純電動汽車控制系統(tǒng)喚醒休眠設(shè)計

孫強(qiáng)　李創(chuàng)舉

摘 要：本文簡要介紹純電動汽車整車控制系統(tǒng)的喚醒和休眠控制相關(guān)策略要求。對影響其喚醒，休眠的相關(guān)部件，如VCU以及BMS等部件從部件工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換，以及交互時序開展涉及，滿足了整車喚醒與休眠的要求。

關(guān)鍵詞：純電動汽車 喚醒控制 休眠控制

1 引言

隨著純電動汽車功能越來越多，越來越復(fù)雜，純電動汽車饋電風(fēng)險也越來越大，其整車控制系統(tǒng)的喚醒和休眠控制策略更要進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計。

本文簡要介紹了純電動汽車整車控制系統(tǒng)的喚醒和休眠控制策略。

2 喚醒源要求

2.1 整車控制器VCU喚醒要求

（1）VCU應(yīng)處理以下狀態(tài)的喚醒需求：

（A）點(diǎn)火開關(guān)或PEPS操作至ON檔或START，IG1電源喚醒需求；

（B）慢充喚醒信號需求，交流充電時由OBC發(fā)出，一般為高電平信號；

（C）快充喚醒信號需求，直流充電時由充電樁發(fā)出，12V高電平信號；

（D）遠(yuǎn)程喚醒需求，由車載終端發(fā)出，可通過CAN信號或硬線傳輸；

（E）熱失控喚醒需求，由電池管理系統(tǒng)發(fā)出，可通過CAN信號或硬線傳輸。

（2）當(dāng)任意一個喚醒源有效時，VCU應(yīng)喚醒，當(dāng)所有的喚醒源均無效時，VCU可以進(jìn)入休眠。

2.2 電池管理系統(tǒng)BMS喚醒要求

（1）BMS應(yīng)處理以下狀態(tài)的喚醒需求：

（A）硬線喚醒信號，一般為VCU控制的主繼電器信號；

（B）熱失控喚醒需求，由熱失控傳感器發(fā)出的喚醒需求，可通過CAN信號或硬線傳輸；

（C）CAN喚醒信號可根據(jù)項目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要在整車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員確認(rèn)，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。

（2）當(dāng)BMS接收到熱失控喚醒信號后，應(yīng)通過CAN信號或硬線信號發(fā)出喚醒請求，喚醒VCU。

（3）當(dāng)所有的喚醒源均無效時，BMS應(yīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。

2.3 電機(jī)控制器MCU喚醒要求

（1）MCU應(yīng)處理以下狀態(tài)的喚醒需求：

（A）硬線喚醒信號，一般為VCU控制的主繼電器信號；

（B）CAN喚醒信號可根據(jù)項目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要在整車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員確認(rèn)，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。

（2）當(dāng)所有的喚醒源均無效時，MCU應(yīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。

2.4 直流轉(zhuǎn)換模塊DCDC喚醒要求

（1）DCDC應(yīng)處理以下狀態(tài)的喚醒需求：

（A）硬線喚醒信號，一般為VCU控制的主繼電器信號；

（B）CAN喚醒信號可根據(jù)項目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要在整車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員確認(rèn)，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。

（2）當(dāng)所有的喚醒源均無效時，DCDC應(yīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。

2.5 車載充電機(jī)OBC喚醒要求

（1）OBC應(yīng)處理以下狀態(tài)的喚醒需求：

（A）慢充充電CP信號；

（B）慢充充電CC信號；

（C）CAN喚醒信號可根據(jù)項目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要在整車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員確認(rèn)，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。

（2）當(dāng)OBC接收到慢充充電的CC信號或CP信號喚醒后，應(yīng)通過硬線高電平信號喚醒VCU；

（3）當(dāng)所有的喚醒源均無效時，OBC應(yīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。

3 工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換要求

高壓及相關(guān)系統(tǒng)部件在下列轉(zhuǎn)換過程中各系統(tǒng)部件工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換要求：

