧電。在某車型中，通過模擬發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理幀的形式模擬節(jié)點(diǎn)工作異常工況，在此工況下測試整車靜態(tài)電流為1.4 A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出整車靜態(tài)電流小于20 mA的設(shè)計(jì)。在此工況下靜置車輛，車輛在1天左右就會(huì)無法啟動(dòng)。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常是整車虧電的主要原因之一，目前車輛生產(chǎn)商在整車網(wǎng)絡(luò)測試時(shí)都會(huì)關(guān)注到這一點(diǎn)。在進(jìn)行整車網(wǎng)絡(luò)測試和功能測試時(shí)，可避免出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)一直異常，但因測試用例和測試工況不足，會(huì)存在某零件不定時(shí)異常和特定情況下出現(xiàn)異常的情況。當(dāng)此情況出現(xiàn)時(shí)，異常的車輛就會(huì)流入市場，最終引發(fā)車輛虧電的售后問題。圖3為某車型虧電車數(shù)據(jù)，在車型在使用20 000 km后車輛停放一個(gè)晚上就會(huì)虧電。當(dāng)時(shí)在現(xiàn)場通過采集整車報(bào)文，發(fā)現(xiàn)整車能正常休眠，并測試整車靜態(tài)電流也符合設(shè)計(jì)規(guī)范，但車輛在停放一個(gè)晚上之后就會(huì)虧電。于是在車上安裝一個(gè) CAN盒，記錄車輛實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析問題。通過對 CAN盒數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)在車輛遠(yuǎn)程喚醒正常上傳數(shù)據(jù)完成，車輛進(jìn)入休眠時(shí)序時(shí)，XX節(jié)點(diǎn)會(huì)一直發(fā)送數(shù)據(jù)幀導(dǎo)致整車網(wǎng)絡(luò)不休眠，一直損壞鉛酸電池導(dǎo)致整車虧電。

圖3 車輛節(jié)點(diǎn)異常數(shù)據(jù)

1.2.3 繼電器故障

整車中存在很多的繼電器，在繼電器使用過程中，會(huì)出現(xiàn)因?yàn)檠趸尺B、繼電器無法控制等問題導(dǎo)致繼電器下的電器處于不期待工況下工作而使整車靜態(tài)電流過大。

1.2.4 零部件配電邏輯錯(cuò)誤

在整車設(shè)計(jì)前期，整車上的所有用電器會(huì)進(jìn)行電源模式分配設(shè)計(jì)，規(guī)定整車電器工作電源模式，在裝配車輛或改制車輛時(shí)，某電器未按照前期設(shè)計(jì)進(jìn)行配電，將非常電節(jié)點(diǎn)配電成常電節(jié)點(diǎn)，就會(huì)導(dǎo)致此電器一直持續(xù)消耗鉛酸電池，從而導(dǎo)致車輛虧電。

1.2.5 零部件控制邏輯錯(cuò)誤

在車輛設(shè)計(jì)中是存在某些零件會(huì)在車輛 OFF檔鎖車后滿足特定條件下自動(dòng)開啟工作。此時(shí)這個(gè)特定判斷條件的設(shè)計(jì)就會(huì)變得非常重要。當(dāng)條件設(shè)置不合理時(shí)，就會(huì)使得車輛在鎖車后該零件出現(xiàn)非預(yù)期工作，從而使得車輛靜態(tài)電流過大，鉛酸電池快速虧電。

1.2.6 電器件工作異常

在整車中，若有某個(gè)電器件的內(nèi)部存在短路或斷路，而導(dǎo)致整個(gè)電器件在整車上表現(xiàn)為工作狀態(tài)，從而消耗鉛酸電池電量，引起整車虧電。

2 整車虧電預(yù)警

在國家對新能源汽車數(shù)據(jù)上傳國家平臺(tái)的要求下，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)的發(fā)展趨向成熟。合理利用平臺(tái)資源，建立預(yù)警邏輯，通過接收整車數(shù)據(jù)，就可以根據(jù)實(shí)時(shí)車輛數(shù)據(jù)計(jì)算出車輛異常狀態(tài)，并預(yù)警給售后和用戶進(jìn)行車輛異常處理，避免因車輛異常而出現(xiàn)無法用車和發(fā)生事故[2]。

