許保同，楊國亮，吳 奇

（1.天津陸耐汽車科技有限公司，天津 300457；2.北京新能源汽車研究院，北京 102606；3.北京華泰汽車有限公司，北京 102218）

基于整車安全的EV冷藏車高壓附件控制策略研究

許保同1，楊國亮2，吳 奇3

（1.天津陸耐汽車科技有限公司，天津 300457；2.北京新能源汽車研究院，北京 102606；3.北京華泰汽車有限公司，北京 102218）

針對一款純電動冷藏車高壓附件的能量管理，研究了一種基于整車安全的能量優(yōu)化管理控制策略。通過將整車控制器接收到的故障信息進行等級劃分，利用不同等級情況對高壓附件請求進行不同的控制策略。

純電動冷藏車；高壓附件；整車安全；控制策略

隨著客戶對新能源汽車在駕駛過程中車輛舒適性、功能性等需求的不斷提高，使得純電動物流車的高壓附件逐漸增多［1］。隨之而來的就是純電動汽車的高壓能量消耗量增大，對整車電氣的安全性要求逐步提高。為了能夠更好地保障整車安全，在不影響客戶使用的條件下延長續(xù)駛里程，這就需要整車控制器VCU對高壓附件各元器件進行能量優(yōu)化管理，提高整車能量利用效率。

本文針對某款純電動冷藏車，通過整車控制器VCU對電池管理系統(tǒng)BMS發(fā)送的動力電池實時數(shù)據(jù)，經(jīng)VCU邏輯判斷后，根據(jù)動力電池實際情況對高壓附件的開啟進行綜合管理，在保障整車安全的前提下，滿足車輛的駕駛需求。

1 整車控制器管理高壓附件基本架構

對純電動冷藏車而言，整車動力系統(tǒng)基于較高的電壓平臺，對布滿高低壓電氣元器件車輛的電氣安全，提出了更加嚴格的要求。在設計車輛控制策略時，應充分考慮各種電氣元件的安全管理。整車控制器管理高壓附件基本架構如圖1所示，整車控制器通過對電動汽車的電機驅動系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)及車載高壓附件動力系統(tǒng)進行協(xié)調和管理，保障整車的電氣安全，提高整車能量利用效率，延長續(xù)駛里程，滿足客戶需求。

圖1 整車控制器管理高壓附件基本架構

2 整車高壓附件控制策略開發(fā)

為防止車輛因高壓附件設備過載，導致其高壓回路短路引發(fā)安全隱患，高壓配電箱內(nèi)相關高壓線路應具有熔斷器、繼電器等保證電氣安全的元器件。當設備過載或者短路時，整車控制器通過控制相關繼電器的通斷，保障整車的電氣安全［2］。

2.1 高壓配電箱

根據(jù)純電動車輛所選匹配動力系統(tǒng)動力電池的最大允許放電電流，選擇高壓配電箱內(nèi)的放電回路中預充回路、主正回路中的熔斷器、繼電器的型號［3］，圖2所示為高壓配電箱高壓線路示意圖。熔斷器F10/F20、繼電器J10/J20與高壓配電箱內(nèi)主正繼電器、預充繼電器及預充電阻構成并聯(lián)電路，兩者能否正常工作及閉合，對整車的安全性起著關鍵的作用。因此，應根據(jù)電機控制器所配備的電容、電壓平臺，選擇合適的預充電阻，以防止選擇不合理導致預充失敗。

圖2 高壓配電箱高壓線路示意圖

由于純電動汽車基于高電壓平臺，其電壓已超過人體安全電壓范圍［4］，因此對車輛高壓回路中高壓電氣元件的可靠性有更高的要求，尤其在車輛上高壓瞬間。為了更好地使汽車上電，防止預充粘連，整車控制器VCU需要實時檢測電機控制器MCU發(fā)送過來的電池電壓。若MCU發(fā)送電壓指令的周期為50 ms，設定的預充時間為500 ms，那么整車控制器將電機發(fā)送過來的電壓值進行累加求取平均值，將所得均值與理論計算所設定的電壓值進行比較，如果小于設定的電壓值，則說明預充繼電器沒有粘連；如果大于設定值但不等于動力電池兩端電壓值，則說明預充繼電器粘連；如果均值等于動力電池兩端電壓值，則說明主正繼電器粘連。當整車控制器判斷預充繼電器或者主正繼電器粘連后，VCU通過斷開MCU電源繼電器，禁止整車上高壓，并將故障類型發(fā)送給儀表，供儀表進行報警，提醒駕駛員注意安全。