（A）接收到有效喚醒源時，從休眠狀態(tài)到高壓激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程；

（B）喚醒源變更為無效時，從高壓激活狀態(tài)到休眠狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。

3.1 整車控制器工作狀態(tài)

（1）整車控制器VCU的工作狀態(tài)可以分為以下狀態(tài)：

（A）初始化：VCU接收到喚醒信號后進(jìn)行初始化；

（B）低壓待機(jī)狀態(tài)：VCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態(tài)；

（C）預(yù)充：VCU判斷允許上高壓，發(fā)出高壓上電預(yù)充指令，由BMS執(zhí)行預(yù)充操作；

（D）高壓激活：高壓上電完成，高壓激活狀態(tài)；

（E）高壓下電：VCU判斷滿足高壓下電條件，發(fā)出高壓下電指令，由BMS指令高壓下電操作；

（F）主動放電：VCU判斷滿足主動放電條件，發(fā)出主動放電指令，由MCU執(zhí)行主動放電操作；

（G）準(zhǔn)備休眠：VCU判斷喚醒源無效，準(zhǔn)備進(jìn)行休眠狀態(tài)；

（H）休眠：VCU進(jìn)入休眠狀態(tài)，停止發(fā)送報文，關(guān)閉輸出端口。

各工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件如圖1。

條件1：VCU接收以下有效喚醒信號之一：

（A）IG1喚醒信號為高電平；

（B）慢充喚醒信號為高電平；

（C）快充喚醒信號為高電平；

（D）接收到有效的CAN喚醒信號。

條件2：VCU初始化完成；

條件3：VCU判斷滿足高壓上電條件；

條件4：VCU判斷高壓上電已完成；

條件5：VCU判斷滿足高壓下電條件；

條件6：VCU判斷高壓繼電器已斷開，滿足主動放電條件；

條件7：VCU判斷主動放電完成或主動放電失敗且放電超時；

條件8；VCU判斷所有喚醒源無效，以下條件均滿足：

（A）IG1喚醒信號為低電平；

（B）慢充喚醒信號為低電平；

（C）快充喚醒信號為低電平；

（D）未接收到有效的CAN喚醒信號且喚醒狀態(tài)任務(wù)已完成。

條件9：VCU執(zhí)行完休眠操作；

（A）喚醒繼電器已關(guān)閉；

（B）數(shù)據(jù)已保存。

條件10：VCU發(fā)出預(yù)充指令后，預(yù)充失??；

條件11：VCU初始化完成后，所有喚醒源無效，以下條件均滿足：

（A）IG1喚醒信號為低電平；

（B）慢充喚醒信號為低電平；

（C）快充喚醒信號為低電平。

未接收到有效的CAN喚醒信號且喚醒狀態(tài)任務(wù)已完成。

（2）在高壓激活狀態(tài)，根據(jù)喚醒源和高壓狀態(tài)，VCU的工作模式可分為5種工作模式：

（A）OFF模式：VCU喚醒狀態(tài)，喚醒源無效；

（B）STANDBY模式：VCU喚醒狀態(tài)，喚醒源有效，高壓未上電；

（C）DCCHARGE模式：快充喚醒有效，高壓上電；

（D）ACCHARGE模式：慢充喚醒有效，高壓上電；

（E）NORMAL模式：IG1喚醒或CAN喚醒有效，高壓上電。

模式優(yōu)先級是DCCHARGE模式>ACCHARGE模式>NORMAL模式；

條件1：IG1喚醒源有效

或 CAN喚醒有效

或 慢充喚醒有效

或 快充喚醒有效

條件2：IG1喚醒有效或CAN喚醒有效

