整车静态功耗控制方法研究

2020-03-13崔振亚沈海洋徐川程吉利汽车研究院宁波有限公司浙江宁波315300

汽车电器 2020年2期

崔振亚，沈海洋，徐川程（吉利汽车研究院（宁波）有限公司，浙江宁波 315300）

1 引言

静态功耗是汽车的一项重要指标，直接影响车辆长时间停放后的起动能力。随着车辆智能化、电子化程度的加深，用电设备大幅增加，整车静态电流越来越难以控制，采用传统的控制方法很难达到控制目标。笔者多年来从事汽车电气系统的设计工作，在理论分析及产品应用上进行了大量的研究工作，本文将对此进行阐述。

2 造成整车长时间停放而亏电的因素

2.1 整车静态电流与蓄电池容量不匹配

静态电流过大而蓄电池容量太小，短时间内蓄电池的电量被静态电流消耗过多，造成车辆起动时蓄电池没有足够的电量。因此，静态电流指标和蓄电池的容量的选择必须精确计算。静态电流指标的制定需要以整车停放的时间以及蓄电池电量的消耗为依据。

例如，根据车辆发动机和蓄电池的特性，发动机起动时必须保证蓄电池的SOC在60%以上，而假定每次停车以后蓄电池的SOC在90%以上，而车辆的蓄电池容量为80Ah，要求能够停放的时间为42天，则整车的静态电流指标应为：

由公式（1）可知，42天内蓄电池的电量消耗最大为80Ah×（90%-60%）=24Ah，42天内最大允许的平均电流为24mA。

2.2 特殊的应用场景需要车辆能够停放更长的时间

特殊的场景如海运，可能需要车辆停放超过90天，该时间远大于客户正常使用车辆的停放时长，此时如果按照常规的设计指标不能满足该时长要求，会造成车辆亏电，因此需要一种特殊的方法来达到停放时长要求。

2.3 车辆电气系统故障造成静态电流超标

电子系统复杂度的增加，发生静态电流故障的几率也大大增加，此类故障发生时会造成电流大幅增加，蓄电池亏电。而且此类故障非常难以排查到原因。

3 静态电流控制的方法

3.1 电源分配设计

通过电源分配控制整车静态电流是最直接有效的方法。如果将某个电子设备通过继电器来供电，整车进入休眠状态以后继电器断开，此时电子设备将完全断电，电流为0，不会产生任何静态电流。但是某些电子设备的功能与车辆上的继电器开闭逻辑不匹配，即继电器无法满足功能的需求，此时就要设计一些特殊逻辑的继电器来满足功能的需求。

例如电动天窗控制器，根据天窗的功能需求，一般情况下车辆停车熄火后2min之内天窗是可以操作的，或者驾驶员进入车辆后未接通点火开关的情况下想要打开天窗。此种场景如果天窗控制器通过传统的KL15继电器或ACC继电器是无法满足的，因为在这种场景下这些继电器是断开的，无法满足功能的需求。但如果将天窗控制器连接常电（KL30电源），势必会产生静态电流，控制器需要实现休眠唤醒的逻辑及功耗控制，零部件成本也会增加。对此我们可以采用创新的方法，增加一个继电器，可以命名为舒适继电器，采用特殊的控制逻辑，详见表1。

表1 舒适继电器控制逻辑

由表1可知，该继电器在客户进入车辆前闭合，离开车辆后断开，在车辆的整个驾驶循环中其闭合的时间较长，可以满足许多功能的需求。例如上文提到的天窗的使用场景，既满足了功能使用需求又避免产生静态电流。

3.2 整车模式设计

为保证车辆在某些场景下能够有更多的停放时间，如存储和运输，此时停放时间往往大于42天，对此需要采用特殊的方法来达到使用需求。传统的方式是增加特殊的熔断丝，如海运熔断丝，在海运时拔掉熔断丝以切断某些负载达到降低静态电流的目的。或者更简单的方法，拔掉蓄电池电线，直接切断整车电源。但是这些方式操作复杂，使用不方便，且对于运输人员来说需要掌握一定的方法和技能，也增加了运输成本。

对此可以有一种更加创新的方法，软件化的整车使用模式控制。将整车划分为两种模式：运输模式和正常模式。运输模式即车辆长期停放，尚未销售期间的模式。正常模式即客户使用期间的模式。通过功能的划分，在运输模式下可以有更多的功能来禁用，依此来减少静态电流。例如无钥匙进入功能和时钟功能，在运输模式下该功能禁用将可以减少相应控制器的静态电流，达到比正常模式下更小的电量消耗。在正常模式下相应的功能打开，满足客户使用需求。

模式的切换可以完全通过软件化的操作来实现，如诊断仪。在车辆出厂之前通过诊断仪将车辆设置为运输模式，车辆销售给终端客户时再由4S店将车辆设置为正常模式。完全无需机械操作，而且无需运输人员操作，方便、快捷且有效。

3.3 蓄电池节电设计

根据上文所述，停车时需要蓄电池SOC值在90%以上才能保证车辆可停放42天。如果SOC不足，也会造成长时间停车后车辆不能起动。因此，保证停车初期蓄电池电量充足也是一项重要的工作。

众所周知，发动机运行时发电机可以持续给蓄电池充电，因此通常情况下停车之前蓄电池SOC应该是100%。造成蓄电池损耗的是在发动机停止以后继续工作的用电器，如多媒体设备、氛围灯等。限制此类负载的使用将有助于减少蓄电池的消耗。

可行的方法是通过蓄电池传感器监测蓄电池的SOC值，当达到一定的阈值时关闭用电器并通过仪表等显示设备提醒用户。蓄电池SOC值与负载关系如表2所示。

3.4 异常情况的处理

当车辆真的发生馈电故障时，如果没有特殊的诊断方法，故障的排查将会是一个非常困难的过程。常规的方法是当静态电流过高时通过逐个拔掉控制器的熔断丝或接插件，观察电流降低的情况来判断是哪个控制器的故障。但是随着当今车辆电气控制器数量的增多，网络管理复杂程度的增加，仅通过此方法很难排查出真正的原因。因此需要一种特殊的方法。

表2 蓄电池SOC值与负载关系

笔者总结出的一种方法是通过各个常电的控制器记录自身的休眠唤醒状态，当发生异常的唤醒时记录相关DTC和DID，以便通过诊断设备快速读取故障信息，锁定故障点。静态电流监测功能流程如图1所示。

当整车进入休眠状态以后，蓄电池传感器监测整车的静态电流，如果电流值大于阈值（如30mA），则整车通过网络管理报文唤醒所有常电的控制器，并发出控制器自检的命令。控制器接收到自检命令后判断此刻之前一段时间内（如15s）自身的休眠状态，如果15s之前控制器已处于唤醒状态，则判断为此控制器异常，造成整车静态电流过高，需要记录DTC，并通过DID记录唤醒源及唤醒时间等信息，便于快速诊断故障原因。