2.2 車載電源DC/DC的管理

作為低壓動力源的蓄電池，在整車電氣網(wǎng)絡中起著至關重要的作用。在純電動汽車中DC/DC是主要的低壓供電電源，它將動力電池輸出的高壓直流電轉化為低壓直流電，為車上用電設備供電，并將多余的電能向蓄電池充電，使蓄電池始終保持完好的荷電狀態(tài)。對高壓附件DC/DC的管理同其他高壓附件一樣至關重要。作為一款純電動物流車，DC/DC功率的選擇主要根據(jù)各電器件的功率，計算出所需DC/DC功率［5］。如果DC/DC功率不能滿足用電設備需求，會導致蓄電池處于饋電狀態(tài)，縮短蓄電池使用期限。

在車輛充電時，尤其是在慢充時，整車低壓用電設備一直處于工作狀態(tài)，此時如果DC/DC不工作，那么會一直消耗蓄電池電量，最終饋電而導致車輛無法行駛。插入充電槍以后，VCU收到BMS的充電指令，VCU通過引腳或者CAN，啟動DC/DC為蓄電池充電。如果VCU檢測到DC/DC故障，那么整車控制器不再響應BMS的充電指令，并向儀表發(fā)送聲光報警，提醒駕駛員盡快維修。當車輛處于ON擋或者高壓狀態(tài)時，VCU打開DC/DC，為整車提供能量，防止低壓用電設備過度消耗蓄電池電量。如果車輛在行車過程中，DC/DC沒有工作，那么就會導致蓄電池過度放電，使電壓低至一定值，則電路中連接蓄電池的所有低壓繼電器都將停止工作，斷開整車高壓回路中能量的供給，導致運行的車輛中途停止，引起意外事故。因此，整車控制器需要實時檢測到DC/DC狀態(tài)，一旦檢測到DC/DC故障，則VCU禁止外部低壓請求，提醒駕駛員，此時車輛處于坡行回家模式。

2.3 空調/電加熱管理

為了更好地管理AC/PTC請求，整車控制器對外部AC /PTC請求進行互鎖設置，并對BMS發(fā)送的電池電壓、SOC進行等級劃分。針對本車所配動力電池類型，將等級劃分為三級。一級為輕微等級，二級次之，三級最重。

當整車控制器檢測到動力電池的電壓/SOC高于一級設定值，此時可開啟高壓附件；當PTC工作但鼓風機沒有工作時，為了防止PTC局部溫度過熱燒壞PTC，引發(fā)危險，一段時間后沒有打開鼓風機，整車控制斷開PTC高壓。否則，當整車動力電池的電壓/ SOC低于一級設定值而高于二級設定值時，此時整車控制器通過判斷，將提示信息發(fā)送到儀表，儀表顯示提醒駕駛員謹慎開啟AC/PTC。當整車動力電池的電壓/SOC低于二級設定值，此時當外部有AC/PTC請求時，不再響應，并對已經(jīng)響應的AC /PTC，整車控制器切斷其對應的高壓回路，此時，整車控制器通過儀表提示駕駛員。當整車動力電池的電壓/SOC低于三級設定值，整車控制器不再響應配電箱內(nèi)所有高壓附件；當車輛重新起動后，可使車輛移動?？康铰愤?。

3 某款純電動冷藏車高壓附件管理策略

本文所述電壓平臺為540 V，配備三元鋰電池的純電動冷藏車的高壓電氣件、PTC電加熱、AC、助力轉向/壓縮機、DC/DC、冷藏壓縮機，整車控制器根據(jù)外部請求以及車輛狀態(tài)進行合理分配，對車載能源動力系統(tǒng)的高壓附件進行協(xié)調和管理，保障整車安全，提高續(xù)駛里程。圖3所示為純電動冷藏車的高壓附件能量管理方法的流程。

