純電動汽車控制系統喚醒休眠設計

孫強　李創舉

摘 要：本文簡要介紹純電動汽車整車控制系統的喚醒和休眠控制相關策略要求。對影響其喚醒，休眠的相關部件，如VCU以及BMS等部件從部件工作狀態轉換，以及交互時序開展涉及，滿足了整車喚醒與休眠的要求。

關鍵詞：純電動汽車 喚醒控制 休眠控制

1 引言

隨著純電動汽車功能越來越多，越來越復雜，純電動汽車饋電風險也越來越大，其整車控制系統的喚醒和休眠控制策略更要進行規范化設計。

本文簡要介紹了純電動汽車整車控制系統的喚醒和休眠控制策略。

2 喚醒源要求

2.1 整車控制器VCU喚醒要求

（1）VCU應處理以下狀態的喚醒需求：

（A）點火開關或PEPS操作至ON檔或START，IG1電源喚醒需求；

（B）慢充喚醒信號需求，交流充電時由OBC發出，一般為高電平信號；

（C）快充喚醒信號需求，直流充電時由充電樁發出，12V高電平信號；

（D）遠程喚醒需求，由車載終端發出，可通過CAN信號或硬線傳輸；

（E）熱失控喚醒需求，由電池管理系統發出，可通過CAN信號或硬線傳輸。

（2）當任意一個喚醒源有效時，VCU應喚醒，當所有的喚醒源均無效時，VCU可以進入休眠。

2.2 電池管理系統BMS喚醒要求

（1）BMS應處理以下狀態的喚醒需求：

（A）硬線喚醒信號，一般為VCU控制的主繼電器信號；

（B）熱失控喚醒需求，由熱失控傳感器發出的喚醒需求，可通過CAN信號或硬線傳輸；

（C）CAN喚醒信號可根據項目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要在整車網絡設計人員確認，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。

（2）當BMS接收到熱失控喚醒信號后，應通過CAN信號或硬線信號發出喚醒請求，喚醒VCU。

（3）當所有的喚醒源均無效時，BMS應進入休眠狀態。

2.3 電機控制器MCU喚醒要求

（1）MCU應處理以下狀態的喚醒需求：

（A）硬線喚醒信號，一般為VCU控制的主繼電器信號；

（B）CAN喚醒信號可根據項目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要在整車網絡設計人員確認，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。

（2）當所有的喚醒源均無效時，MCU應進入休眠狀態。

2.4 直流轉換模塊DCDC喚醒要求

（1）DCDC應處理以下狀態的喚醒需求：

（A）硬線喚醒信號，一般為VCU控制的主繼電器信號；

（B）CAN喚醒信號可根據項目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要在整車網絡設計人員確認，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。

