純電動(dòng)汽車整車休眠喚醒及模式切換策略研究
2023-07-10 09:10:30董宇
汽車電器 2023年6期
董宇
【摘? 要】新能源汽車核心技術(shù)中整車控制器VCU、電機(jī)控制器MCU和電池管理系統(tǒng)（BMS）是最重要的三大核心技術(shù)，對整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性等有著重要影響。電能的消耗是新能源汽車重要指標(biāo)，整車控制系統(tǒng)的喚醒休眠控制策略決定著整車靜態(tài)電流大小以及總線各部件的休眠喚醒邏輯對其他部件的影響，嚴(yán)重會導(dǎo)致整車饋電；整車模式切換控制新能源三電之間的邏輯交互，整車上下電、異常處理、整車充電、整車行駛控制都依賴于整車模式的切換。本文針對一款新能源汽車在整車電動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)控制器的休眠喚醒及模式切換進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】新能源汽車控制器；休眠喚醒；模式切換
中圖分類號：U469.72? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）06-0022-06
Research on Sleep Wake up and Mode Switching Strategy for Pure Electric Vehicle
DONG Yu
（Anhui Zhitu Technology Co.，Ltd.，Hefei 230000，China）
【Abstract】Among the core technologies of new energy vehicles，vehicle controller（VCU），motor controller（MCU），and battery management system（BMS）are the three most important core technologies，which have an important impact on the power，economy，reliability，and safety of the entire vehicle. Electric energy consumption is an important indicator of new energy vehicles. The wake-up and sleep control strategy of the vehicle control system determines the static current level of the vehicle and the impact of the sleep and sleep logic of various bus components on other components，which can seriously lead to vehicle power feeding；Vehicle mode switching controls the logical interaction between new energy，electricity，and electricity. Vehicle power on and off，exception handling，vehicle charging，and vehicle driving control all depend on vehicle mode switching. This paper studies the sleep wake-up and mode switching of each controller in the electric system of a new energy vehicle.
【Key words】new energy vehicle controller；sleep wakeup；mode switching
1? 概述
新能源汽車的整車控制系統(tǒng)包括整車控制器、電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器、直流轉(zhuǎn)換模塊DCDC、車載充電機(jī)OBC等控制器。新能源純電動(dòng)汽車的休眠喚醒控制策略是通過外部喚醒源ACC電、CAN報(bào)文、快充或慢充喚醒等控制整車喚醒，并在無控制任務(wù)時(shí)候進(jìn)休眠狀態(tài)，降低整車靜態(tài)電流。整車模式管理包括OFF模式、待機(jī)模式、慢充模式、快充模式、正常模式、失效模式。
2? 整車休眠喚醒
2.1? 喚醒源說明
1）整車控制器VCU應(yīng)處理以下狀態(tài)的喚醒：點(diǎn)火開關(guān)或PEPS操作至ON擋或START，IG1電源喚醒需求；慢充喚醒信號需求，交流充電時(shí)由OBC發(fā)出，一般為高電平信號；快充喚醒信號需求，直流充電時(shí)由充電樁發(fā)出12V高電平信號；遠(yuǎn)程喚醒需求，由車載終端發(fā)出，可通過CAN信號或硬線傳輸；熱失控喚醒需求，由電池管理系統(tǒng)發(fā)出，可通過CAN信號或硬線傳輸。
當(dāng)任意一個(gè)喚醒源有效時(shí)，VCU應(yīng)喚醒，當(dāng)所有的喚醒源均無效時(shí)，VCU可以進(jìn)入休眠。
