【原】?關于整車上下電流程的理解

Kuai2012 2022-04-26

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通常在我們的認知中，車輛是在擰鑰匙或者按下啟動按鈕后啟動的，但是實際上車輛中的大部分ECU在你按下解鎖和開車門的時候已經起來，等候工作。

那車輛中的電控單元是怎么被喚醒，以及新能源車中最重要高壓系統(tǒng)是怎么上下電的呢？下面來看看。

01 整車上下電簡介

雖然控制單元可以IG ON、網絡或者其他方式喚醒，不過就目前車輛上的ECU而言，大多數(shù)是采用網絡喚醒，因為整車上有八九十個ECU，采用硬線控制會使總成本和重量都增加，而且通過網絡控制更加靈活。

當鑰匙按下解鎖鍵或打開車門或按下啟動鍵時，喚醒信號通過網關轉發(fā)至整車控制器(VCU)，并將其喚醒，VCU喚醒后控制低壓繼電器盒，使其他ECU上電，并通過發(fā)送網絡管理將其ECU喚醒，ECU啟動并完成自檢后，如果沒有問題，則可以正常工作了，然后在上高壓電(后面會講)。

在低壓下電過程中，當啟動鍵切換到OFF檔，首先進行將斷開高壓供電，車輛各ECU開始陸陸續(xù)續(xù)停發(fā)網絡管理報文，然后停發(fā)應用報文，進入休眠下電流程，最后控制電源管理模塊，斷開供電。

另外在車輛休眠時，大部分ECU的低壓常電都是通過低壓繼電器盒斷開的，保證車輛靜置時暗電流小，能量消耗最低，盡量延長低壓蓄電池虧電時間，因為在車輛靜置時，低壓蓄電池電量不能通過高壓動力電池進行補充。不過也有些ECU在靜置時需要定期運行，比如BMS就需要定期喚醒檢查高壓動力電池的狀態(tài)。

02 高壓系統(tǒng)上下電邏輯

前面提到了高壓系統(tǒng)(如圖1所示)的上下電，在純電車中，這是很重要的一環(huán)，首先高壓存在安全問題，另外如果高壓無法上電，車輛是無法開動的，類似于傳統(tǒng)車上，發(fā)動機沒有啟動，車輛動不了一樣。

圖1 高壓系統(tǒng)電氣圖(來源知網)

高壓上下電的上層控制單元是VCU，它負責各個子系統(tǒng)的協(xié)調，以及整車運行狀態(tài)的管理。除了管理高壓上下電，也負責根據加速踏板、檔位、制動踏板等駕駛員的操作意圖和動力電池的電量，計算出所需的電機輸出扭矩等參數(shù)，從而保障車輛的正常形式，另外也根據動力電池的電量、電池溫度以及行車制動來實現(xiàn)不同等級的能量回收。

高壓上下電需要滿足的原則：

1、避免車輛出現(xiàn)非預期的加速、減速、轉向等動作；

2、應避免因高壓故障引起人員傷亡及設備損壞；

3、滿足高壓上下電性能要求；

首先高壓上電功能需求主要包括：鑰匙上電、直流/交流充電、遠程控制(例如遠程打開空調)，這三種場景僅僅是喚醒的方式不一樣，高壓上電的邏輯和時序是差不多的。對于整個上電過程，通過會有時間要求，比如要求1s內局域網內各ECU(通常包括VCU、DCDC、DCU、BMS等)應完成上電流程，并進入工作模式。

在上電流程中，首先是VCU被喚醒(鑰匙喚醒、網絡喚醒、或者充電cc信號硬線喚醒)，啟動后發(fā)送請求閉合HVIL回路使能線和必要的12V低壓繼電器的CAN報文，同時監(jiān)控HVIL回路狀態(tài)，然后DCU、DC/DC、BMS被喚醒(VCU發(fā)送的網絡管理報文或者IG ON信號喚醒)并進行自檢，監(jiān)控HVIL回路狀態(tài)，對于BMS來說還需計算絕緣阻值，確認絕緣是否正常，無故障后進入待機模式(standby狀態(tài))。

隨后VCU請求BMS閉合主繼電器，BMS則先后閉合主負繼電器和預充繼電器，當檢測到母線電壓達到閾值后，判斷預充電成功，然后閉合主正繼電器，并斷開預充繼電器，到這則高壓上電完成，在VCU請求BMS閉合主繼電器時，同時也會請求DCU、DC/DC進入工作模式，時序圖如圖2所示。

為什么要預充呢？對于低壓來說，例如平時用的電池或者是12V低壓蓄電池，是不需要開關，直接拔電池不會有什么風險。但對高壓而言，直接接電池是不行的，有可能會產生較大的沖擊，燒壞功率器件。

預充是將預充電阻串聯(lián)到高壓回路中，由預充電阻分掉一部分電壓，然后，隨著各ECU內的電容充電上來，等到電壓上升到某一閾值，主正繼電器閉合，這樣預充回路就完成了它的工作了，如圖1。

圖2 高壓正常上電時序(來源知網)

在正常下電流程中，當檢測到鑰匙信號、硬線信號關閉或網絡喚醒信號停發(fā)，VCU立即請求DCU離開工作模式，并且功率器件迅速降低功率，隨后VCU請求DC/DC離開工作模式，然后VCU在請求BMS斷開繼高壓繼電器，BMS完成響應后，VCU斷開HVIL回路和低壓繼電器，各節(jié)點進入下電休眠流程，如圖3所示。

圖3 高壓正常下點(來源知網)

在正常上電狀態(tài)下，如果出現(xiàn)絕緣阻值低于閾值、高壓互鎖斷開、IGBT過流等嚴重故障時，VCU會進行緊急下高壓電流程，首先VCU請求DC/DC脫離工作模式，DCU進入failure模式，隨后VCU請求BMS斷開高壓繼電器，并且斷開HVIL回路，隨后 VCU 請求 IPU 進入緊急放電模式， DCU在規(guī)定時間內完成余電泄放，若鑰匙為關閉狀態(tài)，則各節(jié)點進入休眠流程，如圖4所示。