車輛虧電問題一直困擾著萬千用戶用車，其原因可能是用戶用車不規(guī)范導(dǎo)致，也可能是整車網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)異常導(dǎo)致車輛虧電。在平臺(tái)中建立控制邏輯，就能監(jiān)控用戶用車行為，當(dāng)用車不規(guī)范時(shí)及時(shí)提示用戶處理車輛異常。也可監(jiān)控整車網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)行為，方便售后定位問題。

平臺(tái)增加預(yù)警邏輯如下：

（1）通過對鑰匙狀態(tài)=OFF檔&駕駛側(cè)門狀態(tài)=開啟&開啟時(shí)間大于 10分鐘或鑰匙狀態(tài)=OFF檔&副駕駛側(cè)門狀態(tài)=開啟&開啟時(shí)間或開啟時(shí)間大于10分鐘或鑰匙狀態(tài)=OFF檔&副駕駛側(cè)門狀態(tài)=開啟&開啟時(shí)間等邏輯判斷門的狀態(tài)處于開啟可能導(dǎo)致車輛虧單，平臺(tái)將車門未關(guān)的預(yù)警通過手機(jī)APP推送給用戶提醒用戶及時(shí)關(guān)閉車門。

（2）通過對鑰匙狀態(tài)=OFF檔&大燈狀態(tài)=開啟&開啟時(shí)間大于10分鐘或鑰匙狀態(tài)=OFF檔&位置燈狀態(tài)=開啟&開啟時(shí)間大于 10分鐘或鑰匙狀態(tài)=OFF檔&危險(xiǎn)警報(bào)燈狀態(tài)=開啟&開啟時(shí)間大于 10分鐘燈邏輯判斷車燈狀態(tài)處于開啟可能導(dǎo)致車輛虧單，平臺(tái)將車燈未關(guān)的預(yù)警通過手機(jī)APP推送給用戶提醒用戶及時(shí)關(guān)閉車燈。

（3）通過對鑰匙狀態(tài)=OFF檔&各車門狀態(tài)=關(guān)閉&各車燈狀態(tài)=關(guān)閉&車輛充電狀態(tài)=未充電&某節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)管理幀=保持幀邏輯判斷車某節(jié)點(diǎn)一直處于異常工作狀態(tài)，平臺(tái)將此預(yù)警發(fā)送給售后部分，售后通過預(yù)警及時(shí)聯(lián)系用戶進(jìn)站排查車輛，避免車輛因節(jié)點(diǎn)異常導(dǎo)致整車虧電。

（4）通過對鑰匙狀態(tài)=OFF檔&各車門狀態(tài)=關(guān)閉&各車燈狀態(tài)=關(guān)閉&車輛充電狀態(tài)=未充電&某節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)管理幀=喚醒幀&發(fā)送喚醒幀的時(shí)間＜3小時(shí)&平臺(tái)數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間＞10分鐘邏輯判斷整車某節(jié)點(diǎn)不定時(shí)異常工作，平臺(tái)將此預(yù)警發(fā)送給售后部分，售后通過預(yù)警及時(shí)聯(lián)系用戶進(jìn)站排查車輛，避免車輛因節(jié)點(diǎn)異常導(dǎo)致整車虧電。

在平臺(tái)增加門燈狀態(tài)預(yù)警，可避免部分用戶因操作不當(dāng)導(dǎo)致的車輛虧單，通過預(yù)警車載總線上的節(jié)點(diǎn)工作異常，可避免部分前期設(shè)計(jì)可測試驗(yàn)證未發(fā)現(xiàn)的問題零件和Bug導(dǎo)致的虧電。

3 結(jié)語

車輛虧電取決于鉛酸電池質(zhì)量的本身，也取決于鉛酸電池的損耗快慢。把控鉛酸電池質(zhì)量，規(guī)范車輛交付前保存流程，保證流通用戶手上的車輛的鉛酸電池處于完好狀態(tài)。前期設(shè)計(jì)規(guī)范整車設(shè)計(jì)性能，遵循前期設(shè)計(jì)裝配，完善整車測試驗(yàn)證，保證整車設(shè)計(jì)裝配的一致性，杜絕整車因設(shè)計(jì)導(dǎo)致的虧電問題。

平臺(tái)預(yù)警可以避免部分用戶因操作不規(guī)范和整車網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)異常導(dǎo)致的虧電，而用戶規(guī)范用車習(xí)慣和整車設(shè)計(jì)與測試驗(yàn)證才是杜絕車輛虧電的根本辦法。