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动力电池系统介绍(七)——上下电管理

动力电池系统介绍(七)

  • 一、概要
    • 1.1 钥匙状态
    • 1.2 唤醒方式
  • 二、上下电流设计
    • 2.1 上下电原则
    • 2.2 上电流程
      • 2.2.1 上电时序
      • 2.2.2 上电逻辑
    • 2.3 下电流程
      • 2.3.1 下电逻辑

一、概要

整车上下电流是主机厂整车系统开发的需求文件,主要内容是协调几个整车动力相关部件ECU交互配合,由各部件进行ECU依次进行具体的检测、动作、反馈状态等,按照预设的策略完成低压、高压、高压、低压停车休眠需求。

1.1 钥匙状态

车上钥匙信号的状态一般是LOCK/OFF、ACC、ON、START。OFF状态整车ECU唤醒元件最少;ACC只支持与视频娱乐系统相关的状态ECU唤醒,ON状态车辆动力相关ECU都会被唤醒。如果钥匙开关是一键启动按钮,则按以下顺序对应以下四个状态。

状态名称 状态描述
LOCK /OFF 止开关
ACC 附件开关
ON 电源开关
START 启动开关

本质上,汽车的钥匙是一个带有传感芯片的信号元件,采用射频识别技术,通过接收和返回脉冲信号与车辆进行远程配合。

1.2 唤醒方式

可通过控制单元IG ON、网络或其他唤醒方式。目前车辆的ECU大多数使用网络唤醒。当钥匙按下解锁键或打开车门或按下启动键时,唤醒信号通过网关转发到车辆控制器VCU,并唤醒它。VCU唤醒后,控制低压继电器箱,使其他ECU通过发送网络管理上电ECU唤醒,ECU自检启动完成后,如果没有问题,可以正常工作,然后上高压电。

当启动键切换到低压下电或过程时OFF高压供电将首先断开,车辆各ECU网络管理报发网络管理报文,然后停发应用报文,进入休眠下电流程,最后控制电源管理模块,断开电源。

大车辆休眠时,大多数ECU低压常电通过低压继电器箱断开,保证车辆静置时暗电流小,能耗最低,尽量延长低压电池的断电时间,因为低压电池的电量不能通过高压动力电池补充。但也有一些ECU如果静置需要定期运行,BMS需要定期唤醒和检查高压动力电池的状态。

二、上下电流设计

2.1 上下电原则

高压上下电的上层控制是VCU,负责各子系统的协调和车辆运行状态的管理。除了管理高压上下电源外,还负责计算所需的电机输出扭矩和其他参数,以确保车辆的正常运行。此外,根据动力电池的功率、温度和驾驶制动,实现不同等级的能量回收。(图片来自网络) 整车架构 需要满足高压上下电的原则:

  • 避免车辆意外加速、减速、转向等动作;
  • 避免因高压故障造成人员伤亡和设备损坏;
  • 满足高压上下电的性能需求

首先,高压电源功能要求包括:钥匙电源/直流交流充电、远程控制(如远程开启空调)。这三种场景的唤醒方式不同,高压电源的逻辑和时间顺序相似。整个电源过程将有时间要求,如1S内内局域网ECU(通常包括VCU、DCDC、DCU、BMS等)应完成上电流程并进入工作模式。 由于之前在动力电池系统介绍(2)中专门介绍了充电相关情况,下面只说正常的高压过程:

2.2 上电流程

在上电过程中,首先是VCU唤醒(钥匙唤醒、网络唤醒或充电)CC发送信号硬线唤醒)HVIL(高压互锁)回路使能线和必要的12V低压继电器CAN同时监控报文HVIL回路状态,然后DCU、DC/DC、BMS被唤醒(VCU发送的网络管理报纸或IG ON自检,监控HVIL回路状态,对BMS来说还需计算绝缘阻值,确认绝缘是否正常。无故障后进入待机模式(Standby状态)。 随后VCU请求BMS闭合主继电器,BMS然后关闭主负继电器和预充继电器。当母线电压达到预设电压时,判断预充电成功,关闭主正继电器,断开预充电继电器,完成高压电源。VCU请BMS关闭主继电器时,也会要求DCU、DC/DC进入工作模式。 在正常上电状态下,如果绝缘阻值低于阈值,高压互锁断开,IGBT过流等严重故障时,VCU高压电流会在紧急情况下进行。首先VCU请求DC/DC脱离工作模式,DCU进入failure模式。诉后VCU请求BMS断开高压继电器,断开HVIL(高压互锁)电路,然后VCU请求IPU(电机控制器)进入紧急放电模式,DCU余电泄放应在规定时间内完成。若钥匙为OFF状态,每个节点进入休眠过程。

2.2.1 上电时序

2.2.2 上电逻辑

2.3 下电流程

当检测到钥匙信号、硬线信号关闭或网络唤醒信号停发时,VCU立即请求DCU离开工作模式,快速降低功率设备。VCU请求DC/DC然后离开工作模式VCU再请求BMS断开高压继电器。BMS响应完成后,VCU断开HVIL各节点的电路和低压继电器进入下电休眠过程。 当BMS收到VCU下电指令后,如果母线电流小于一定电流(可设置),则断开主正继电器和主负继电器。当电压下降到一定的预设值时,判断母线电压,BMS反馈下电指令VCU,并进入下电Afterrun状态。BMS下电完成指令后,经过一段时间后(可设置)进入休眠状态。 当BMS收到VCU下电指令后,如果母线电流大于预设电流,BMS电流会以一定的速度逐渐降低到0A。为了降低到允许电流,还可以设置一定的时间进行强制下电。

2.3.1 下电逻辑

上述上电时序和上下电逻辑原图已上传资源(绘图工具:亿图图),必要时可自行下载。

标签: 钥匙开关继电器高爬电距离的高压直流继电器

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