且 無慢充喚醒信號

且 無快充喚醒信號

且 高壓上電完成

條件3：IG1喚醒無效 且 CAN喚醒無效

或 高壓下電

條件4：慢充喚醒信號有效

且 無快充喚醒信號

且 高壓上電完成

條件5：慢充喚醒信號無效 且慢充連接CC信號無效

或 高壓下電

條件6：快充喚醒信號有效

且 高壓上電完成

條件7：快充喚醒信號無效 且快充連接CC2信號無效

或 高壓下電

條件8：慢充喚醒信號有效

條件9：慢充喚醒信號無效

且 慢充連接CC信號無效

且 IG1信號有效

條件10：快充喚醒信號有效

條件11：快充喚醒信號無效

且 快充連接CC2信號無效

且 IG1信號有效

條件12：IG1喚醒源無效

且 CAN喚醒無效

且 慢充喚醒無效

且 快充喚醒無效

條件12：IG1喚醒源有效

且 高壓已上電

3.2 電池管理系統(tǒng)工作狀態(tài)

電池管理系統(tǒng)BMS的工作狀態(tài)可以分為以下狀態(tài)：

（A）初始化：BMS接收到喚醒信號后進(jìn)行初始化；

（B）低壓待機(jī)狀態(tài)：BMS初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態(tài)；

（C）預(yù)充：BMS接收到高壓上電預(yù)充指令，執(zhí)行預(yù)充操作；

（D）高壓激活：高壓上電完成，高壓激活狀態(tài)；

（E）高壓下電：BMS接收到高壓下電指令，或BMS判斷滿足高壓下電條件，執(zhí)行高壓下電操作；

（F）準(zhǔn)備休眠：BMS判斷喚醒源無效，準(zhǔn)備進(jìn)行休眠狀態(tài)；

（G）休眠：BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)，停止發(fā)送報文。

條件1：BMS接收以下有效喚醒信號之一：

（A）硬線主繼電器電喚醒信號為高電平；

（B）熱失控傳感器硬線或CAN信號喚醒信號；

（C）可選，快充喚醒信號為高電平；

（D）可選，接收到有效的CAN喚醒信號。

條件2：BMS初始化完成；

條件3：BMS判斷以下高壓上電條件均滿足：

（A）接收到VCU的高壓上電指令；

（B）BMS高壓上電條件滿足；

（C）BMS無禁止高壓上電的故障。

條件4：BMS判斷高壓上電已完成；

條件5：BMS判斷滿足以下高壓下電條件之一：

（A）接收到VCU的高壓下電指令；

（B）BMS判斷接收到VCU的無效控制指令超過一定時間；

（C）BMS判斷VCU通訊超時超過一定時間；

（D）BMS判斷發(fā)生嚴(yán)重故障，如熱失控，碰撞等。

條件6：BMS判斷高壓繼電器已斷開；

條件7：BMS判斷滿足以下準(zhǔn)備休眠條件之一：

（A）接收到VCU的準(zhǔn)備休眠指令；

（B）硬線喚醒無效超過一定時間。

條件8；BMC判斷以下條件條件之一滿足：

（A）硬線喚醒無效；

（B）無其他禁止休眠條件。

條件9；BMS執(zhí)行預(yù)充失??；

條件10：BMS接收到VCU的發(fā)出待機(jī)指令；

條件11：BMS初始化失敗或初始化完成喚醒源無效。

3.3 電機(jī)控制器工作狀態(tài)

電機(jī)控制器MCU的工作狀態(tài)可以分為以下狀態(tài)：

（A）初始化：MCU接收到喚醒信號后進(jìn)行初始化；

（B）低壓待機(jī)狀態(tài)：MCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態(tài)；

