淺談降低整車靜態(tài)電流的方法策略

鄭飛鵬

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北 保定 071000）

隨著整車電氣系統(tǒng)的日益復(fù)雜，電氣控制模塊在車輛上大量應(yīng)用，它們中的大多數(shù)都具有常電需求，即控制模塊直接與蓄電池相連，由蓄電池直接供電。因此在車輛OFF、整車網(wǎng)絡(luò)完全睡眠后，這些電氣控制模塊仍然與蓄電池形成完整的閉合回路，該閉合回路中存在著大約幾毫安乃至幾十毫安的電流，該電流就是這些電氣控制模塊處于深度睡眠狀態(tài)，即低功耗狀態(tài)下的電流消耗，也就是我們?cè)谄囬_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中常說(shuō)的靜態(tài)電流。顧名思義，整車靜態(tài)電流就是整車上所有的常電器件在車輛睡眠后形成的單個(gè)閉合回路中的靜態(tài)電流之和。

整車靜態(tài)電流的大小直接影響車輛長(zhǎng)時(shí)間靜置后的啟動(dòng)能力，靜態(tài)電流越大，靜置相同天數(shù)下，消耗蓄電池的電量越多，一旦低于一定下限值，將導(dǎo)致車輛無(wú)法正常啟動(dòng)，因此大多數(shù)車企都在企標(biāo)中對(duì)車輛的再次啟動(dòng)能力作出明確標(biāo)準(zhǔn)。以長(zhǎng)城汽車為例，企標(biāo)規(guī)定：“在車輛裝配完成后，蓄電池電量應(yīng)不低于90%，蓄電池滿足靜置時(shí)間40-45天后，蓄電池電荷量應(yīng)不低于60%，滿足常溫起動(dòng)電流需求?！边@條標(biāo)準(zhǔn)也直接作為蓄電池選型的重要依據(jù)，可以說(shuō)整車靜態(tài)電流的大小直接影響蓄電池的選型。因此在車輛設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)前期，在滿足企標(biāo)要求的前提下，為了盡可能地選擇容量較小的蓄電池，通常優(yōu)先考慮降低整車靜態(tài)電流的方案。

1 整車電器件的常電需求分析

我們所說(shuō)的常電需求，就是某些電器件由于某些原因必須直接連接蓄電池，也就是接常電，當(dāng)然，接常電的同時(shí)也可以接其他電 (IG1，IG2，ACC,START)。在汽車前期設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，電器件是否接常電，要看其是否具有常電需求，目前主要分為以下3類常電需求，電器件是否接常電通常由以下一類或幾類需求決定。

1.1 網(wǎng)絡(luò)管理需求

直接網(wǎng)絡(luò)管理的電氣控制模塊，需要提前完成邏輯環(huán)的建立，然后才能實(shí)現(xiàn)各控制器的應(yīng)用報(bào)文通信，因此需要在整車上電之前給這些控制器提供電源，接常電(為方便下文描述，將具有此類需求的控制模塊定義為A類)。

1.2 記憶存儲(chǔ)需求

某些電氣控制模塊由于需要保存、記錄具有一定規(guī)律或特點(diǎn)的信息，而具備常電需求，如HUT需要記錄存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間、上次的頻道、音量；如座椅模塊需要記錄人為設(shè)置的座椅、外后視鏡位置 (將具有此類需求的控制模塊定義為B類)。

1.3 OFF狀態(tài)下的功能需求

OFF狀態(tài)下的功能需求，主要分為兩種。

1)OFF狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間工作的功能需求，這里的長(zhǎng)時(shí)間指的是功能需要在車輛OFF后至車輛下一次喚醒前的時(shí)間段內(nèi)工作。如PEPS的車輛防盜功能，ESCL的轉(zhuǎn)向管柱鎖止功能等 (將具有此類需求的控制模塊定義為C類)。

