浅谈汽车常见馈电问题及排查流程方法

2021-08-04蔡伟杰杨帅帅徐川程

汽车电器 2021年7期

关键词：静态整车蓄电池

蔡伟杰，杨帅帅，徐川程

（吉利汽车研究院（宁波）有限公司，浙江宁波 315336）

1 目标

总结市场经验教训，系统分析馈电故障产生的原因，如何检出及规避电流异常消耗做指导性作用。新从事此项工作的人员，对馈电的原理及常见的故障快速有个认知。

2 分析

车辆发生馈电故障，会造成车辆无法使用，通俗地讲馈电的汽车如同一堆废铁。汽车一旦馈电会造成用户极大的抱怨，对品牌认可度定会造成较大的影响，所以汽车馈电问题刻不容缓，是需要立刻解决和规避的故障。那么，汽车为什么会馈电呢？归根结底，馈电问题无非是以下三个方面：充电系统故障、蓄电池故障、负载和控制器异常消耗，都需要做好系统的可靠性及鲁棒性。电源系统示意如图1所示。

图1 电源系统示意图

2.1 充电系统故障

充电系统故障具体表现为：充电不足、过度充电、偶发性不发电、连续性不充电及修复充电失效。

充电不足和过度充电，主要受充电策略设计合理性影响，例如：充电电压及电流设置过低或过高、导线截面积选型过小、安装连接不可靠或锈蚀等。为了尽可能地延长蓄电池使用寿命，充电策略中需要融入部分蓄电池修复性充电策略，如：周期性及个别极端的工况下，升高到达蓄电池两端的电压或控制充电电流，使蓄电池周期性地充满电或修复性充电，避免长时间处于低电量造成的损坏。

为了降低油耗，提升汽车性能等，现在汽车上越来越多地采用智能发电机。智能发电机监测更多的系统状态和交互信息，一旦发生某个信号不正确或失去通信，或者极端环境下部分功能限制等，造成短暂的发电机停止输出，这种故障称作偶发性不发电，短暂的不充电对整车用电器没有影响，但时间过长会造成12V蓄电池电量下降甚至馈电，从而造成汽车抛锚。为了避免偶发性不充电，系统应在智能控制的基础上保留传统充电方式或合理的故障替代方案，从而适应各类环境和用户习惯。

2.2 蓄电池故障

蓄电池的作用是发动机启动时给起动机供电。当整车用电器电流大于发电机电流时，辅助发电机给整车负载供电。整车电压不稳时，起到大容量电容的作用，从而稳定汽车电压。把多余的电能存储起来。充电系统不发电时，短时间给负载和控制器供电。

蓄电池故障一般是：蓄电池不充电、内部消耗电量、电能存储能力下降、极柱锈蚀等。蓄电池在业内已是成熟产品，国内具有成熟的技术及生产能力。即便如此，大大小小的品质故障依然经常发生。控制蓄电池品质是一个持续改进的过程，不可松懈和怠慢。

蓄电池选型非常重要，选型容量过大导致整车成本压力大。选型容量过小存在小马拉大车的现象，容易产生馈电故障。一般来说，蓄电池选型取决于整车静态电流的大小和负载的多少。

2.3 负载和控制器异常消耗

电流异常消耗一般分为静态电流超标、网络不休眠电流消耗异常、控制器无法进入低功耗等。

1）静态电流超标，是整车上一个或多个控制器静态电流超过设计值，会造成车辆可静止停放时间减短。

2）网络不休眠，整车无法进入低功耗模式，或控制器无法休眠或休眠后循环唤醒。多个控制器持续工作，并且相互之间有信号交互造成网络无法休眠故障。一般发生于某个控制器bug，异常置位网络管理报文，造成整车网络处于长时间唤醒状态。常见的这类故障出现在特殊用户场景或低概率性偶发故障。此类问题也是最难查出原因的故障之一，需要花费一些专用知识、经验、手段，从系统及用户使用场景多个维度来判断故障发生原因。为了消除此类问题发生，整车应在某个主节点ECU做监控管理方案，监控方案包括：网络管理报文监控、使网络保持唤醒的条件监控、ECU单体持续唤醒的原因监控等。

3）控制器无法进入低功耗，常见故障为：某个控制器因内部判断条件错误，造成自身处于Active状态，持续消耗整车电流。在这种情况下，控制器应记录长时间在Active状态的条件，应有故障判断机制，如：周期性判断功能需求状态，若无功能需求应限时唤醒。

3 排查流程

馈电问题排查与其他问题不同，馈电问题具有概率性、偶发性及难以复现故障等特性。汽车一旦发生馈电，所有控制器可能因馈电引起的控制器重启而破坏了故障现象。再次恢复电源电压时，无法重现馈电的故障现象，从而错过发生故障时的有效数据。所以排查馈电故障时，故障数据采集是非常重要的环节，采集的数据有发生故障前中后的总线log数据、整车或故障控制器的电流变化数据、整车控制器软硬件版本信息。

馈电问题排查流程图如图2所示。馈电问题可基于发生问题数量分为单车个例故障与多车批量故障，将故障再分为两类，分别是单车单次发生与单车多次发生。分别从电流消耗、蓄电池故障与充电系统3个方面进行原因分析。单车单次馈电发生，需要进行电流消耗问题排查；单车个例故障中单车多次发生、多车批量故障，需要从电流电耗、电池故障与充电系统3个方面分析。

图2 馈电问题排查流程图

1）电流消耗测量分析：一般车辆休眠后低压蓄电池电流（统称静态电流）小于20mA，若静态电流小于20mA，则跟踪复发情况；若超过静态电流20mA却小于1A，分析确定超标配电盒，找出电流异常消耗的部件并替换，跟踪验证结果。

2）蓄电池故障分析：测量故障车电池充放电性能，以80Ah电池为例，放电时间为SOC*80Ah/放电电流（标准使用20h），反之验证充电能力，通过实测值与理论值比较确认电池是否异常老化，更换蓄电池故障部件后验证；同时确认电池内阻、CCA（Cold Cranking Ampere）值，使用内阻表测量或诊断DID读取，若电池内阻高于10mΩ，则需要更换蓄电池后验证。

3）充电系统分析：分为偶发性不充点、持续性不充电与充电能力差3个方面进行分析。偶发性不充电因为难以复现，需配合外部数据如后台大数据及ECU内部记录数据进行分析，制定针对性复现流程及改善方案；持续性不充电需采集故障数据而后分析原因，确定故障原因及制定改善方案；充电能力差，需确认发电机发电性能、蓄电池充放电性能以及蓄电池传感器准确性3个方面，确定原因后制定改善方案，改善后软硬件进行回归测试。