整車靜態功耗控制方法研究

崔振亞，沈海洋，徐川程（吉利汽車研究院 （寧波）有限公司，浙江 寧波 315300）

1 引言

靜態功耗是汽車的一項重要指標，直接影響車輛長時間停放后的起動能力。隨著車輛智能化、電子化程度的加深，用電設備大幅增加，整車靜態電流越來越難以控制，采用傳統的控制方法很難達到控制目標。筆者多年來從事汽車電氣系統的設計工作，在理論分析及產品應用上進行了大量的研究工作，本文將對此進行闡述。

2 造成整車長時間停放而虧電的因素

2.1 整車靜態電流與蓄電池容量不匹配

靜態電流過大而蓄電池容量太小，短時間內蓄電池的電量被靜態電流消耗過多，造成車輛起動時蓄電池沒有足夠的電量。因此，靜態電流指標和蓄電池的容量的選擇必須精確計算。靜態電流指標的制定需要以整車停放的時間以及蓄電池電量的消耗為依據。

例如，根據車輛發動機和蓄電池的特性，發動機起動時必須保證蓄電池的SOC在60%以上，而假定每次停車以后蓄電池的SOC在90%以上，而車輛的蓄電池容量為80Ah，要求能夠停放的時間為42天，則整車的靜態電流指標應為：

由公式（1）可知，42天內蓄電池的電量消耗最大為80Ah×（90%-60%）=24Ah，42天內最大允許的平均電流為24mA。

2.2 特殊的應用場景需要車輛能夠停放更長的時間

特殊的場景如海運，可能需要車輛停放超過90天，該時間遠大于客戶正常使用車輛的停放時長，此時如果按照常規的設計指標不能滿足該時長要求，會造成車輛虧電，因此需要一種特殊的方法來達到停放時長要求。

2.3 車輛電氣系統故障造成靜態電流超標

電子系統復雜度的增加，發生靜態電流故障的幾率也大大增加，此類故障發生時會造成電流大幅增加，蓄電池虧電。而且此類故障非常難以排查到原因。

3 靜態電流控制的方法

3.1 電源分配設計

通過電源分配控制整車靜態電流是最直接有效的方法。如果將某個電子設備通過繼電器來供電，整車進入休眠狀態以后繼電器斷開，此時電子設備將完全斷電，電流為0，不會產生任何靜態電流。但是某些電子設備的功能與車輛上的繼電器開閉邏輯不匹配，即繼電器無法滿足功能的需求，此時就要設計一些特殊邏輯的繼電器來滿足功能的需求。

例如電動天窗控制器，根據天窗的功能需求，一般情況下車輛停車熄火后2min之內天窗是可以操作的，或者駕駛員進入車輛后未接通點火開關的情況下想要打開天窗。此種場景如果天窗控制器通過傳統的KL15繼電器或ACC繼電器是無法滿足的，因為在這種場景下這些繼電器是斷開的，無法滿足功能的需求。但如果將天窗控制器連接常電 （KL30電源），勢必會產生靜態電流，控制器需要實現休眠喚醒的邏輯及功耗控制，零部件成本也會增加。對此我們可以采用創新的方法，增加一個繼電器，可以命名為舒適繼電器，采用特殊的控制邏輯，詳見表1。

表1 舒適繼電器控制邏輯

由表1可知，該繼電器在客戶進入車輛前閉合，離開車輛后斷開，在車輛的整個駕駛循環中其閉合的時間較長，可以滿足許多功能的需求。例如上文提到的天窗的使用場景，既滿足了功能使用需求又避免產生靜態電流。

3.2 整車模式設計

為保證車輛在某些場景下能夠有更多的停放時間，如存儲和運輸，此時停放時間往往大于42天，對此需要采用特殊的方法來達到使用需求。傳統的方式是增加特殊的熔斷絲，如海運熔斷絲，在海運時拔掉熔斷絲以切斷某些負載達到降低靜態電流的目的?；蛘吒唵蔚姆椒?，拔掉蓄電池電線，直接切斷整車電源。但是這些方式操作復雜，使用不方便，且對于運輸人員來說需要掌握一定的方法和技能，也增加了運輸成本。

