纯电动汽车控制系统唤醒休眠设计

孙强　李创举

摘 要：本文简要介绍纯电动汽车整车控制系统的唤醒和休眠控制相关策略要求。对影响其唤醒，休眠的相关部件，如VCU以及BMS等部件从部件工作状态转换，以及交互时序开展涉及，满足了整车唤醒与休眠的要求。

关键词：纯电动汽车 唤醒控制 休眠控制

1 引言

随着纯电动汽车功能越来越多，越来越复杂，纯电动汽车馈电风险也越来越大，其整车控制系统的唤醒和休眠控制策略更要进行规范化设计。

本文简要介绍了纯电动汽车整车控制系统的唤醒和休眠控制策略。

2 唤醒源要求

2.1 整车控制器VCU唤醒要求

（1）VCU应处理以下状态的唤醒需求：

（A）点火开关或PEPS操作至ON档或START，IG1电源唤醒需求；

（B）慢充唤醒信号需求，交流充電时由OBC发出，一般为高电平信号；

（C）快充唤醒信号需求，直流充电时由充电桩发出，12V高电平信号；

（D）远程唤醒需求，由车载终端发出，可通过CAN信号或硬线传输；

（E）热失控唤醒需求，由电池管理系统发出，可通过CAN信号或硬线传输。

（2）当任意一个唤醒源有效时，VCU应唤醒，当所有的唤醒源均无效时，VCU可以进入休眠。

2.2 电池管理系统BMS唤醒要求

（1）BMS应处理以下状态的唤醒需求：

（A）硬线唤醒信号，一般为VCU控制的主继电器信号；

（B）热失控唤醒需求，由热失控传感器发出的唤醒需求，可通过CAN信号或硬线传输；

（C）CAN唤醒信号可根据项目需求配置，如配置CAN唤醒功能，需要在整车网络设计人员确认，避免模块间相互唤醒，无法休眠。

（2）当BMS接收到热失控唤醒信号后，应通过CAN信号或硬线信号发出唤醒请求，唤醒VCU。

（3）当所有的唤醒源均无效时，BMS应进入休眠状态。

2.3 电机控制器MCU唤醒要求

（1）MCU应处理以下状态的唤醒需求：

（A）硬线唤醒信号，一般为VCU控制的主继电器信号；

（B）CAN唤醒信号可根据项目需求配置，如配置CAN唤醒功能，需要在整车网络设计人员确认，避免模块间相互唤醒，无法休眠。

（2）当所有的唤醒源均无效时，MCU应进入休眠状态。

2.4 直流转换模块DCDC唤醒要求

（1）DCDC应处理以下状态的唤醒需求：

（A）硬线唤醒信号，一般为VCU控制的主继电器信号；

（B）CAN唤醒信号可根据项目需求配置，如配置CAN唤醒功能，需要在整车网络设计人员确认，避免模块间相互唤醒，无法休眠。

（2）当所有的唤醒源均无效时，DCDC应进入休眠状态。

2.5 车载充电机OBC唤醒要求

（1）OBC应处理以下状态的唤醒需求：

（A）慢充充电CP信号；

（B）慢充充电CC信号；

（C）CAN唤醒信号可根据项目需求配置，如配置CAN唤醒功能，需要在整车网络设计人员确认，避免模块间相互唤醒，无法休眠。

（2）当OBC接收到慢充充电的CC信号或CP信号唤醒后，应通过硬线高电平信号唤醒VCU；

（3）当所有的唤醒源均无效时，OBC应进入休眠状态。

3 工作状态转换要求

高压及相关系统部件在下列转换过程中各系统部件工作状态转换要求：

（A）接收到有效唤醒源时，从休眠状态到高压激活状态的转换过程；

（B）唤醒源变更为无效时，从高压激活状态到休眠状态的转化过程。

3.1 整车控制器工作状态

（1）整车控制器VCU的工作状态可以分为以下状态：

（A）初始化：VCU接收到唤醒信号后进行初始化；

（B）低压待机状态：VCU初始化完成或高压下电完成，低压激活高压未激活状态；

（C）预充：VCU判断允许上高压，发出高压上电预充指令，由BMS执行预充操作；

（D）高压激活：高压上电完成，高压激活状态；

（E）高压下电：VCU判断满足高压下电条件，发出高压下电指令，由BMS指令高压下电操作；

（F）主动放电：VCU判断满足主动放电条件，发出主动放电指令，由MCU执行主动放电操作；

（G）准备休眠：VCU判断唤醒源无效，准备进行休眠状态；

（H）休眠：VCU进入休眠状态，停止发送报文，关闭输出端口。

各工作状态的转换条件如图1。

条件1：VCU接收以下有效唤醒信号之一：