（C）高壓激活：高壓上電完成，未進(jìn)入扭矩模式或轉(zhuǎn)速模式；

（D）高壓下電：MCU接收到高壓下電指令；

（E）主動放電：MCU接收到主動放電指令或判斷滿足主動放電條件，執(zhí)行主動放電操作；

（F）準(zhǔn)備休眠：MCU判斷喚醒源無效，準(zhǔn)備進(jìn)行休眠狀態(tài)；

（G）休眠：MCU進(jìn)入休眠狀態(tài)，停止發(fā)送報文，關(guān)閉輸出端口。

條件1：MCU接收以下有效喚醒信號之一：

（A）硬線主繼電器電喚醒信號為高電平；

（B）可選，接收到有效的CAN喚醒信號。

條件2：MCU初始化完成；

條件3：MCU接收到VCU的高壓激活指令；

條件4：MCU判斷滿足以下高壓下電條件之一：

（A）接收到VCU的高壓下電指令；

（B）接收到VCU的無效控制指令超過一定時間；

（C）硬線喚醒信號無效超過一定時間。

條件5：MCU判斷滿足以下主動放電條件之一：

（A）接收到VCU的主動放電指令；

（B）接收到VCU的無效控制指令超過一定時間；

（C）硬線喚醒信號無效超過一定時間。

條件6：MCU主動放電完成；

條件7：MCU判斷滿足以下準(zhǔn)備休眠條件之一：

（A）接收到VCU的準(zhǔn)備休眠指令；

（B）硬線喚醒無效超過一定時間。

條件8；MCU判斷以下條件之一滿足：

（A）硬線喚醒無效；

（B）無其他禁止休眠條件。

3.4 直流轉(zhuǎn)換模塊DCDC工作狀態(tài)

直流轉(zhuǎn)換模塊DCDC的工作狀態(tài)可以分為以下狀態(tài)：

（A）低壓待機(jī)狀態(tài)：MCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態(tài)；

（B）工作：高壓上電完成，接收到；

（C）休眠：MCU進(jìn)入休眠狀態(tài)，停止發(fā)送報文，關(guān)閉輸出端口。

條件1：DCDC接收以下有效喚醒信號之一：

（A）硬線喚醒信號為高電平；

（B）接收到有效的CAN喚醒信號。

條件2：接收到VCU的工作指令；

條件3：接收到VCU的停止工作指令；

條件4：DCDC判斷以下條件滿足：

（A）硬線喚醒無效；

（B）CAN喚醒信號無效；

（C）無其他禁止休眠條件。

3.5 直車載充電機(jī)OBC工作狀態(tài)

車載充電機(jī)OBC的工作狀態(tài)可以分為以下狀態(tài)：

（A）低壓待機(jī)狀態(tài)：MCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態(tài)；

（B）工作：高壓上電完成，接收到；

（C）休眠：MCU進(jìn)入休眠狀態(tài)，停止發(fā)送報文，關(guān)閉輸出端口。

條件1：車載充電機(jī)OBC接收以下有效喚醒信號之一：

（A）接收到有效的CAN喚醒信號；

（B）接收到有效的CC信號；

（C）接收到有效的CP信號。

條件2：接收到VCU的工作指令；

條件3：接收到VCU的停止工作指令；

條件4：OBC判斷以下條件滿足：

（A）硬線喚醒無效；

（B）CAN喚醒信號無效；

（C）CP信號無效。

無其他禁止休眠條件。

4 休眠喚醒交互時序

4.1 點(diǎn)火開關(guān)喚醒交互時序

配置點(diǎn)火鎖或配置PEPS的車型點(diǎn)火開關(guān)到ON檔時，喚醒VCU，VCU再喚醒其他部件。

4.2 交流充電喚醒交互時序

交流充電時，OBC先喚醒，發(fā)出慢充喚醒信號，喚醒VCU，VCU再喚醒其他部件。

4.3 直流充電喚醒交互時序

直流充電時，充電樁發(fā)出快充喚醒信號，喚醒VCU，VCU再喚醒其他部件。

4.4 CAN喚醒交互時序

CAN喚醒VCU時，VCU接收到有效的功能指令，再喚醒其他部件。

5 結(jié)語

規(guī)范純電動汽車高壓系統(tǒng)上下電的設(shè)計要求及控制策略，對純電動汽車的設(shè)計開發(fā)至關(guān)重要，直接影響到整車電源管理可靠性及整車高壓系統(tǒng)性能和安全。