純電動汽車虧電原因分析及預警策略設計

姚復波，黃祖朋，周 敏，孟 鑫，徐 嫚，謝佶宏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

前言

盡管純電動車型快速迭代，零件不斷更新換代，但在各車型上卻一直存在著車輛異常虧電的現象。車輛虧電問題是純電動汽車發展路上的技術難點，它給用戶日常用車帶來很大的困難，且售后排查虧電問題時也比較困難。本文通過分析車輛虧電的原因，提供車輛虧電的排查方向，并利用遠程平臺進行虧電預警，將用戶不規范行為和設計問題透明化，減少車輛虧電率，提升用戶體驗[1]。

1 純電動汽車虧電原因分析

從根本上分析，影響車輛虧電的原因主要有兩個：（1）鉛酸電池質量問題或者損壞導致車輛虧電；（2）整車靜態電流大導致車輛虧電。影響整車靜態電流的因素如圖1所示。

圖1 影響整車靜態電流因素

1.1 鉛酸電池質量問題或損壞導致車輛虧電

鉛酸電池是整車低壓電路的供電源，本身質量的好壞是影響整車靜置時間的重要因素之一。在整車裝車前可依據GB/T 5008.1-2013《起動用鉛酸電池技術條件和試驗方法》進行試驗和補電，保證鉛酸電池裝車前質量完好且電量充裕。

目前，市面上車輛常用的12 V低壓蓄電池都為鉛酸電池，在鉛酸電池多次虧電后會導致不可逆損壞，電池極板與電極液失去活性后無法進行化學反應，使得無法通過補電的形式對鉛酸電池進行滿充，導致鉛酸電池直接報廢。例如：在車輛交付前的運輸途中，車輛未將鉛酸電池的負極斷開，車輛長期靜置導致車輛虧電，虧電后檢查車輛時又需要補電，多次虧電、補電循環后就會導致鉛酸電池損壞。

1.2 整車靜態電流大導致車輛虧電

鉛酸電池作為整車低壓電路的能量源，整車靜態電流大小決定著鉛酸電池的能量消耗速率。整車靜態電流越大，消耗鉛酸電池的能量就越快，車輛靜置時間也就越短。

1.2.1 本地事件異常

在網絡管理策略中，所有的常電（KL30）節點存在自身的本地事件，當零件的本地事件開啟時，零件就會被喚醒，并向總線上發送數據喚醒其它KL30節點，如果本地事件一直存在，就會一直維持著網絡，喚醒著所有KL30節點，導致整車靜態電流較大，鉛酸電池會一直處于高功率放電狀態，持續一段時間就會導致整車虧電。

簡單的測試車輛靜態電流的方式如圖2所示，通過使用圖2的方式測試后就可以快速得到車輛不同本地事件下車輛的靜態電流。

圖2 車輛靜態電流測量

表1為某車型配置32 kW·h鉛酸電池在開啟不同本地事件時整車靜態電流的測試數據。從表1中可以看出，在本地事件開啟狀態下，會導致車輛迅速虧電。例如，依據某車型控制策略，本地事件（右車門）處于開啟狀態時，車身控制器會一直按周期發送網絡保持幀保持整車網絡，車上的所有KL30節點會被喚醒并處于工作狀態，此時測量整車靜態電流大于1 A。車輛長時間處于此狀態，靜置19小時左右就會虧電，導致車輛無法啟動。

表1 本地事件開啟條件下的整車靜態電流

1.2.2 網絡節點工作異常

整車往往設計為鑰匙檔位處于OFF檔且無本地事件時，所有網絡上的節點進入低功耗狀態。在整車中存在某一個節點工作異常（一直處于喚醒狀態），此節點會喚醒整車所有KL30節點并使整車總線所有KL30節點一直處于通訊狀態。當KL30節點保持通訊功能時，零件的總線功能模塊會進入工作狀態，功耗會明顯增大。多個KL30節點同時工作時，整車的靜態電流也就會明顯變大，從而導致整車虧電。在某車型中，通過模擬發送網絡管理幀的形式模擬節點工作異常工況，在此工況下測試整車靜態電流為1.4 A，遠遠超出整車靜態電流小于20 mA的設計。在此工況下靜置車輛，車輛在1天左右就會無法啟動。

網絡節點出現異常是整車虧電的主要原因之一，目前車輛生產商在整車網絡測試時都會關注到這一點。在進行整車網絡測試和功能測試時，可避免出現節點一直異常，但因測試用例和測試工況不足，會存在某零件不定時異常和特定情況下出現異常的情況。當此情況出現時，異常的車輛就會流入市場，最終引發車輛虧電的售后問題。圖3為某車型虧電車數據，在車型在使用20 000 km后車輛停放一個晚上就會虧電。當時在現場通過采集整車報文，發現整車能正常休眠，并測試整車靜態電流也符合設計規范，但車輛在停放一個晚上之后就會虧電。于是在車上安裝一個 CAN盒，記錄車輛實時數據分析問題。通過對 CAN盒數據分析，發現在車輛遠程喚醒正常上傳數據完成，車輛進入休眠時序時，XX節點會一直發送數據幀導致整車網絡不休眠，一直損壞鉛酸電池導致整車虧電。

