一种新型的电动客车停车DC/DC充电机制

周红丽,何家银

(1.上海汽车商用车技术中心大客车分中心，上海 200100；2.上海申沃客车有限公司，上海 201108)

电动客车上都安装有DC/DC转换器，用来为整车低压用电器提供低压电源，同时为低压蓄电池充电。目前业内DC/DC为低压蓄电池充电的机制主要有两种，一种是需要点火钥匙上高压后DC/DC才能工作，无法满足有时无点火钥匙，又需要为低压蓄电池充电的应用场景，从而导致低压蓄电池经常亏电；另一种是可以不使用点火钥匙就能满足低压蓄电池的充电需求，但是高压电安全性不高，安全隐患较大。

本文在分析现有充电机制的基础上，介绍一种新型的无钥匙DC/DC充电机制，不仅能大大改善低压蓄电池的亏电现象，而且能兼顾高压电安全，降低电安全隐患。

1 DC/DC充电机制现状

电动客车常用作电源分级管理的电源分配开关有手拨开关、电源总开关、点火钥匙，如图1所示。手拨开关为一级常电开关，一般接在侧舱或后舱内，需要使用常电电源的负载可接入该开关后的电源。电源总开关为二级KL.30开关，需要使用KL.30电源的负载可接入该开关后的电源，该开关一是起到和手拨开关分流的作用，二是方便驾驶员操作(一般安装在仪表台上)。目前电动客车上的DC/DC给整车低压蓄电池充电常用以下两种方案。

图1 电动客车上常用的低压电源分配情况

1.1 方案一及其优缺点

此方案没有专用的DC/DC充电开关，只需要驾驶员在车上打开点火钥匙上高压电。驾驶员在打开图1所示的手拨开关和电源总开关后，将车辆点火钥匙从ACC调到ON再调到START(ST)，整车进入可启动行驶ready状态，DC/DC开始工作，输出约28 V的恒压给整车所有低压用电器，同时给低压蓄电池充电。

该方案的优点主要体现在能保证高压电安全。整车上电，仪表进入工作点亮状态，可以给驾驶员、维修人员安全提醒，避免发生电安全事故。缺点是无法满足特殊使用场景的充电需求：如公交车在起点站长时间等客时，公交公司要求驾驶员带钥匙离车，但车载路牌、厢灯等大功率低压常电用电器需要打开为乘客提供服务，因无点火钥匙，整车无法上高压电，DC/DC就无法为低压蓄电池充电，从而极易使蓄电池亏电，缺乏合理性。

1.2 方案二及其优缺点

此方案不需要打开点火钥匙，用整车仪表台上原有的“电源总开关”作为“DC/DC充电开关”。驾驶员带钥匙离车之前，在打开图1所示的手拨开关的情况下，再打开“电源总开关”，通过提前设定的逻辑触发DC/DC回路上高压电，从而使DC/DC进入工作状态，给整车所有低压用电器供电，同时给低压蓄电池充电。

此方案的优点是不用点火钥匙DC/DC就能为低压蓄电池充电。缺点是由于上述两个开关一旦打开，无论此时低压蓄电池需不需要充电，DC/DC都要为其充电，导致蓄电池有过充的风险，同时高压电安全性也存在隐患。

2 一种新型DC/DC充电机制及其优缺点

2.1 新型DC/DC充电机制

在图1所述的手拨开关和电源总开关之间串入一个充电自复位开关，如图2所示。充电自复位开关的一端通过低压线束连接至手拨开关，另一端连接至仪表相对应的硬件管脚。可以将充电复位开关安装在仪表台上，便于驾驶员操作。同时将安装在车尾后舱门上反映其开闭状态的后舱开关的一端接入仪表相对应的硬件管脚，另一端接地，如图2所示。新机制之所以引入后舱开关，是为了提高高压电安全性。后舱集中装有高压器件，如维修时后舱门被打开，后舱开关可使其在打开状态下让整车所有高压下电，同时也可使“无钥匙充电”功能自动关停。从而可以提高对维修人员的高压电安全保护。

