纯电动汽车亏电原因分析及预警策略设计

2021-08-05姚复波黄祖朋谢佶宏

汽车实用技术 2021年14期

姚复波，黄祖朋，周敏，孟鑫，徐嫚，谢佶宏

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007）

前言

尽管纯电动车型快速迭代，零件不断更新换代，但在各车型上却一直存在着车辆异常亏电的现象。车辆亏电问题是纯电动汽车发展路上的技术难点，它给用户日常用车带来很大的困难，且售后排查亏电问题时也比较困难。本文通过分析车辆亏电的原因，提供车辆亏电的排查方向，并利用远程平台进行亏电预警，将用户不规范行为和设计问题透明化，减少车辆亏电率，提升用户体验[1]。

1 纯电动汽车亏电原因分析

从根本上分析，影响车辆亏电的原因主要有两个：（1）铅酸电池质量问题或者损坏导致车辆亏电；（2）整车静态电流大导致车辆亏电。影响整车静态电流的因素如图1所示。

图1 影响整车静态电流因素

1.1 铅酸电池质量问题或损坏导致车辆亏电

铅酸电池是整车低压电路的供电源，本身质量的好坏是影响整车静置时间的重要因素之一。在整车装车前可依据GB/T 5008.1-2013《起动用铅酸电池技术条件和试验方法》进行试验和补电，保证铅酸电池装车前质量完好且电量充裕。

目前，市面上车辆常用的12 V低压蓄电池都为铅酸电池，在铅酸电池多次亏电后会导致不可逆损坏，电池极板与电极液失去活性后无法进行化学反应，使得无法通过补电的形式对铅酸电池进行满充，导致铅酸电池直接报废。例如：在车辆交付前的运输途中，车辆未将铅酸电池的负极断开，车辆长期静置导致车辆亏电，亏电后检查车辆时又需要补电，多次亏电、补电循环后就会导致铅酸电池损坏。

1.2 整车静态电流大导致车辆亏电

铅酸电池作为整车低压电路的能量源，整车静态电流大小决定着铅酸电池的能量消耗速率。整车静态电流越大，消耗铅酸电池的能量就越快，车辆静置时间也就越短。

1.2.1 本地事件异常

在网络管理策略中，所有的常电（KL30）节点存在自身的本地事件，当零件的本地事件开启时，零件就会被唤醒，并向总线上发送数据唤醒其它KL30节点，如果本地事件一直存在，就会一直维持着网络，唤醒着所有KL30节点，导致整车静态电流较大，铅酸电池会一直处于高功率放电状态，持续一段时间就会导致整车亏电。

简单的测试车辆静态电流的方式如图2所示，通过使用图2的方式测试后就可以快速得到车辆不同本地事件下车辆的静态电流。

图2 车辆静态电流测量

表1为某车型配置32 kW·h铅酸电池在开启不同本地事件时整车静态电流的测试数据。从表1中可以看出，在本地事件开启状态下，会导致车辆迅速亏电。例如，依据某车型控制策略，本地事件（右车门）处于开启状态时，车身控制器会一直按周期发送网络保持帧保持整车网络，车上的所有KL30节点会被唤醒并处于工作状态，此时测量整车静态电流大于1 A。车辆长时间处于此状态，静置19小时左右就会亏电，导致车辆无法启动。

表1 本地事件开启条件下的整车静态电流

1.2.2 网络节点工作异常

整车往往设计为钥匙档位处于OFF档且无本地事件时，所有网络上的节点进入低功耗状态。在整车中存在某一个节点工作异常（一直处于唤醒状态），此节点会唤醒整车所有KL30节点并使整车总线所有KL30节点一直处于通讯状态。当KL30节点保持通讯功能时，零件的总线功能模块会进入工作状态，功耗会明显增大。多个KL30节点同时工作时，整车的静态电流也就会明显变大，从而导致整车亏电。在某车型中，通过模拟发送网络管理帧的形式模拟节点工作异常工况，在此工况下测试整车静态电流为1.4 A，远远超出整车静态电流小于20 mA的设计。在此工况下静置车辆，车辆在1天左右就会无法启动。