圖3 高壓附件能量管理方法流程圖

當車輛處于充電狀態(tài)時，整車控制器發(fā)送打開DC/DC命令，為蓄電池充電，同時為車身低壓器件負載供電。此時，如果整車控制器VCU檢測到DC/DC故障，那么整車控制器發(fā)送DC/DC故障指令到儀表，發(fā)聲光報警，提醒駕駛員盡快維修，以防長時間充電蓄電池饋電。

當車輛處于ON擋或者處于行車狀態(tài)時，整車控制器VCU打開DC/DC，為整車低壓器件提供能量。當DC/DC故障時，切斷外部低壓請求，斷開已開啟的圖2所示高壓附件繼電器J1、J2、J3、J4，并通過整車控制器將DC/DC故障報警信息發(fā)送到儀表，提醒駕駛員。同時，整車處于坡行回家模式，并不再響應外部用電設備請求。

車輛行駛過程中，當整車動力電池的電壓、SOC高于閥值1，為了保證駕駛安全，保障續(xù)駛里程，整車控制器VCU設置AC/PTC請求互鎖，即J2與J3只有一個起作用。當整車控制器檢測到PTC工作而鼓風機沒有工作時，為了防止PTC局部溫度過熱引發(fā)絕緣故障，一段時間后沒有打開鼓風機，則斷開電加熱器高壓配電箱內(nèi)J3繼電器，并提醒駕駛員。

當整車動力電池的電壓、SOC低于閥值1時，為了保證駕駛安全，保障續(xù)駛里程，此時整車控制器發(fā)送指令到儀表提醒駕駛員，謹慎開啟AC /PTC。

當動力電池的電壓、SOC低于閥值2，為了保證駕駛安全，保障續(xù)駛里程，此時當外部有AC /PTC請求時，不再響應其請求。即使當AC或者PTC已經(jīng)響應完畢后，整車控制器VCU切斷高壓配電箱內(nèi)J2或者J3繼電器，但此時J1、J4、J5一直處于可工作狀態(tài)。

當動力電池的電壓、SOC低于閥值3，整車降功率運行，整車控制器禁止AC、PTC，同時斷開高壓配電箱內(nèi)的所有繼電器。為了避免給交通造成困擾，車輛重新起動后，J5繼電器閉合，使車輛可移動停靠到路邊。

4 結束語

本文根據(jù)某款純電動冷藏車的高壓附件，利用整車控制器接收到的故障信息進行等級劃分，對高壓附件進行了不同的控制策略，可以有效地對車載能源動力系統(tǒng)的高壓附件進行協(xié)調和管理，在保障整車安全的前提下，提高續(xù)駛里程，滿足駕駛需求。

［1］ 李田田，金啟前，馮擎峰.純電動汽車高壓電氣架構的設計［J］.汽車工程師，2013（11）：49-51.

［2］ 楊國亮，齊同啟，柳熹，等.純電動汽車高壓電氣系統(tǒng)安全設計［J］.汽車工程師，2015（11）：41-44.

［3］ 張凱方，婁飛鵬，康照強，等.純電動汽車高壓熔斷器選型分析［J］.汽車電器，2015（6）：24-26.

［4］ 陸勇.混合動力轎車高壓電及整車碰撞安全性研究［D］.長沙：湖南大學，2008.

［5］ 馬洪吉.電動汽車動力電源系統(tǒng)DC/DC變換器的匹配和計算［J］.汽車電器，2011（10）：25-26.

（編輯 心 翔）

The Control Strategy of High Voltage Accessories for Refrigerator EV Based on Vehicle Safety

XU Bao-tong1，YANG Guo-liang2，WU Qi3
（1. Tianjin Lu Nai Automotive Technology Co.， Ltd.， Tianjin 300457，china；2. Beijing New Energy Automobile Research Institute， Beijing 102606，china；3. Beijing Huatai Mortor Group， Beijing 102218， China）

Based on high voltage accessories on a pure electrical refrigerator vehicle， this paper proposes an energy optimizing management control strategy. Through the classification of error messages received by the vehicle controller，different control strategies are carried out onrequests of the high-pressure accessories based on their levels.

electrical refrigerator vehicle； high voltage accessories；vehicle safety；control strategy

U463.6

A

1003-8639（2017）04-0018-03

2016-09-01；

2016-12-07

許保同（1987-），男，山東菏澤人，碩士，主要從事控制器開發(fā)工作。