基于整车安全的EV冷藏车高压附件控制策略研究

许保同，杨国亮，吴 奇

（1.天津陆耐汽车科技有限公司，天津 300457；2.北京新能源汽车研究院，北京 102606；3.北京华泰汽车有限公司，北京 102218）

基于整车安全的EV冷藏车高压附件控制策略研究

许保同1，杨国亮2，吴 奇3

（1.天津陆耐汽车科技有限公司，天津 300457；2.北京新能源汽车研究院，北京 102606；3.北京华泰汽车有限公司，北京 102218）

针对一款纯电动冷藏车高压附件的能量管理，研究了一种基于整车安全的能量优化管理控制策略。通过将整车控制器接收到的故障信息进行等级划分，利用不同等级情况对高压附件请求进行不同的控制策略。

纯电动冷藏车；高压附件；整车安全；控制策略

随着客户对新能源汽车在驾驶过程中车辆舒适性、功能性等需求的不断提高，使得纯电动物流车的高压附件逐渐增多［1］。随之而来的就是纯电动汽车的高压能量消耗量增大，对整车电气的安全性要求逐步提高。为了能够更好地保障整车安全，在不影响客户使用的条件下延长续驶里程，这就需要整车控制器VCU对高压附件各元器件进行能量优化管理，提高整车能量利用效率。

本文针对某款纯电动冷藏车，通过整车控制器VCU对电池管理系统BMS发送的动力电池实时数据，经VCU逻辑判断后，根据动力电池实际情况对高压附件的开启进行综合管理，在保障整车安全的前提下，满足车辆的驾驶需求。

1 整车控制器管理高压附件基本架构

对纯电动冷藏车而言，整车动力系统基于较高的电压平台，对布满高低压电气元器件车辆的电气安全，提出了更加严格的要求。在设计车辆控制策略时，应充分考虑各种电气元件的安全管理。整车控制器管理高压附件基本架构如图1所示，整车控制器通过对电动汽车的电机驱动系统、电池管理系统及车载高压附件动力系统进行协调和管理，保障整车的电气安全，提高整车能量利用效率，延长续驶里程，满足客户需求。

图1 整车控制器管理高压附件基本架构

2 整车高压附件控制策略开发

为防止车辆因高压附件设备过载，导致其高压回路短路引发安全隐患，高压配电箱内相关高压线路应具有熔断器、继电器等保证电气安全的元器件。当设备过载或者短路时，整车控制器通过控制相关继电器的通断，保障整车的电气安全［2］。

2.1 高压配电箱

根据纯电动车辆所选匹配动力系统动力电池的最大允许放电电流，选择高压配电箱内的放电回路中预充回路、主正回路中的熔断器、继电器的型号［3］，图2所示为高压配电箱高压线路示意图。熔断器F10/F20、继电器J10/J20与高压配电箱内主正继电器、预充继电器及预充电阻构成并联电路，两者能否正常工作及闭合，对整车的安全性起着关键的作用。因此，应根据电机控制器所配备的电容、电压平台，选择合适的预充电阻，以防止选择不合理导致预充失败。

图2 高压配电箱高压线路示意图

由于纯电动汽车基于高电压平台，其电压已超过人体安全电压范围［4］，因此对车辆高压回路中高压电气元件的可靠性有更高的要求，尤其在车辆上高压瞬间。为了更好地使汽车上电，防止预充粘连，整车控制器VCU需要实时检测电机控制器MCU发送过来的电池电压。若MCU发送电压指令的周期为50 ms，设定的预充时间为500 ms，那么整车控制器将电机发送过来的电压值进行累加求取平均值，将所得均值与理论计算所设定的电压值进行比较，如果小于设定的电压值，则说明预充继电器没有粘连；如果大于设定值但不等于动力电池两端电压值，则说明预充继电器粘连；如果均值等于动力电池两端电压值，则说明主正继电器粘连。当整车控制器判断预充继电器或者主正继电器粘连后，VCU通过断开MCU电源继电器，禁止整车上高压，并将故障类型发送给仪表，供仪表进行报警，提醒驾驶员注意安全。

2.2 车载电源DC/DC的管理

作为低压动力源的蓄电池，在整车电气网络中起着至关重要的作用。在纯电动汽车中DC/DC是主要的低压供电电源，它将动力电池输出的高压直流电转化为低压直流电，为车上用电设备供电，并将多余的电能向蓄电池充电，使蓄电池始终保持完好的荷电状态。对高压附件DC/DC的管理同其他高压附件一样至关重要。作为一款纯电动物流车，DC/DC功率的选择主要根据各电器件的功率，计算出所需DC/DC功率［5］。如果DC/DC功率不能满足用电设备需求，会导致蓄电池处于馈电状态，缩短蓄电池使用期限。

在车辆充电时，尤其是在慢充时，整车低压用电设备一直处于工作状态，此时如果DC/DC不工作，那么会一直消耗蓄电池电量，最终馈电而导致车辆无法行驶。插入充电枪以后，VCU收到BMS的充电指令，VCU通过引脚或者CAN，启动DC/DC为蓄电池充电。如果VCU检测到DC/DC故障，那么整车控制器不再响应BMS的充电指令，并向仪表发送声光报警，提醒驾驶员尽快维修。当车辆处于ON挡或者高压状态时，VCU打开DC/DC，为整车提供能量，防止低压用电设备过度消耗蓄电池电量。如果车辆在行车过程中，DC/DC没有工作，那么就会导致蓄电池过度放电，使电压低至一定值，则电路中连接蓄电池的所有低压继电器都将停止工作，断开整车高压回路中能量的供给，导致运行的车辆中途停止，引起意外事故。因此，整车控制器需要实时检测到DC/DC状态，一旦检测到DC/DC故障，则VCU禁止外部低压请求，提醒驾驶员，此时车辆处于坡行回家模式。