對此可以有一種更加創新的方法，軟件化的整車使用模式控制。將整車劃分為兩種模式：運輸模式和正常模式。運輸模式即車輛長期停放，尚未銷售期間的模式。正常模式即客戶使用期間的模式。通過功能的劃分，在運輸模式下可以有更多的功能來禁用，依此來減少靜態電流。例如無鑰匙進入功能和時鐘功能，在運輸模式下該功能禁用將可以減少相應控制器的靜態電流，達到比正常模式下更小的電量消耗。在正常模式下相應的功能打開，滿足客戶使用需求。

模式的切換可以完全通過軟件化的操作來實現，如診斷儀。在車輛出廠之前通過診斷儀將車輛設置為運輸模式，車輛銷售給終端客戶時再由4S店將車輛設置為正常模式。完全無需機械操作，而且無需運輸人員操作，方便、快捷且有效。

3.3 蓄電池節電設計

根據上文所述，停車時需要蓄電池SOC值在90%以上才能保證車輛可停放42天。如果SOC不足，也會造成長時間停車后車輛不能起動。因此，保證停車初期蓄電池電量充足也是一項重要的工作。

眾所周知，發動機運行時發電機可以持續給蓄電池充電，因此通常情況下停車之前蓄電池SOC應該是100%。造成蓄電池損耗的是在發動機停止以后繼續工作的用電器，如多媒體設備、氛圍燈等。限制此類負載的使用將有助于減少蓄電池的消耗。

可行的方法是通過蓄電池傳感器監測蓄電池的SOC值，當達到一定的閾值時關閉用電器并通過儀表等顯示設備提醒用戶。蓄電池SOC值與負載關系如表2所示。

3.4 異常情況的處理

當車輛真的發生饋電故障時，如果沒有特殊的診斷方法，故障的排查將會是一個非常困難的過程。常規的方法是當靜態電流過高時通過逐個拔掉控制器的熔斷絲或接插件，觀察電流降低的情況來判斷是哪個控制器的故障。但是隨著當今車輛電氣控制器數量的增多，網絡管理復雜程度的增加，僅通過此方法很難排查出真正的原因。因此需要一種特殊的方法。

表2 蓄電池SOC值與負載關系

筆者總結出的一種方法是通過各個常電的控制器記錄自身的休眠喚醒狀態，當發生異常的喚醒時記錄相關DTC和DID，以便通過診斷設備快速讀取故障信息，鎖定故障點。靜態電流監測功能流程如圖1所示。

當整車進入休眠狀態以后，蓄電池傳感器監測整車的靜態電流，如果電流值大于閾值 （如30mA），則整車通過網絡管理報文喚醒所有常電的控制器，并發出控制器自檢的命令?？刂破鹘邮盏阶詸z命令后判斷此刻之前一段時間內 （如15s）自身的休眠狀態，如果15s之前控制器已處于喚醒狀態，則判斷為此控制器異常，造成整車靜態電流過高，需要記錄DTC，并通過DID記錄喚醒源及喚醒時間等信息，便于快速診斷故障原因。

圖1 靜態電流監測功能流程圖

4 結語

1）整車靜態功耗問題產生自停車期間用電器負載產生的電流消耗，合理控制電流消耗并和蓄電池容量匹配才能避免產生蓄電池虧電問題。

2）僅靠傳統的靜態電流控制方法已無法滿足當代車輛電氣系統復雜度的現狀，因此必須使用創新的方法來解決，這些創新的方法通常是軟件的方法。

3）本文提及的整車靜態電流控制方法均已在實際產品中應用，其方案合理性已得到驗證，對一般的車輛設計具有參考意義。