新型开关电源盒CQ2028的开发与应用

白玉美

（厦门金龙联合汽车工业有限公司工程研究院，福建厦门　361023）



新型开关电源盒CQ2028的开发与应用

白玉美

（厦门金龙联合汽车工业有限公司工程研究院，福建厦门361023）

摘要：分析传统开关电源盒存在的问题；在传统的CQ2025开关电源盒的基础上，开发新型开关电源盒CQ2028，使其具有安全、实时监控以及智能化等特点，以提高整车用电的安全性。

关键词：新型开关电源盒；CQ2028；开发与应用

作者信息：白玉美（1980-），女，工程师；研究方向：客车电气系统；获发明专利1项，实用新型专利9项。

随着客车技术的发展，整车电气系统的安全性、可靠性关系到整车运行的可靠性和安全性。客车开关电源盒是客车最主要的供电和控制设备，它起到给客车用电器供电，控制发电机充电，控制起动机起动等重要作用，关系到整车运行的可靠性和安全性。开关电源盒出现问题，小则影响车辆的正常运行，大则可能引发火灾。对于如何在满足乘用舒适性及操控方便性的前提下，有效保证整车供电系统的安全性、可靠性是客车电气技术所需要解决的问题。

1　传统开关电源盒存在的问题

经分析，一些传统开关电源盒其功能单一且结构简陋，已经不能适用现在的技术发展。装用传统开关电源盒的整车日常运行时经常遇到：蓄电池亏电时间过长，严重影响蓄电池的寿命并导致车辆无法起动；发电机超压发电故障；起动机回路短路故障和车辆动力链严重故障（如发动机存在ECU上电后主继电器开启过早或主继电器无法断开）等情况时，无法真正地、全方位地起到连接、控制和保护以上关键设备的作用，有时甚至会导致整车的故障而停运，给驾乘人员带来不便，也会影响整体的道路运行情况。对近几年市场所出现的电气问题进行分析发现：蓄电池亏电问题约占60%，车辆动力链故障约占25%，发电机超压发电故障约占10%，起动回路短路故障约占5%.。

为提高开关电源盒的可靠性和安全性，我司技术部门成立了专项开发小组，以在车辆发生蓄电池亏电、发电机充电故障、车辆动力链严重故障等情况时，能真正地、全方位地起到连接、控制和保护上述关键设备的作用为目标，开发新一代安全智能电源开关盒CQ2028。

2　新型开关电源盒CQ2028的特性

1）防水及可视化。从防水性、可视化及可易维护性等方面进行全面的综合考虑，进行了整体外观的改变。较原先的CQ2025的开关电源盒，新一代的开关电源盒采用了透明的塑料盒，方便了检修及对器件的监控。同时，相应的插件采用AMP防水型插件，以最大限度地确保线束插接的可靠性。另外，新型开关电源盒在老一代的基础上，还增加了相应的电器ECU系统，使其更适用于当前信息化、可视化的功能需求[1]。新、旧两代电源盒的电气原理图分别见图1和图2。

2）安全性。传统的开关电源盒只是对整车电气系统提供相应的电源，对于整车用电的安全性考虑很少。尤其是对于起动电源这一部分，基本没有相应的保护功能。而CQ2028新型开关电源盒，则在开发初期就对现有市场进行了相关的调研并结合实际运行需求及前期出现的问题，提出相应的技术方案对起动主电源进行相应的保护，以避免因车辆长期运行及保养不当，而造成的过流或短路故障进而在起动时造成的起火事故[2-3]，从而在车辆起步初期进行相应的安全防护。

3）实时监控性。蓄电池在整车电气系统中起着重要的作用，决定了车辆能否正常起动运行。有时会看到，车辆因电瓶问题需要别的车辆帮忙搭接起动的现象。这个现象除了蓄电池本身问题外，还与不规范地使用车辆有关。如车辆停运时，整车的灯光通明，虽短时不会出现问题，但是有可能就会对第二天的车辆起动带来问题。这是现在所用传统的开关电源盒所不能解决的问题。所以CQ2028在设计初期，也已经将这一点加以考虑，可以实现电瓶电压的实时监测。通过设定最低报警值来保证电瓶有足够的能量来起动车辆，不至于因为小的疏忽，造成车辆不能起动。

4）智能化。现行的开关电源盒只是简单地满足车辆总电源的分布与控制，驾驶人员无法了解实际开关电源盒的具体情况，只能从车辆是否能起动、运行等方面做简单的判断。可能会是其中的一个小问题（如起动保护的保险断了，或是蓄电池电压偏低等情况），因为不知道具体情况，而导致车辆不能运行。CQ2028新型开关电源盒，则在考虑了安全性之外，还运用CAN总线技术将其运行情况及时反馈给驾驶人员，同时还会显示一些故障分析的信息[4]，从而有效地提高驾乘人员对于此设备的运行及可能出现的故障情况及时掌控，并能对不良的起动操作有一定的限制。

3　解决目标及设计方案

3.1保护供电系统

CQ2028新型开关电源盒采用智能数字集成芯片实时监测供电系统电压的变化，并将得到的系统电压检测值传输至开关盒的ECU。通过对所测数据对比分析，当检测值超出ECU内设定的范围值时，通过CAN（控制器局域网络Controller Area Network）总线向仪表控制器发出相关信号并在仪表上显示，以提示驾驶员及时对相关系统进行维护、检修[5-6]。如得不到及时处理，则由ECU对总电源继电器进行控制操作，以确保系统电源的安全[7]。电源监测示意图见图3。