网络节点出现异常是整车亏电的主要原因之一，目前车辆生产商在整车网络测试时都会关注到这一点。在进行整车网络测试和功能测试时，可避免出现节点一直异常，但因测试用例和测试工况不足，会存在某零件不定时异常和特定情况下出现异常的情况。当此情况出现时，异常的车辆就会流入市场，最终引发车辆亏电的售后问题。图3为某车型亏电车数据，在车型在使用20 000 km后车辆停放一个晚上就会亏电。当时在现场通过采集整车报文，发现整车能正常休眠，并测试整车静态电流也符合设计规范，但车辆在停放一个晚上之后就会亏电。于是在车上安装一个 CAN盒，记录车辆实时数据分析问题。通过对 CAN盒数据分析，发现在车辆远程唤醒正常上传数据完成，车辆进入休眠时序时，XX节点会一直发送数据帧导致整车网络不休眠，一直损坏铅酸电池导致整车亏电。

图3 车辆节点异常数据

1.2.3 继电器故障

整车中存在很多的继电器，在继电器使用过程中，会出现因为氧化粘连、继电器无法控制等问题导致继电器下的电器处于不期待工况下工作而使整车静态电流过大。

1.2.4 零部件配电逻辑错误

在整车设计前期，整车上的所有用电器会进行电源模式分配设计，规定整车电器工作电源模式，在装配车辆或改制车辆时，某电器未按照前期设计进行配电，将非常电节点配电成常电节点，就会导致此电器一直持续消耗铅酸电池，从而导致车辆亏电。

1.2.5 零部件控制逻辑错误

在车辆设计中是存在某些零件会在车辆 OFF档锁车后满足特定条件下自动开启工作。此时这个特定判断条件的设计就会变得非常重要。当条件设置不合理时，就会使得车辆在锁车后该零件出现非预期工作，从而使得车辆静态电流过大，铅酸电池快速亏电。

1.2.6 电器件工作异常

在整车中，若有某个电器件的内部存在短路或断路，而导致整个电器件在整车上表现为工作状态，从而消耗铅酸电池电量，引起整车亏电。

2 整车亏电预警

在国家对新能源汽车数据上传国家平台的要求下，远程数据监控平台的发展趋向成熟。合理利用平台资源，建立预警逻辑，通过接收整车数据，就可以根据实时车辆数据计算出车辆异常状态，并预警给售后和用户进行车辆异常处理，避免因车辆异常而出现无法用车和发生事故[2]。

车辆亏电问题一直困扰着万千用户用车，其原因可能是用户用车不规范导致，也可能是整车网络节点异常导致车辆亏电。在平台中建立控制逻辑，就能监控用户用车行为，当用车不规范时及时提示用户处理车辆异常。也可监控整车网络节点行为，方便售后定位问题。

平台增加预警逻辑如下：

（1）通过对钥匙状态=OFF档&驾驶侧门状态=开启&开启时间大于 10分钟或钥匙状态=OFF档&副驾驶侧门状态=开启&开启时间或开启时间大于10分钟或钥匙状态=OFF档&副驾驶侧门状态=开启&开启时间等逻辑判断门的状态处于开启可能导致车辆亏单，平台将车门未关的预警通过手机APP推送给用户提醒用户及时关闭车门。

（2）通过对钥匙状态=OFF档&大灯状态=开启&开启时间大于10分钟或钥匙状态=OFF档&位置灯状态=开启&开启时间大于 10分钟或钥匙状态=OFF档&危险警报灯状态=开启&开启时间大于 10分钟灯逻辑判断车灯状态处于开启可能导致车辆亏单，平台将车灯未关的预警通过手机APP推送给用户提醒用户及时关闭车灯。

（3）通过对钥匙状态=OFF档&各车门状态=关闭&各车灯状态=关闭&车辆充电状态=未充电&某节点网络管理帧=保持帧逻辑判断车某节点一直处于异常工作状态，平台将此预警发送给售后部分，售后通过预警及时联系用户进站排查车辆，避免车辆因节点异常导致整车亏电。

（4）通过对钥匙状态=OFF档&各车门状态=关闭&各车灯状态=关闭&车辆充电状态=未充电&某节点网络管理帧=唤醒帧&发送唤醒帧的时间＜3小时&平台数据持续时间＞10分钟逻辑判断整车某节点不定时异常工作，平台将此预警发送给售后部分，售后通过预警及时联系用户进站排查车辆，避免车辆因节点异常导致整车亏电。

在平台增加门灯状态预警，可避免部分用户因操作不当导致的车辆亏单，通过预警车载总线上的节点工作异常，可避免部分前期设计可测试验证未发现的问题零件和Bug导致的亏电。