（A）IG1唤醒信号为高电平；

（B）慢充唤醒信号为高电平；

（C）快充唤醒信号为高电平；

（D）接收到有效的CAN唤醒信号。

条件2：VCU初始化完成；

条件3：VCU判断满足高压上电条件；

条件4：VCU判断高压上电已完成；

条件5：VCU判断满足高压下电条件；

条件6：VCU判断高压继电器已断开，满足主动放电条件；

条件7：VCU判断主动放电完成或主动放电失败且放电超时；

条件8；VCU判断所有唤醒源无效，以下条件均满足：

（A）IG1唤醒信号为低电平；

（B）慢充唤醒信号为低电平；

（C）快充唤醒信号为低电平；

（D）未接收到有效的CAN唤醒信号且唤醒状态任务已完成。

条件9：VCU执行完休眠操作；

（A）唤醒继电器已关闭；

（B）数据已保存。

条件10：VCU发出预充指令后，预充失败；

条件11：VCU初始化完成后，所有唤醒源无效，以下条件均满足：

（A）IG1唤醒信号为低电平；

（B）慢充唤醒信号为低电平；

（C）快充唤醒信号为低电平。

未接收到有效的CAN唤醒信号且唤醒状态任务已完成。

（2）在高压激活状态，根据唤醒源和高压状态，VCU的工作模式可分为5种工作模式：

（A）OFF模式：VCU唤醒状态，唤醒源无效；

（B）STANDBY模式：VCU唤醒状态，唤醒源有效，高压未上电；

（C）DCCHARGE模式：快充唤醒有效，高压上电；

（D）ACCHARGE模式：慢充唤醒有效，高压上电；

（E）NORMAL模式：IG1唤醒或CAN唤醒有效，高压上电。

模式优先级是DCCHARGE模式>ACCHARGE模式>NORMAL模式；

条件1：IG1唤醒源有效

或 CAN唤醒有效

或 慢充唤醒有效

或 快充唤醒有效

条件2：IG1唤醒有效或CAN唤醒有效

且 无慢充唤醒信号

且 无快充唤醒信号

且 高压上电完成

条件3：IG1唤醒无效 且 CAN唤醒无效

或 高压下电

条件4：慢充唤醒信号有效

且 无快充唤醒信号

且 高压上电完成

条件5：慢充唤醒信号无效 且慢充连接CC信號无效

或 高压下电

条件6：快充唤醒信号有效

且 高压上电完成

条件7：快充唤醒信号无效 且快充连接CC2信号无效

或 高压下电

条件8：慢充唤醒信号有效

条件9：慢充唤醒信号无效

且 慢充连接CC信号无效

且 IG1信号有效

条件10：快充唤醒信号有效

条件11：快充唤醒信号无效

且 快充连接CC2信号无效

且 IG1信号有效

条件12：IG1唤醒源无效

且 CAN唤醒无效

且 慢充唤醒无效

且 快充唤醒无效

条件12：IG1唤醒源有效

且 高压已上电

3.2 电池管理系统工作状态

电池管理系统BMS的工作状态可以分为以下状态：

（A）初始化：BMS接收到唤醒信号后进行初始化；

（B）低压待机状态：BMS初始化完成或高压下电完成，低压激活高压未激活状态；

（C）预充：BMS接收到高压上电预充指令，执行预充操作；

（D）高压激活：高压上电完成，高压激活状态；

（E）高压下电：BMS接收到高压下电指令，或BMS判断满足高压下电条件，执行高压下电操作；

（F）准备休眠：BMS判断唤醒源无效，准备进行休眠状态；

（G）休眠：BMS进入休眠状态，停止发送报文。

条件1：BMS接收以下有效唤醒信号之一：

（A）硬线主继电器电唤醒信号为高电平；

（B）热失控传感器硬线或CAN信号唤醒信号；

（C）可选，快充唤醒信号为高电平；

（D）可选，接收到有效的CAN唤醒信号。

条件2：BMS初始化完成；

条件3：BMS判断以下高压上电条件均满足：

（A）接收到VCU的高压上电指令；

（B）BMS高压上电条件满足；

（C）BMS无禁止高压上电的故障。

条件4：BMS判断高压上电已完成；

条件5：BMS判断满足以下高压下电条件之一：

（A）接收到VCU的高压下电指令；

（B）BMS判断接收到VCU的无效控制指令超过一定时间；

（C）BMS判断VCU通讯超时超过一定时间；

（D）BMS判断发生严重故障，如热失控，碰撞等。

条件6：BMS判断高压继电器已断开；