3.2保护起动回路及起动机

在起动时，利用霍尔效应[8]（霍尔效应就是在物质中任何一点产生的感应电场强度与电流密度和磁感应强度之矢量积成正比的现象）实时测量电流值。通过对起动回路进行实时监测，当起动电流出现异常超出设定值时，ECU发出控制信号，直接切断总电源继电器，确保在起动回路的安全[9]。其起动控制流程见图4。

其主要流程是：起动回路闭合后，起动机开始工作。此时，开关盒中的监控系统开始监测起动回路的电流。由于起动机的运行有其时段性，在实际中是按划分时段分别监测。此系统分三个时段进行：第一时段起动机在工作开始后200 ms内，在此时段内出现大电流脉冲；第二时段起动后200～600 ms之间，在此时段内客车发动机被起动至设定转速；第三时段起动后600 ms至起动机停止，起动机电流趋于平缓。由于第一时段因其特殊性不列入监测范围，进而忽略。当检测系统检测到的数据与设定值发生偏差，系统认定起动回路电流出现异常（短路、过流）时，控制器驱动起动继电器使起动回路自动断开，并且利用CAN总线通信功能，使其与仪表控制器进行通信及时地向仪表发送报警信号[10]。

以图5为例，其为某型号起动机的特性曲线。在曲线中可以看出，起动机在起动瞬间因其自身机械特性会出现高于1 400 A的脉冲，持续时间约200 ms，其落在第一起动时段之内；随后完成客车起动，用时大概400 ms，起动电流高于300 A，其落在第二起动时段内；从完成客车起动到起动机停止用时大概1 s，运行电流约200 A。其参数值都在设计范围内，系统可以正常运行。如起动机出现过流或起动电流异常时，则通过CAN总线向仪表处理器发出相应警告信号并通过新型开关电源盒ECU控制接口切断或延时切断相应故障部分电源，以确保起动回路的安全。

3.3保护动力链

新型开关电源盒的ECU通过总线与整车仪表处理器和车辆动力链各CAN节点ECU进行通讯，对接收到的相关报文进行解析来判断此时发动机、自动变速器等系统的情况。当动力链有故障时，通过CAN总线及时发送到仪表，通过仪表进行故障报警；当动力链有严重故障无法起动时，ECU自动将系统起动功能被禁止，同时通过CAN总线向仪表处理器发出车辆动力链严重故障信息，需排除故障后才能起动。这样可以防止在有启动系统故障时强行启动，对发动机、自动变速器等系统造成损坏。例如，当在起动前系统读到发动机存在机油压力故障时，会通过仪表进行相关有声、光报警以提示发动机系统故障，需要排除故障后才可进行发动机起动操作，否则系统自动进入起动动能禁止模式；而传统的开关电源盒则无法对此类问题进行提前预防。

4　结束语

此款开关电源盒于2012年3月19日进行首台装车试制，经30 000 km的运行试验后，开始于同年5月份开始小批量装车试制，并于2013年中开始在我司11 m以上车型全系标配。至今为止，除在试制初期出现过电源接线柱高度问题导致的接触不可靠外（此问题已经在后续的试制中进行整改），无其它的不良售后反馈。此款安全智能电源开关盒，除了对传统开关电器盒零部件的升级、优化、整合外，还创新性地引入了相应的监测技术和CAN通讯技术，成功地解决了客车电源装置的通讯、安全、控制等技术难题。其安全性和可靠性居客车行业领先水平，极大提升了金龙客车的技术水平和品牌形象。

参考文献：

[1]张春化.蹇小平.汽车电器与电路[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[2]边建华.张胜川.商用车起动系统电路匹配性设计[J].汽车电器，2010（2）：1-3.

[3]周敦杰.公交客车如何避免火灾的设计思路[J].汽车电器，2010（2）：4-5.

[4]周方明.CAN总线在金龙客车上的应用与发展[J].客车技术与研究，2007，29（4）：39-41.

[5]孙仁云，付百学.汽车电器与电子技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[6]伏军锋.汽车电气统设计[J].汽车电器，2010（1）：1-5.

[7]郑毅.基于CAN总线技术的客车起动与电源系统控制方法[J].客车技术与研究，2015，37（3）：30-32.

[8]陆荣.电工基础[M].北京：机械工业出版社，2006.6.

[9]张焦军.汽车起动系统电路故障查找[J].汽车电器，2009（3）：40-42.

[10]于季刚，张辑.基于CAN总线的客车电源管理系统方案设计[J].电气技术，2013（5）：50-53.

修改稿日期：2015-10-13

Development and Application of a New Type of Switch Electric Power Box CQ2028

Bai Yumei
（Engineering Research Institute, Xiamen King Long United Automotive Industry Co., Ltd, Xiamen 361023, China）

Abstract：The author analyzes the problems of the traditional electric power switch box. She developes the new switch box CQ2028 on the basis of the traditional power switch box CQ2025, and make it having the characteristics ofsafety, real-time monitoringand intelligent in order toimprove the safetyofthe vehicle electric power.

Key words:newtype ofswitch electric power box; CQ2028; development and application

中图分类号：U463.6

文献标志码：B

文章编号：1006-3331（2016）02-0037-03