圖3 車輛節點異常數據

1.2.3 繼電器故障

整車中存在很多的繼電器，在繼電器使用過程中，會出現因為氧化粘連、繼電器無法控制等問題導致繼電器下的電器處于不期待工況下工作而使整車靜態電流過大。

1.2.4 零部件配電邏輯錯誤

在整車設計前期，整車上的所有用電器會進行電源模式分配設計，規定整車電器工作電源模式，在裝配車輛或改制車輛時，某電器未按照前期設計進行配電，將非常電節點配電成常電節點，就會導致此電器一直持續消耗鉛酸電池，從而導致車輛虧電。

1.2.5 零部件控制邏輯錯誤

在車輛設計中是存在某些零件會在車輛 OFF檔鎖車后滿足特定條件下自動開啟工作。此時這個特定判斷條件的設計就會變得非常重要。當條件設置不合理時，就會使得車輛在鎖車后該零件出現非預期工作，從而使得車輛靜態電流過大，鉛酸電池快速虧電。

1.2.6 電器件工作異常

在整車中，若有某個電器件的內部存在短路或斷路，而導致整個電器件在整車上表現為工作狀態，從而消耗鉛酸電池電量，引起整車虧電。

2 整車虧電預警

在國家對新能源汽車數據上傳國家平臺的要求下，遠程數據監控平臺的發展趨向成熟。合理利用平臺資源，建立預警邏輯，通過接收整車數據，就可以根據實時車輛數據計算出車輛異常狀態，并預警給售后和用戶進行車輛異常處理，避免因車輛異常而出現無法用車和發生事故[2]。

車輛虧電問題一直困擾著萬千用戶用車，其原因可能是用戶用車不規范導致，也可能是整車網絡節點異常導致車輛虧電。在平臺中建立控制邏輯，就能監控用戶用車行為，當用車不規范時及時提示用戶處理車輛異常。也可監控整車網絡節點行為，方便售后定位問題。

平臺增加預警邏輯如下：

（1）通過對鑰匙狀態=OFF檔&駕駛側門狀態=開啟&開啟時間大于 10分鐘或鑰匙狀態=OFF檔&副駕駛側門狀態=開啟&開啟時間或開啟時間大于10分鐘或鑰匙狀態=OFF檔&副駕駛側門狀態=開啟&開啟時間等邏輯判斷門的狀態處于開啟可能導致車輛虧單，平臺將車門未關的預警通過手機APP推送給用戶提醒用戶及時關閉車門。

（2）通過對鑰匙狀態=OFF檔&大燈狀態=開啟&開啟時間大于10分鐘或鑰匙狀態=OFF檔&位置燈狀態=開啟&開啟時間大于 10分鐘或鑰匙狀態=OFF檔&危險警報燈狀態=開啟&開啟時間大于 10分鐘燈邏輯判斷車燈狀態處于開啟可能導致車輛虧單，平臺將車燈未關的預警通過手機APP推送給用戶提醒用戶及時關閉車燈。

（3）通過對鑰匙狀態=OFF檔&各車門狀態=關閉&各車燈狀態=關閉&車輛充電狀態=未充電&某節點網絡管理幀=保持幀邏輯判斷車某節點一直處于異常工作狀態，平臺將此預警發送給售后部分，售后通過預警及時聯系用戶進站排查車輛，避免車輛因節點異常導致整車虧電。

（4）通過對鑰匙狀態=OFF檔&各車門狀態=關閉&各車燈狀態=關閉&車輛充電狀態=未充電&某節點網絡管理幀=喚醒幀&發送喚醒幀的時間＜3小時&平臺數據持續時間＞10分鐘邏輯判斷整車某節點不定時異常工作，平臺將此預警發送給售后部分，售后通過預警及時聯系用戶進站排查車輛，避免車輛因節點異常導致整車虧電。

在平臺增加門燈狀態預警，可避免部分用戶因操作不當導致的車輛虧單，通過預警車載總線上的節點工作異常，可避免部分前期設計可測試驗證未發現的問題零件和Bug導致的虧電。

3 結語

車輛虧電取決于鉛酸電池質量的本身，也取決于鉛酸電池的損耗快慢。把控鉛酸電池質量，規范車輛交付前保存流程，保證流通用戶手上的車輛的鉛酸電池處于完好狀態。前期設計規范整車設計性能，遵循前期設計裝配，完善整車測試驗證，保證整車設計裝配的一致性，杜絕整車因設計導致的虧電問題。

平臺預警可以避免部分用戶因操作不規范和整車網絡節點異常導致的虧電，而用戶規范用車習慣和整車設計與測試驗證才是杜絕車輛虧電的根本辦法。