2.3 空调/电加热管理

为了更好地管理AC/PTC请求，整车控制器对外部AC /PTC请求进行互锁设置，并对BMS发送的电池电压、SOC进行等级划分。针对本车所配动力电池类型，将等级划分为三级。一级为轻微等级，二级次之，三级最重。

当整车控制器检测到动力电池的电压/SOC高于一级设定值，此时可开启高压附件；当PTC工作但鼓风机没有工作时，为了防止PTC局部温度过热烧坏PTC，引发危险，一段时间后没有打开鼓风机，整车控制断开PTC高压。否则，当整车动力电池的电压/ SOC低于一级设定值而高于二级设定值时，此时整车控制器通过判断，将提示信息发送到仪表，仪表显示提醒驾驶员谨慎开启AC/PTC。当整车动力电池的电压/SOC低于二级设定值，此时当外部有AC/PTC请求时，不再响应，并对已经响应的AC /PTC，整车控制器切断其对应的高压回路，此时，整车控制器通过仪表提示驾驶员。当整车动力电池的电压/SOC低于三级设定值，整车控制器不再响应配电箱内所有高压附件；当车辆重新起动后，可使车辆移动停靠到路边。

3 某款纯电动冷藏车高压附件管理策略

本文所述电压平台为540 V，配备三元锂电池的纯电动冷藏车的高压电气件、PTC电加热、AC、助力转向/压缩机、DC/DC、冷藏压缩机，整车控制器根据外部请求以及车辆状态进行合理分配，对车载能源动力系统的高压附件进行协调和管理，保障整车安全，提高续驶里程。图3所示为纯电动冷藏车的高压附件能量管理方法的流程。

图3 高压附件能量管理方法流程图

当车辆处于充电状态时，整车控制器发送打开DC/DC命令，为蓄电池充电，同时为车身低压器件负载供电。此时，如果整车控制器VCU检测到DC/DC故障，那么整车控制器发送DC/DC故障指令到仪表，发声光报警，提醒驾驶员尽快维修，以防长时间充电蓄电池馈电。

当车辆处于ON挡或者处于行车状态时，整车控制器VCU打开DC/DC，为整车低压器件提供能量。当DC/DC故障时，切断外部低压请求，断开已开启的图2所示高压附件继电器J1、J2、J3、J4，并通过整车控制器将DC/DC故障报警信息发送到仪表，提醒驾驶员。同时，整车处于坡行回家模式，并不再响应外部用电设备请求。

车辆行驶过程中，当整车动力电池的电压、SOC高于阀值1，为了保证驾驶安全，保障续驶里程，整车控制器VCU设置AC/PTC请求互锁，即J2与J3只有一个起作用。当整车控制器检测到PTC工作而鼓风机没有工作时，为了防止PTC局部温度过热引发绝缘故障，一段时间后没有打开鼓风机，则断开电加热器高压配电箱内J3继电器，并提醒驾驶员。

当整车动力电池的电压、SOC低于阀值1时，为了保证驾驶安全，保障续驶里程，此时整车控制器发送指令到仪表提醒驾驶员，谨慎开启AC /PTC。

当动力电池的电压、SOC低于阀值2，为了保证驾驶安全，保障续驶里程，此时当外部有AC /PTC请求时，不再响应其请求。即使当AC或者PTC已经响应完毕后，整车控制器VCU切断高压配电箱内J2或者J3继电器，但此时J1、J4、J5一直处于可工作状态。

当动力电池的电压、SOC低于阀值3，整车降功率运行，整车控制器禁止AC、PTC，同时断开高压配电箱内的所有继电器。为了避免给交通造成困扰，车辆重新起动后，J5继电器闭合，使车辆可移动停靠到路边。

4 结束语

本文根据某款纯电动冷藏车的高压附件，利用整车控制器接收到的故障信息进行等级划分，对高压附件进行了不同的控制策略，可以有效地对车载能源动力系统的高压附件进行协调和管理，在保障整车安全的前提下，提高续驶里程，满足驾驶需求。

［1］ 李田田，金启前，冯擎峰.纯电动汽车高压电气架构的设计［J］.汽车工程师，2013（11）：49-51.

［2］ 杨国亮，齐同启，柳熹，等.纯电动汽车高压电气系统安全设计［J］.汽车工程师，2015（11）：41-44.

［3］ 张凯方，娄飞鹏，康照强，等.纯电动汽车高压熔断器选型分析［J］.汽车电器，2015（6）：24-26.

［4］ 陆勇.混合动力轿车高压电及整车碰撞安全性研究［D］.长沙：湖南大学，2008.

［5］ 马洪吉.电动汽车动力电源系统DC/DC变换器的匹配和计算［J］.汽车电器，2011（10）：25-26.

（编辑 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

许保同（1987-），男，山东菏泽人，硕士，主要从事控制器开发工作。