2）電池管理系統(tǒng)BMS應(yīng)處理以下狀態(tài)的喚醒：硬線喚醒信號，一般為VCU控制的主繼電器信號；熱失控喚醒需求，由熱失控傳感器發(fā)出的喚醒需求，可通過CAN信號或硬線傳輸；CAN喚醒信號可根據(jù)項(xiàng)目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要整車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員確認(rèn)，避免模塊間相互喚醒，無法休眠；當(dāng)BMS接收到熱失控喚醒信號后，應(yīng)通過CAN信號或硬線信號發(fā)出喚醒請求，喚醒VCU。
當(dāng)所有的喚醒源均無效時(shí)，BMS應(yīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。
3）電機(jī)控制器MCU應(yīng)處理以下狀態(tài)的喚醒：硬線喚醒信號，一般為VCU控制的主繼電器信號；CAN喚醒信號可根據(jù)項(xiàng)目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要整車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員確認(rèn)，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。
當(dāng)所有的喚醒源均無效時(shí)，MCU應(yīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。
4）直流轉(zhuǎn)換模塊DCDC應(yīng)處理以下狀態(tài)的喚醒：硬線喚醒信號，一般為VCU控制的主繼電器信號；CAN喚醒信號可根據(jù)項(xiàng)目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要整車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員確認(rèn)，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。
當(dāng)所有的喚醒源均無效時(shí)，DCDC應(yīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。
5）車載充電機(jī)OBC應(yīng)處理以下狀態(tài)的喚醒：慢充充電CP信號；慢充充電CC信號；CAN喚醒信號可根據(jù)項(xiàng)目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要整車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員確認(rèn)，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。
當(dāng)OBC接收到慢充充電的CC信號或CP信號喚醒后，應(yīng)通過硬線高電平信號喚醒VCU。
當(dāng)所有的喚醒源均無效時(shí)，OBC應(yīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。
2.2? 工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換
高壓及相關(guān)系統(tǒng)部件在下列轉(zhuǎn)換過程中各系統(tǒng)部件工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換：接收到有效喚醒源時(shí)，從休眠狀態(tài)到高壓激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程；喚醒源變更為無效時(shí)，從高壓激活狀態(tài)到休眠狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程。
2.2.1? 整車控制器工作狀態(tài)
2.2.1.1? 整車控制器VCU工作狀態(tài)
1）初始化：VCU接收到喚醒信號后進(jìn)行初始化。
2）低壓待機(jī)狀態(tài)：VCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態(tài)。
3）預(yù)充：VCU判斷允許上高壓，發(fā)出高壓上電預(yù)充指令，由BMS執(zhí)行預(yù)充操作。
4）高壓激活：高壓上電完成，高壓激活狀態(tài)。
5）高壓下電：VCU判斷滿足高壓下電條件，發(fā)出高壓下電指令，由BMS指令高壓下電操作。
6）主動(dòng)放電：VCU判斷滿足主動(dòng)放電條件，發(fā)出主動(dòng)放電指令，由MCU執(zhí)行主動(dòng)放電操作。
7）準(zhǔn)備休眠：VCU判斷喚醒源無效，準(zhǔn)備進(jìn)行休眠狀態(tài)。
8）休眠：VCU進(jìn)入休眠狀態(tài)，停止發(fā)送報(bào)文，關(guān)閉輸出端口。