2)OFF狀態(tài)下短時(shí)間工作的功能需求，這里的短時(shí)間通常指幾分鐘 (由各整車廠自主定義)，指的是功能需要在車輛OFF之后的幾分鐘之內(nèi)的時(shí)間段里工作，如RSDS的開(kāi)門(mén)防撞功能，前照燈模塊的“跟隨回家”功能，IFC模塊在車輛OFF后大約500 ms的閃存時(shí)間以及某些電器件的復(fù)位功能等?；蛘呤窃谲囕v解鎖后到整車上電前的時(shí)間內(nèi)工作，如CVVL在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前需提前喚醒 (將具有此類需求的控制模塊定義為D類)。

2 淺談降低靜態(tài)電流的方法

在各個(gè)車型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)進(jìn)程中，可以通過(guò)配置表、功能列表以及項(xiàng)目信息分析出該項(xiàng)目的電子電氣零部件BOM，對(duì)于BOM中的電氣控制模塊，主要通過(guò)以下流程來(lái)分析，如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)進(jìn)程流程

2.1 常接電控制模塊

根據(jù)汽車基礎(chǔ)電氣知識(shí)，分析配置表、功能列表基本可以分析出需要的電氣控制模塊。再分析是否具有上述的3種常電需求，若具備常電需求，則至少有1個(gè)引腳接常電，否則接IG電或ACC電。常見(jiàn)的可能接常電的電氣控制模塊見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)的可能接常電的電氣控制模塊（暫不包含新能源車型）

2.2 對(duì)于D類控制模塊的策略

對(duì)于可能接常電的電氣控制模塊，在分析其是僅有D類需求決定，對(duì)于此類模塊可利用延時(shí)繼電器控制其車輛OFF之后或從車輛喚醒到整車上電的時(shí)間內(nèi)工作，如圖2所示。

圖2 D類控制模塊策略

圖2中常電控制模塊通常指必須接常電的模塊，在實(shí)際開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，通常用車身控制單元 (BCM)作為延時(shí)主控單元。

1)當(dāng)BCM接收到整車下電信號(hào)后，BCM內(nèi)部計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)， (在此之前，延時(shí)繼電器一直處于閉合狀態(tài))，當(dāng)計(jì)時(shí)m分鐘后，BCM發(fā)出電平信號(hào)控制延時(shí)繼電器斷開(kāi)，如圖3所示。

圖3 BCM接收到整車下電信號(hào)后延遲繼電器動(dòng)作信號(hào)

2)當(dāng)BCM接收到車輛解鎖、車門(mén)開(kāi)啟信號(hào)后，BCM發(fā)出電平信號(hào)控制延時(shí)繼電器閉合 (在此之前，繼電器一直處于斷開(kāi)狀態(tài))，此時(shí)BCM內(nèi)部計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，若在此計(jì)時(shí)期間電源模式為非ON擋，當(dāng)計(jì)時(shí)n分鐘后，BCM發(fā)出電平信號(hào)控制延時(shí)繼電器斷開(kāi)，如圖4所示。

圖4 BCM接收到整車解鎖信號(hào)后延遲繼電器動(dòng)作信號(hào)

2.3 對(duì)于非D類控制模塊的策略

以上2.2章節(jié)主要是針對(duì)D類電氣控制模塊的策略，下面分析非D類常電需求的電氣控制模塊在如何降低靜態(tài)電流上的一些方法策略。

2.3.1 OFF狀態(tài)下的定時(shí)關(guān)閉策略

定時(shí)關(guān)閉策略，主要是針對(duì)具有C類常電需求的控制模塊，指當(dāng)車輛鎖車睡眠后，在被靜置M天內(nèi)，無(wú)任何操作車輛行為 (通常指車輛解鎖和開(kāi)車門(mén)行為)，則相關(guān)控制模塊進(jìn)入一種深度睡眠模式。這里的深度睡眠模式是相對(duì)于控制模塊的普通睡眠模式而定義的，具體表現(xiàn)形式是關(guān)閉該類模塊在車輛OFF狀態(tài)下的部分功能，從而實(shí)現(xiàn)降低靜態(tài)電流，在檢測(cè)到整車上電后 (整車電源模式為非OFF狀態(tài))，功能恢復(fù)到正常模式。