条件7：BMS判断满足以下准备休眠条件之一：

（A）接收到VCU的准备休眠指令；

（B）硬线唤醒无效超过一定时间。

条件8；BMC判断以下条件条件之一满足：

（A）硬线唤醒无效；

（B）无其他禁止休眠条件。

条件9；BMS执行预充失败；

条件10：BMS接收到VCU的发出待机指令；

条件11：BMS初始化失败或初始化完成唤醒源无效。

3.3 电机控制器工作状态

电机控制器MCU的工作状态可以分为以下状态：

（A）初始化：MCU接收到唤醒信号后进行初始化；

（B）低压待机状态：MCU初始化完成或高压下电完成，低压激活高压未激活状态；

（C）高压激活：高压上电完成，未进入扭矩模式或转速模式；

（D）高压下电：MCU接收到高压下电指令；

（E）主动放电：MCU接收到主动放电指令或判断满足主动放电条件，执行主动放电操作；

（F）准备休眠：MCU判断唤醒源无效，准备进行休眠状态；

（G）休眠：MCU进入休眠状态，停止发送报文，关闭输出端口。

条件1：MCU接收以下有效唤醒信号之一：

（A）硬线主继电器电唤醒信号为高电平；

（B）可选，接收到有效的CAN唤醒信号。

条件2：MCU初始化完成；

条件3：MCU接收到VCU的高压激活指令；

条件4：MCU判断满足以下高压下电条件之一：

（A）接收到VCU的高压下电指令；

（B）接收到VCU的无效控制指令超过一定时间；

（C）硬线唤醒信号无效超过一定时间。

条件5：MCU判断满足以下主动放电条件之一：

（A）接收到VCU的主动放电指令；

（B）接收到VCU的无效控制指令超过一定时间；

（C）硬线唤醒信号无效超过一定时间。

条件6：MCU主动放电完成；

条件7：MCU判断满足以下准备休眠条件之一：

（A）接收到VCU的准备休眠指令；

（B）硬线唤醒无效超过一定时间。

条件8；MCU判断以下条件之一满足：

（A）硬线唤醒无效；

（B）无其他禁止休眠条件。

3.4 直流转换模块DCDC工作状态

直流转换模块DCDC的工作状态可以分为以下状态：

（A）低压待机状态：MCU初始化完成或高压下电完成，低压激活高压未激活状态；

（B）工作：高压上电完成，接收到；

（C）休眠：MCU进入休眠状态，停止发送报文，关闭输出端口。

条件1：DCDC接收以下有效唤醒信号之一：

（A）硬线唤醒信号为高电平；

（B）接收到有效的CAN唤醒信号。

条件2：接收到VCU的工作指令；

条件3：接收到VCU的停止工作指令；

条件4：DCDC判断以下条件满足：

（A）硬线唤醒无效；

（B）CAN唤醒信号无效；

（C）无其他禁止休眠条件。

3.5 直车载充电机OBC工作状态

车载充电机OBC的工作状态可以分为以下状态：

（A）低压待机状态：MCU初始化完成或高压下电完成，低压激活高压未激活状态；

（B）工作：高压上电完成，接收到；

（C）休眠：MCU进入休眠状态，停止发送报文，关闭输出端口。

条件1：车载充电机OBC接收以下有效唤醒信号之一：

（A）接收到有效的CAN唤醒信号；

（B）接收到有效的CC信号；

（C）接收到有效的CP信号。

条件2：接收到VCU的工作指令；

条件3：接收到VCU的停止工作指令；

条件4：OBC判断以下条件满足：

（A）硬线唤醒无效；

（B）CAN唤醒信号无效；

（C）CP信号无效。

无其他禁止休眠条件。

4 休眠唤醒交互时序

4.1 点火开关唤醒交互时序

配置点火锁或配置PEPS的车型点火开关到ON档时，唤醒VCU，VCU再唤醒其他部件。

4.2 交流充电唤醒交互时序

交流充电时，OBC先唤醒，发出慢充唤醒信号，唤醒VCU，VCU再唤醒其他部件。

4.3 直流充电唤醒交互时序

直流充电时，充电桩发出快充唤醒信号，唤醒VCU，VCU再唤醒其他部件。

4.4 CAN唤醒交互时序

CAN唤醒VCU时，VCU接收到有效的功能指令，再唤醒其他部件。

5 结语

規范纯电动汽车高压系统上下电的设计要求及控制策略，对纯电动汽车的设计开发至关重要，直接影响到整车电源管理可靠性及整车高压系统性能和安全。