2.2.1.2? 工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件（圖1）
1）條件1：IG1喚醒信號為高電平；慢充喚醒信號為高電平；快充喚醒信號為高電平；接收到有效的CAN喚醒信號（VCU接收以上有效喚醒信號之一）。
2）條件2：VCU初始化完成。
3）條件3：VCU判斷滿足高壓上電條件。
4）條件4：VCU判斷高壓上電已完成。
5）條件5：VCU判斷滿足高壓下電條件。
6）條件6：VCU判斷高壓繼電器已斷開，滿足主動(dòng)放電條件。
7）條件7：VCU判斷主動(dòng)放電完成或主動(dòng)放電失敗且放電超時(shí)。
8）條件8：VCU判斷所有喚醒源無效，以下條件均滿足。
IG1喚醒信號為低電平；慢充喚醒信號為低電平；快充喚醒信號為低電平；未接收到有效的CAN喚醒信號且喚醒狀態(tài)任務(wù)已完成。
9）條件9：VCU執(zhí)行完休眠操作；喚醒繼電器已關(guān)閉；數(shù)據(jù)已保存。
10）條件10：VCU發(fā)出預(yù)充指令后，預(yù)充失敗。
11）條件11：VCU初始化完成后，所有喚醒源無效，以下條件均滿足。
IG1喚醒信號為低電平；慢充喚醒信號為低電平；快充喚醒信號為低電平；未接收到有效的CAN喚醒信號且喚醒狀態(tài)任務(wù)已完成。
2.2.1.3? 整車控制器VCU工作模式
在高壓激活狀態(tài)，根據(jù)喚醒源和高壓狀態(tài)，VCU的工作模式可分為5種工作模式。
2.2.1.3.1? OFF模式
VCU喚醒狀態(tài)，喚醒源無效，需單獨(dú)處理：①喚醒只有低壓；②高壓上下電瞬態(tài)；③高壓上電狀態(tài)（OFF擋遠(yuǎn)程高壓上電）。子模式如下。
1）Stand_by：判斷CAN喚醒源（充電/空調(diào)），有跳到Powerup。
2）Powerup：遠(yuǎn)程空調(diào)，有進(jìn)入Hv_active，無，回到Stand_by。
3）Hv_active：無遠(yuǎn)程空調(diào)結(jié)束請求，跳到Powerdown。
4）Powerdown：高壓下電完成，回到Stand_by。
2.2.1.3.2? Stand_by模式
VCU喚醒狀態(tài)，喚醒源有效，高壓未上電。
1）Stand_by：判斷喚醒源。
2）Powerup：滿足高壓上電發(fā)預(yù)充電Precharg請求，若成功則跳出Stand_by，不成功待在Stand_by。
3）Powerdown：無喚醒源，跳到Discharg。
4）Discharg：放電結(jié)束，回到Stand_by，無喚醒源跳到OFF。
2.2.1.3.3? Dccharge模式
快充喚醒有效，高壓上電。
2.2.1.3.4? Accharge模式
慢充喚醒有效，高壓上電。
2.2.1.3.5? Normal模式
IG1喚醒或CAN喚醒有效，高壓上電。
模式優(yōu)先級是：Dccharge模式＞Accharge模式＞Normal模式。
2.2.1.4? 工作模式的轉(zhuǎn)換條件（圖2）
1）條件1：IG1喚醒源有效，硬線；慢充喚醒有效，硬線CC值；快充喚醒有效，硬線CC2值。
2）條件2：IG1喚醒有效或CAN喚醒有效且無慢、快充喚醒信號，高壓上電完成。
3）條件3：IG1喚醒無效且CAN喚醒無效或高壓下電。
4）條件4：慢充喚醒信號有效且無快充喚醒信號，高壓上電完成。
5）條件5：慢充喚醒信號無效且慢充連接CC信號無效或高壓下電。
6）條件6：快充喚醒信號有效且高壓上電完成。
7）條件7：快充喚醒信號無效且快充連接CC2信號無效或高壓下電。
8）條件8：慢充喚醒信號有效。
9）條件9：慢充喚醒信號無效且慢充連接CC信號無效，IG1信號有效。
10）條件10：快充喚醒信號有效。
11）條件11：快充喚醒信號無效且快充連接CC2信號無效，IG1信號有效。
12）條件12：IG1喚醒源無效且CAN喚醒無效，慢充喚醒無效，快充喚醒無效，高壓下電完成。
2.2.2? 電池管理系統(tǒng)工作狀態(tài)
2.2.2.1? 電池管理系統(tǒng)BMS工作狀態(tài)
1）初始化：BMS接收到喚醒信號后進(jìn)行初始化。
2）低壓待機(jī)狀態(tài)：BMS初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態(tài)。
3）預(yù)充：BMS接收到高壓上電預(yù)充指令，執(zhí)行預(yù)充操作。
4）高壓激活：高壓上電完成，高壓激活狀態(tài)。
5）高壓下電：BMS接收到高壓下電指令，或BMS判斷滿足高壓下電條件，執(zhí)行高壓下電操作。
6）準(zhǔn)備休眠：BMS判斷喚醒源無效，準(zhǔn)備進(jìn)行休眠狀態(tài)。
7）休眠：BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)，停止發(fā)送報(bào)文。
2.2.2.2? 工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件（圖3）
1）條件1：硬線主繼電器喚醒信號為高電平；熱失控傳感器硬線或CAN信號喚醒信號；可選，快充喚醒信號為高電平；可選，接收到有效的CAN喚醒信號（BMS接收以上有效喚醒信號之一）。
2）條件2：BMS初始化完成。
3）條件3：接收到VCU的高壓上電指令；BMS高壓上電條件滿足；BMS無禁止高壓上電的故障（BMS判斷以上高壓上電條件均滿足）。
