纯电动汽车整车下电控制策略设计

芦文峰，李占东，郭威，唐岚23，丁宗恒

（1.西华大学汽车与交通学院，四川 成都 610039；2.四川汽车关键零部件协同创新中心，四川 成都 610039；3.汽车测控与安全四川省重点实验室，四川 成都 610039）

1 前言

纯电动汽车（EV）以蓄电池组作为唯一能量源，以驱动电机作为唯一动力驱动装置。蓄电池的工作电压常常高达几百伏，当蓄电池高压电压电路绝缘失效或者发生短路故障时，会直接影响驾乘人员的生命财产以及车载用电设备的安全。因此在设计和规划高压动力系统时必须充分考虑整车和驾乘人员的安全性，确保车辆安全可靠运行。

整车控制器作为纯电动汽车三电核心之一，其主要功能是采集加速踏板信号、制动踏板信号、挡位信号以及其他部件信号，并结合车辆实时运行状态如电池状态、电机状态等其他部件信号，解析驾驶员需求，发出目标指令至电池管理系统、电机控制器，从而使车辆按照驾驶员意图行驶。在纯电动电动汽车上 VCU还需要控制包括转向电机、真空泵、空调、充电机、DC/DC等在内的车辆辅助系统。开发纯电动汽车下电控制策略的目的在于：在已有整车动力系统结构的基础上，通过采集钥匙及踏板等驾驶员动作信号，并通过CAN总线、电池管理系统（BMS）及电机控制器（MCU）等子系统进行通讯，来控制整车高压下电安全。同时在下电过程中，力求准确诊断出整车动力系统的高压故障并迅速做出相应处理。

2 整车下电控制策略

2.1 整车运行模式管理

整车控制模式切换如图1所示：包括充电模式、放电模式、紧急下电模式三种模式。

图1 整车控制模式管理逻辑

➢ 初始化：当驾驶员将钥匙开关拧到ON档或者充电机12V唤醒VCU后，VCU进入初始化，初始化完成后，给BMS上低压电，TCU在ON档上电；

➢ 模式判断：唤醒BMS后，等待与BMS通讯，根据总线上报 BMS的工作模式进行判断，整车再进行相应的工作模式，或者BMS进入下电流程。

➢ 充电模式：车载充电机的充电模式，其中的任务有高低压的上下电，和充电过程中对电池及故障的监测、故障诊断及处理等；

➢ 放电模式：车辆在行驶或停车过程中整车参与的所有控制，包括整车高压上下电管理、驾驶员驾驶意图解析、驱动电机管理、故障诊断识别、故障等级划分、故障模式处理以及其他用电附件的控制等；

➢ 在放电模式下，不能直接切换为充电模式，只有下电后重新上电，且 BMS为充电模式时才能进入充电模式；当在充电模式下运行后，需要再上电后才能切换到放电模式下运行；当有紧急情况出现时，无论运行在充电模式还是在放电模式下都应当无条件切换到紧急处理模式下运行。

2.2 充电模式下的下电逻辑

充电模式下的下电逻辑流程如图2.2所示。充电过程中，当VCU未检测到充电信号、或者BMS上报充电完成指令、或者VCU唤醒信号无效，VCU先关闭DCDC，等待BMS关闭充电机且直流母线电流小于一定值，给 BMS发送高压下电指令，当VCU检测到满足相应条件后，关闭BMS、MCU低压电，完成下电过程。

图2 充电模式下的下电控制逻辑流程图

2.3 放电模式下的下电逻辑

放电模式下的下电控制包括对低压电的下电控制和对高压电的下电控制，具体的下电逻辑流程如图3示：

➢ 降负载：关闭MCU使能和DCDC使能，当驱动电机转速小于50rpm且直流电流小于5A时进入高压电下电流程；

➢ 高压电下电：VCU判断满足下电条件之后，发送下电指令给BMS，同时VCU监控高压电状态，当高压电下电完成且MCU反馈直流母线电压小于36V后，进入低压下电阶段；

➢ 低压下电：VCU关闭BMS和MCU低压电，VCU自主进行下电。

图3 放电模式下的下电控制逻辑流程图

2.4 紧急故障模式的下电管理

在紧急故障模式下，主要处理高压电的紧急下电和对低压电进行处理，具体逻辑流程如图 2.4所示，进入紧急下电模式后，VCU关闭MCU使能、DCDC关闭、延时一段时间后给BMS发送高压下电指令，若检测到VCU唤醒信号无效，则继续完成低压下电过程。

图4 紧急故障下电流程

3 结论

纯电动汽车整车下电控制策略的核心在于：下电过程中能否准确高效的对动力电池系统高压电路的进行控制，达到既能快速驾驶员动作，又可以保证整车在下电过程满足安全性的目的。

本文设计了纯电动汽车充电模式下的整车下电逻辑、放电模式下的下电逻辑、紧急故障模式下的下电逻辑，实现了以整车控制器为控制核心的常规上下电、紧急下电等关键功能，该下电控制策略能够较准确诊断出整车动力系统的高压故障并迅速做出相应处理，为整车控制器及相应高压附属设备调试奠定了基础，能够保障整车下电功能安全。

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