蘆文峰，李占東，郭威，唐嵐23，丁宗恒

（1.西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川 成都 610039；2.四川汽車關(guān)鍵零部件協(xié)同創(chuàng)新中心，四川 成都 610039；3.汽車測(cè)控與安全四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610039）

1 前言

純電動(dòng)汽車（EV）以蓄電池組作為唯一能量源，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為唯一動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置。蓄電池的工作電壓常常高達(dá)幾百伏，當(dāng)蓄電池高壓電壓電路絕緣失效或者發(fā)生短路故障時(shí)，會(huì)直接影響駕乘人員的生命財(cái)產(chǎn)以及車載用電設(shè)備的安全。因此在設(shè)計(jì)和規(guī)劃高壓動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)必須充分考慮整車和駕乘人員的安全性，確保車輛安全可靠運(yùn)行。

整車控制器作為純電動(dòng)汽車三電核心之一，其主要功能是采集加速踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)、擋位信號(hào)以及其他部件信號(hào)，并結(jié)合車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)如電池狀態(tài)、電機(jī)狀態(tài)等其他部件信號(hào)，解析駕駛員需求，發(fā)出目標(biāo)指令至電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器，從而使車輛按照駕駛員意圖行駛。在純電動(dòng)電動(dòng)汽車上 VCU還需要控制包括轉(zhuǎn)向電機(jī)、真空泵、空調(diào)、充電機(jī)、DC/DC等在內(nèi)的車輛輔助系統(tǒng)。開發(fā)純電動(dòng)汽車下電控制策略的目的在于：在已有整車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過采集鑰匙及踏板等駕駛員動(dòng)作信號(hào)，并通過CAN總線、電池管理系統(tǒng)（BMS）及電機(jī)控制器（MCU）等子系統(tǒng)進(jìn)行通訊，來控制整車高壓下電安全。同時(shí)在下電過程中，力求準(zhǔn)確診斷出整車動(dòng)力系統(tǒng)的高壓故障并迅速做出相應(yīng)處理。

2 整車下電控制策略

2.1 整車運(yùn)行模式管理

整車控制模式切換如圖1所示：包括充電模式、放電模式、緊急下電模式三種模式。

圖1 整車控制模式管理邏輯

? 初始化：當(dāng)駕駛員將鑰匙開關(guān)擰到ON檔或者充電機(jī)12V喚醒VCU后，VCU進(jìn)入初始化，初始化完成后，給BMS上低壓電，TCU在ON檔上電；

? 模式判斷：?jiǎn)拘袯MS后，等待與BMS通訊，根據(jù)總線上報(bào) BMS的工作模式進(jìn)行判斷，整車再進(jìn)行相應(yīng)的工作模式，或者BMS進(jìn)入下電流程。

? 充電模式：車載充電機(jī)的充電模式，其中的任務(wù)有高低壓的上下電，和充電過程中對(duì)電池及故障的監(jiān)測(cè)、故障診斷及處理等；

? 放電模式：車輛在行駛或停車過程中整車參與的所有控制，包括整車高壓上下電管理、駕駛員駕駛意圖解析、驅(qū)動(dòng)電機(jī)管理、故障診斷識(shí)別、故障等級(jí)劃分、故障模式處理以及其他用電附件的控制等；

? 在放電模式下，不能直接切換為充電模式，只有下電后重新上電，且 BMS為充電模式時(shí)才能進(jìn)入充電模式；當(dāng)在充電模式下運(yùn)行后，需要再上電后才能切換到放電模式下運(yùn)行；當(dāng)有緊急情況出現(xiàn)時(shí)，無論運(yùn)行在充電模式還是在放電模式下都應(yīng)當(dāng)無條件切換到緊急處理模式下運(yùn)行。

2.2 充電模式下的下電邏輯

充電模式下的下電邏輯流程如圖2.2所示。充電過程中，當(dāng)VCU未檢測(cè)到充電信號(hào)、或者BMS上報(bào)充電完成指令、或者VCU喚醒信號(hào)無效，VCU先關(guān)閉DCDC，等待BMS關(guān)閉充電機(jī)且直流母線電流小于一定值，給 BMS發(fā)送高壓下電指令，當(dāng)VCU檢測(cè)到滿足相應(yīng)條件后，關(guān)閉BMS、MCU低壓電，完成下電過程。

圖2 充電模式下的下電控制邏輯流程圖

2.3 放電模式下的下電邏輯

放電模式下的下電控制包括對(duì)低壓電的下電控制和對(duì)高壓電的下電控制，具體的下電邏輯流程如圖3示：

? 降負(fù)載：關(guān)閉MCU使能和DCDC使能，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于50rpm且直流電流小于5A時(shí)進(jìn)入高壓電下電流程；

? 高壓電下電：VCU判斷滿足下電條件之后，發(fā)送下電指令給BMS，同時(shí)VCU監(jiān)控高壓電狀態(tài)，當(dāng)高壓電下電完成且MCU反饋直流母線電壓小于36V后，進(jìn)入低壓下電階段；

? 低壓下電：VCU關(guān)閉BMS和MCU低壓電，VCU自主進(jìn)行下電。

圖3 放電模式下的下電控制邏輯流程圖

2.4 緊急故障模式的下電管理

在緊急故障模式下，主要處理高壓電的緊急下電和對(duì)低壓電進(jìn)行處理，具體邏輯流程如圖 2.4所示，進(jìn)入緊急下電模式后，VCU關(guān)閉MCU使能、DCDC關(guān)閉、延時(shí)一段時(shí)間后給BMS發(fā)送高壓下電指令，若檢測(cè)到VCU喚醒信號(hào)無效，則繼續(xù)完成低壓下電過程。

圖4 緊急故障下電流程

3 結(jié)論

純電動(dòng)汽車整車下電控制策略的核心在于：下電過程中能否準(zhǔn)確高效的對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)高壓電路的進(jìn)行控制，達(dá)到既能快速駕駛員動(dòng)作，又可以保證整車在下電過程滿足安全性的目的。

本文設(shè)計(jì)了純電動(dòng)汽車充電模式下的整車下電邏輯、放電模式下的下電邏輯、緊急故障模式下的下電邏輯，實(shí)現(xiàn)了以整車控制器為控制核心的常規(guī)上下電、緊急下電等關(guān)鍵功能，該下電控制策略能夠較準(zhǔn)確診斷出整車動(dòng)力系統(tǒng)的高壓故障并迅速做出相應(yīng)處理，為整車控制器及相應(yīng)高壓附屬設(shè)備調(diào)試奠定了基礎(chǔ)，能夠保障整車下電功能安全。

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