4）條件4：BMS判斷高壓上電已完成。
5）條件5：接收到VCU的高壓下電指令；BMS判斷接收到VCU的無效控制指令超過一定時(shí)間；BMS判斷VCU通信超時(shí)；BMS判斷發(fā)生嚴(yán)重故障，如熱失控，碰撞等（BMS判斷滿足以上高壓下電條件之一）。
6）條件6：BMS判斷高壓繼電器已斷開。
7）條件7：接收到VCU的準(zhǔn)備休眠指令；硬線喚醒無效超過一定時(shí)間（BMS判斷滿足以上準(zhǔn)備休眠條件之一）。
8）條件8：硬線喚醒無效；無其他禁止休眠條件（BMC判斷以上條件之一滿足）。
9）條件9：BMS執(zhí)行預(yù)充失敗。
10）條件10：BMS接收到VCU發(fā)出的待機(jī)指令。
11）條件11：BMS初始化失敗或初始化完成喚醒源無效。
2.2.3? 電機(jī)控制器工作狀態(tài)
2.2.3.1? 電機(jī)控制器MCU工作狀態(tài)
1）初始化：MCU接收到喚醒信號后進(jìn)行初始化。
2）低壓待機(jī)狀態(tài)：MCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態(tài)。
3）高壓激活：高壓上電完成，未進(jìn)入扭矩模式或轉(zhuǎn)速模式。
4）高壓下電：MCU接收到高壓下電指令。
5）主動(dòng)放電：MCU接收到主動(dòng)放電指令或判斷滿足主動(dòng)放電條件，執(zhí)行主動(dòng)放電操作。
6）準(zhǔn)備休眠：MCU判斷喚醒源無效，準(zhǔn)備進(jìn)行休眠狀態(tài)。
7）休眠：MCU進(jìn)入休眠狀態(tài)，停止發(fā)送報(bào)文，關(guān)閉輸出端口。
2.2.3.2? 工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件（圖4）
1）條件1：硬線主繼電器喚醒信號為高電平；可選，接收到有效的CAN喚醒信號（MCU接收以上有效喚醒信號之一）。
2）條件2：MCU初始化完成。
3）條件3：MCU接收到VCU的高壓激活指令。
4）條件4：接收到VCU的高壓下電指令；接收到VCU的無效控制指令超過一定時(shí)間；硬線喚醒信號無效超過一定時(shí)間（MCU判斷滿足以上高壓下電條件之一）。
5）條件5：接收到VCU的主動(dòng)放電指令；接收到VCU的無效控制指令超過一定時(shí)間；硬線喚醒信號無效超過一定時(shí)間（MCU判斷滿足以上主動(dòng)放電條件之一）。
6）條件6：MCU主動(dòng)放電完成。
7）條件7：接收到VCU的準(zhǔn)備休眠指令；硬線喚醒無效超過一定時(shí)間（MCU判斷滿足以上準(zhǔn)備休眠條件之一）。
8）條件8：硬線喚醒無效；無其他禁止休眠條件（MCU判斷以上條件之一滿足）。
2.2.4? 直流轉(zhuǎn)換模塊DCDC工作狀態(tài)
2.2.4.1? 直流轉(zhuǎn)換模塊DCDC工作狀態(tài)
1）低壓待機(jī)狀態(tài)：MCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態(tài)。
2）工作：高壓上電完成，接收到VCU的停止工作指令。
3）休眠：MCU進(jìn)入休眠狀態(tài)，停止發(fā)送報(bào)文，關(guān)閉輸出端口。
2.2.4.2? 工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件（圖5）
1）條件1：硬線喚醒信號為高電平；接收到有效的CAN喚醒信號（DCDC接收以上有效喚醒信號之一）。
2）條件2：接收到VCU的工作指令。
3）條件3：接收到VCU的停止工作指令。
4）條件4：硬線喚醒無效；CAN喚醒信號無效；無其他禁止休眠條件（DCDC判斷以上條件滿足）。
2.2.5? 車載充電機(jī)OBC工作狀態(tài)
低壓待機(jī)狀態(tài)、工作和休眠均同DCDC工作狀態(tài)。
工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件示意同圖5。
1）條件1：接收到有效的CAN喚醒信號；接收到有效的CC信號；接收到有效的CP信號（車載充電機(jī)OBC接收以上有效喚醒信號之一）。
2）條件2：接收到VCU的工作指令。
3）條件3：接收到VCU的停止工作指令。
4）條件4：硬線喚醒無效；CAN喚醒信號無效；CP信號無效；無其他禁止休眠條件（OBC判斷以上條件滿足）。
2.3? 休眠喚醒交互時(shí)序
2.3.1? 點(diǎn)火開關(guān)喚醒交互時(shí)序
配置點(diǎn)火鎖或配置PEPS的車型點(diǎn)火開關(guān)到ON擋時(shí)，喚醒VCU，VCU再喚醒其他部件，交互時(shí)序如圖6所示。
2.3.2? 交流充電喚醒交互時(shí)序
交流充電時(shí)，OBC先喚醒，發(fā)出慢充喚醒信號，喚醒VCU，VCU再喚醒其他部件，交互時(shí)序如圖7所示。
2.3.3? 直流充電喚醒交互時(shí)序
直流充電時(shí)，充電樁發(fā)出快充喚醒信號，喚醒VCU，VCU再喚醒其他部件，交互時(shí)序如圖8所示。
2.3.4? CAN喚醒交互時(shí)序
CAN喚醒VCU時(shí)，VCU接收到有效的功能指令，再喚醒其他部件，交互時(shí)序如圖9所示。