下面主要介紹以下3種控制模塊的深度睡眠模式，見(jiàn)表2。

表2 深度睡眠模式

2.3.2 對(duì)于輪詢類功能的優(yōu)化策略

在整車OFF睡眠后，某些控制器需要周期性喚醒來(lái)滿足OFF狀態(tài)下功能的實(shí)現(xiàn)，如TPMS周期性喚醒來(lái)接受胎壓傳感器信號(hào)，某廠家的TPMS控制器OFF狀態(tài)下的喚醒策略：30 ms的睡眠狀態(tài)，此時(shí)微處理器與CAN收發(fā)器、射頻接收芯片不需要工作，處于省電模式，靜態(tài)電流為0.9 mA；1 ms的喚醒狀態(tài)，此時(shí)射頻接收芯片處于運(yùn)行狀態(tài)，靜態(tài)電流為14 mA；當(dāng)接收到胎壓傳感器信號(hào)后喚醒800 ms，喚醒電流為40 mA(OFF狀態(tài)下胎壓傳感器每一小時(shí)發(fā)1次胎壓信號(hào))。

也就是說(shuō)，TPMS每小時(shí)被喚醒一次約800 ms，其他絕大多數(shù)時(shí)間處于周期性喚醒，因此為降低靜態(tài)電流，通常采用延長(zhǎng)輪詢周期的方法，如將睡眠周期延長(zhǎng)至300 ms(可由各整車廠定義)時(shí)，當(dāng)整車睡眠被靜置M天后，TPMS控制器延長(zhǎng)輪詢周期，進(jìn)入節(jié)電模式，如圖5所示。

圖5 TPMS睡眠狀態(tài)示意圖

經(jīng)計(jì)算，延長(zhǎng)輪詢周期后，靜態(tài)電流相較于之前，明顯減小，見(jiàn)表3。

表3 整車靜置延長(zhǎng)輪詢周期靜態(tài)電流

3 降低靜態(tài)電流對(duì)蓄電池選型的影響

以上主要介紹了整車靜態(tài)電流的優(yōu)化策略，主要分為兩類：一種是通過(guò)將某些控制模塊接延時(shí)繼電器來(lái)降低靜態(tài)電流；另一種是在車輛睡眠靜止M天后，關(guān)閉或降級(jí)某些功能來(lái)降低靜態(tài)電流。下面主要來(lái)驗(yàn)證一下這兩類優(yōu)化策略對(duì)蓄電池選型的影響。在蓄電池選型計(jì)算過(guò)程中，通常用下面公式來(lái)估算蓄電池容量：

式中：IQC——整車靜態(tài)電流；SOCStart——初始蓄電池容量；SOCPark——放置后蓄電池容量；1.2‰——蓄電池每天自損耗電量；T——車輛放置天數(shù)(40-45天)；C20——20小時(shí)率容量。

由以上公式可知，在蓄電池選型過(guò)程中，降低靜態(tài)電流對(duì)蓄電池容量的減小具有明顯作用，從經(jīng)驗(yàn)上來(lái)說(shuō)，整車靜態(tài)電流每降低1 mA，蓄電池容量可減小4 Ah。

4 結(jié)語(yǔ)

鑒于整車靜態(tài)電流的重要意義，降低整車靜態(tài)電流目標(biāo)值是每一位電源分配設(shè)計(jì)人員所必須考慮的，除了本文中所列舉的優(yōu)化策略，還可以從提升各零部件電路硬件性能層面考慮，如收發(fā)器、驅(qū)動(dòng)電路等方面，在此本文不再闡述。