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        整車靜態(tài)功耗控制方法研究

        2020-03-13 09:53:40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
        汽車電器 2020年2期
        關(guān)鍵詞:整車靜態(tài)蓄電池

        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(xiàng)重要指標(biāo),直接影響車輛長時(shí)間停放后的起動(dòng)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(dá)到控制目標(biāo)。筆者多年來從事汽車電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作,在理論分析及產(chǎn)品應(yīng)用上進(jìn)行了大量的研究工作,本文將對此進(jìn)行闡述。

        2 造成整車長時(shí)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(shí)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(dòng)時(shí)蓄電池沒有足夠的電量。因此,靜態(tài)電流指標(biāo)和蓄電池的容量的選擇必須精確計(jì)算。靜態(tài)電流指標(biāo)的制定需要以整車停放的時(shí)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(dòng)機(jī)和蓄電池的特性,發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)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(shí)間為42天,則整車的靜態(tài)電流指標(biāo)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(shí)間

        特殊的場景如海運(yùn),可能需要車輛停放超過90天,該時(shí)間遠(yuǎn)大于客戶正常使用車輛的停放時(shí)長,此時(shí)如果按照常規(guī)的設(shè)計(jì)指標(biāo)不能滿足該時(shí)長要求,會(huì)造成車輛虧電,因此需要一種特殊的方法來達(dá)到停放時(shí)長要求。

        2.3 車輛電氣系統(tǒng)故障造成靜態(tài)電流超標(biāo)

        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(shí)會(huì)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(jì)

        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(gè)電子設(shè)備通過繼電器來供電,整車進(jìn)入休眠狀態(tài)以后繼電器斷開,此時(shí)電子設(shè)備將完全斷電,電流為0,不會(huì)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(shí)就要設(shè)計(jì)一些特殊邏輯的繼電器來滿足功能的需求。

        例如電動(dòng)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(jìn)入車輛后未接通點(diǎn)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?yàn)樵谶@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(huì)產(chǎn)生靜態(tài)電流,控制器需要實(shí)現(xiàn)休眠喚醒的邏輯及功耗控制,零部件成本也會(huì)增加。對此我們可以采用創(chuàng)新的方法,增加一個(gè)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(jìn)入車輛前閉合,離開車輛后斷開,在車輛的整個(gè)駕駛循環(huán)中其閉合的時(shí)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(jì)

        為保證車輛在某些場景下能夠有更多的停放時(shí)間,如存儲(chǔ)和運(yùn)輸,此時(shí)停放時(shí)間往往大于42天,對此需要采用特殊的方法來達(dá)到使用需求。傳統(tǒng)的方式是增加特殊的熔斷絲,如海運(yùn)熔斷絲,在海運(yùn)時(shí)拔掉熔斷絲以切斷某些負(fù)載達(dá)到降低靜態(tài)電流的目的?;蛘吒唵蔚姆椒ǎ蔚粜铍姵仉娋€,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(yùn)輸人員來說需要掌握一定的方法和技能,也增加了運(yùn)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(yùn)輸模式和正常模式。運(yùn)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(yùn)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(jìn)入功能和時(shí)鐘功能,在運(yùn)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(dá)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(shí)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(yùn)輸模式,車輛銷售給終端客戶時(shí)再由4S店將車輛設(shè)置為正常模式。完全無需機(jī)械操作,而且無需運(yùn)輸人員操作,方便、快捷且有效。

        3.3 蓄電池節(jié)電設(shè)計(jì)

        根據(jù)上文所述,停車時(shí)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(huì)造成長時(shí)間停車后車輛不能起動(dòng)。因此,保證停車初期蓄電池電量充足也是一項(xiàng)重要的工作。

        眾所周知,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)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?fù)p耗的是在發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)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(dāng)達(dá)到一定的閾值時(shí)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(fù)載關(guān)系如表2所示。

        3.4 異常情況的處理

        當(dāng)車輛真的發(fā)生饋電故障時(shí),如果沒有特殊的診斷方法,故障的排查將會(huì)是一個(gè)非常困難的過程。常規(guī)的方法是當(dāng)靜態(tài)電流過高時(shí)通過逐個(gè)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(gè)控制器的故障。但是隨著當(dāng)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(fù)載關(guān)系

        筆者總結(jié)出的一種方法是通過各個(gè)常電的控制器記錄自身的休眠喚醒狀態(tài),當(dāng)發(fā)生異常的喚醒時(shí)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(diǎn)。靜態(tài)電流監(jiān)測功能流程如圖1所示。

        當(dāng)整車進(jìn)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(bào)文喚醒所有常電的控制器,并發(fā)出控制器自檢的命令??刂破鹘邮盏阶詸z命令后判斷此刻之前一段時(shí)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(shí)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(fù)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(dāng)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(shí)際產(chǎn)品中應(yīng)用,其方案合理性已得到驗(yàn)證,對一般的車輛設(shè)計(jì)具有參考意義。

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