图2 增加“充电自复位开关”的低压电源分配情况

在停车无钥匙但低压用电器打开、蓄电池需要充电的情况下，新型“无钥匙充电”的原理如下：

1) 打开充电复位开关，维持开关状态5 s至仪表被此开关硬线触发唤醒点亮。

2) 仪表持续采集后舱门开闭信号并判断后舱门是否打开，若判断关闭，则将报文“无钥匙充电请求”发送至动力网络CAN2和内网CAN6。

3) 电池管理系统BMS 需要硬线唤醒，车身控制器模块BCM收到内网网络CAN6上的“无钥匙充电请求”，输出24 V电源，唤醒BMS。

4) 整车控制器VCU被动力网络CAN2上的报文“无钥匙充电请求”总线唤醒，同时给BMS 发出闭合主负接触器的命令。

5) BMS接受闭合主负接触器的指令，将主负接触器闭合；同时将主负接触器的闭合状态发到动力网络CAN2上。

6) VCU在动力网络CAN2上收到主负接触器的闭合状态，再发出DC/DC的工作使能请求。

7) DC/DC在动力网络CAN2上收到DC/DC的工作使能请求指令，首先被总线唤醒，再执行DC/DC工作的指令，并在动力网络CAN2上反馈DC/DC的工作状态。此时DC/DC的输出电压为28 V，在给整车低压用电器供电的同时给低压蓄电池充电。

8) 基于本文1.1节所述的特殊使用场景需求和整车的电安全需求，“无钥匙充电”功能仪表定时30 min(可另外标定)后可以自动关闭，同时整车用电器进入休眠低功耗状态。

9) 在新型“无钥匙充电”工作过程中，可以随时通过手动操作复位开关将此功能关闭，关闭后DC/DC、仪表、VCU、BMS停止工作并休眠。

10) 基于对维修人员和其他人员的安全考虑，在打开整车后舱门进行维修时，若仪表采集到后舱门开关打开的硬线(即电线束传输的)信号，则在动力网络CAN2上发送“无钥匙充电请求停止”信号。VCU收到该信号后，发送给DC/DC，DC/DC停止充电输出指令，DC/DC、仪表、VCU、BMS停止工作并休眠。

11) “无钥匙充电”功能在执行过程中，如果驾驶员需要上电用车，可不关闭此功能，直接用点火钥匙按操作流程上电、行车。

2.2 新型DC/DC充电机制优点

新型DC/DC充电机制(以下简称新机制)目前已经应用在很多车型上，只需要增加一个充电自复位开关，成本增加可以忽略不计。具有以下三大优点。

1) 高压电安全性高。结合图3某客车高压架构示意图，新型“无钥匙充电”功能在执行过程中，只有第Ⅰ和Ⅱ回路必要的动力电池系统、DC/DC部件上高压。该功能在主负继电器闭合后，DC/DC即可获得高压电源并开展工作。而与本功能无关的第Ⅲ回路的高压部件，如预充、驱动电机等负载，可以通过控制不使能预充，第Ⅲ回路所有高压部件不上电，车辆不能进入“可行驶模式”，无突然移动的风险，从而保障本功能在使用过程中车辆附近人员或乘客的安全。

图3 某客车高压架构示意图

同时，新机制在使用过程中仪表被唤醒点亮，可以实时提醒驾驶员、维修人员等整车处于高压DC/DC工作中，大大降低人员因为未知车辆状态而误操作导致的高压电安全隐患。而本文1.2节所述的方案则使用“电源总开关”触发，而“电源总开关”一般不能作为仪表唤醒信号被点亮(如设置为被点亮，则在其他仪表不需要被唤醒点亮的情况下，该开关一旦打开，仪表也会被点亮，因此造成误导)。新机制的电安全性和合理性更高。

2) 提高蓄电池使用寿命。新型“无钥匙充电”功能可以大大避免蓄电池在使用过程中被深度放电，使低压蓄电池基本只在启动过程中使用，大大优化了低压蓄电池的使用环境，延长了蓄电池的使用寿命，降低了低压蓄电池的售后维护成本。

3) 自动关闭，操作方便。由于接入了充电自复位开关，驾驶员可以在打开该开关后离车，充电自复位开关可以依据使用场景需求设置结束时间，到时自动关闭，不需要在充电结束后驾驶员返回来手动关闭，满足公交车的使用场景需求和整车的电安全需求，操作方便。而本文1.2节的方案，由于使用常规的“电源总开关”作为充电开关，整车其他使用场景均需要使用此开关，因此无法为该开关设置定时结束功能。

3 结束语

为了解决公交车辆特定用车场景下的蓄电池易亏电的现象，本文提出了兼顾高压电安全和操作便利性的新型DC/DC充电机制。通过运营证明，该机制对解决蓄电池亏电的现象非常有效。但该机制目前还需要人工操作，以后的发展方向应当更加智能化，应能通过监测蓄电池的健康度等自动开启DC/DC为蓄电池充电，给用户更好的体验。