（2）當所有的喚醒源均無效時，DCDC應進入休眠狀態。

2.5 車載充電機OBC喚醒要求

（1）OBC應處理以下狀態的喚醒需求：

（A）慢充充電CP信號；

（B）慢充充電CC信號；

（C）CAN喚醒信號可根據項目需求配置，如配置CAN喚醒功能，需要在整車網絡設計人員確認，避免模塊間相互喚醒，無法休眠。

（2）當OBC接收到慢充充電的CC信號或CP信號喚醒后，應通過硬線高電平信號喚醒VCU；

（3）當所有的喚醒源均無效時，OBC應進入休眠狀態。

3 工作狀態轉換要求

高壓及相關系統部件在下列轉換過程中各系統部件工作狀態轉換要求：

（A）接收到有效喚醒源時，從休眠狀態到高壓激活狀態的轉換過程；

（B）喚醒源變更為無效時，從高壓激活狀態到休眠狀態的轉化過程。

3.1 整車控制器工作狀態

（1）整車控制器VCU的工作狀態可以分為以下狀態：

（A）初始化：VCU接收到喚醒信號后進行初始化；

（B）低壓待機狀態：VCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態；

（C）預充：VCU判斷允許上高壓，發出高壓上電預充指令，由BMS執行預充操作；

（D）高壓激活：高壓上電完成，高壓激活狀態；

（E）高壓下電：VCU判斷滿足高壓下電條件，發出高壓下電指令，由BMS指令高壓下電操作；

（F）主動放電：VCU判斷滿足主動放電條件，發出主動放電指令，由MCU執行主動放電操作；

（G）準備休眠：VCU判斷喚醒源無效，準備進行休眠狀態；

（H）休眠：VCU進入休眠狀態，停止發送報文，關閉輸出端口。

各工作狀態的轉換條件如圖1。

條件1：VCU接收以下有效喚醒信號之一：

（A）IG1喚醒信號為高電平；

（B）慢充喚醒信號為高電平；

（C）快充喚醒信號為高電平；

（D）接收到有效的CAN喚醒信號。

條件2：VCU初始化完成；

條件3：VCU判斷滿足高壓上電條件；

條件4：VCU判斷高壓上電已完成；

條件5：VCU判斷滿足高壓下電條件；

條件6：VCU判斷高壓繼電器已斷開，滿足主動放電條件；

條件7：VCU判斷主動放電完成或主動放電失敗且放電超時；

條件8；VCU判斷所有喚醒源無效，以下條件均滿足：

（A）IG1喚醒信號為低電平；

（B）慢充喚醒信號為低電平；

（C）快充喚醒信號為低電平；

（D）未接收到有效的CAN喚醒信號且喚醒狀態任務已完成。

條件9：VCU執行完休眠操作；

（A）喚醒繼電器已關閉；

（B）數據已保存。

條件10：VCU發出預充指令后，預充失敗；

條件11：VCU初始化完成后，所有喚醒源無效，以下條件均滿足：

（A）IG1喚醒信號為低電平；

（B）慢充喚醒信號為低電平；

（C）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任務已完成。

（2）在高壓激活狀態，根據喚醒源和高壓狀態，VCU的工作模式可分為5種工作模式：

（A）OFF模式：VCU喚醒狀態，喚醒源無效；

（B）STANDBY模式：VCU喚醒狀態，喚醒源有效，高壓未上電；

（C）DCCHARGE模式：快充喚醒有效，高壓上電；

（D）ACCHARGE模式：慢充喚醒有效，高壓上電；

（E）NORMAL模式：IG1喚醒或CAN喚醒有效，高壓上電。

模式優先級是DCCHARGE模式>ACCHARGE模式>NORMAL模式；

條件1：IG1喚醒源有效

或 CAN喚醒有效

或 慢充喚醒有效

或 快充喚醒有效

條件2：IG1喚醒有效或CAN喚醒有效

且 無慢充喚醒信號

且 無快充喚醒信號

且 高壓上電完成

條件3：IG1喚醒無效 且 CAN喚醒無效

或 高壓下電

條件4：慢充喚醒信號有效

且 無快充喚醒信號

且 高壓上電完成

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

條件6：快充喚醒信號有效

且 高壓上電完成

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

條件8：慢充喚醒信號有效

條件9：慢充喚醒信號無效

且 慢充連接CC信號無效

且 IG1信號有效

條件10：快充喚醒信號有效

條件11：快充喚醒信號無效

且 快充連接CC2信號無效

且 IG1信號有效

條件12：IG1喚醒源無效

且 CAN喚醒無效

且 慢充喚醒無效

且 快充喚醒無效

條件12：IG1喚醒源有效

且 高壓已上電

3.2 電池管理系統工作狀態

電池管理系統BMS的工作狀態可以分為以下狀態：

（A）初始化：BMS接收到喚醒信號后進行初始化；

（B）低壓待機狀態：BMS初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態；

（C）預充：BMS接收到高壓上電預充指令，執行預充操作；

（D）高壓激活：高壓上電完成，高壓激活狀態；

（E）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，執行高壓下電操作；

（F）準備休眠：BMS判斷喚醒源無效，準備進行休眠狀態；

（G）休眠：BMS進入休眠狀態，停止發送報文。

條件1：BMS接收以下有效喚醒信號之一：

（A）硬線主繼電器電喚醒信號為高電平；

（B）熱失控傳感器硬線或CAN信號喚醒信號；

（C）可選，快充喚醒信號為高電平；

（D）可選，接收到有效的CAN喚醒信號。

條件2：BMS初始化完成；

條件3：BMS判斷以下高壓上電條件均滿足：

（A）接收到VCU的高壓上電指令；

（B）BMS高壓上電條件滿足；

（C）BMS無禁止高壓上電的故障。

條件4：BMS判斷高壓上電已完成；

條件5：BMS判斷滿足以下高壓下電條件之一：

（A）接收到VCU的高壓下電指令；

（B）BMS判斷接收到VCU的無效控制指令超過一定時間；

（C）BMS判斷VCU通訊超時超過一定時間；

（D）BMS判斷發生嚴重故障，如熱失控，碰撞等。

條件6：BMS判斷高壓繼電器已斷開；

條件7：BMS判斷滿足以下準備休眠條件之一：

（A）接收到VCU的準備休眠指令；

（B）硬線喚醒無效超過一定時間。

條件8；BMC判斷以下條件條件之一滿足：

（A）硬線喚醒無效；

（B）無其他禁止休眠條件。

條件9；BMS執行預充失敗；

條件10：BMS接收到VCU的發出待機指令；

條件11：BMS初始化失敗或初始化完成喚醒源無效。

3.3 電機控制器工作狀態

電機控制器MCU的工作狀態可以分為以下狀態：

（A）初始化：MCU接收到喚醒信號后進行初始化；

（B）低壓待機狀態：MCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態；

（C）高壓激活：高壓上電完成，未進入扭矩模式或轉速模式；

（D）高壓下電：MCU接收到高壓下電指令；

（E）主動放電：MCU接收到主動放電指令或判斷滿足主動放電條件，執行主動放電操作；

（F）準備休眠：MCU判斷喚醒源無效，準備進行休眠狀態；

（G）休眠：MCU進入休眠狀態，停止發送報文，關閉輸出端口。

條件1：MCU接收以下有效喚醒信號之一：

（A）硬線主繼電器電喚醒信號為高電平；

（B）可選，接收到有效的CAN喚醒信號。

條件2：MCU初始化完成；

條件3：MCU接收到VCU的高壓激活指令；

條件4：MCU判斷滿足以下高壓下電條件之一：

（A）接收到VCU的高壓下電指令；

（B）接收到VCU的無效控制指令超過一定時間；

（C）硬線喚醒信號無效超過一定時間。

條件5：MCU判斷滿足以下主動放電條件之一：

（A）接收到VCU的主動放電指令；

（B）接收到VCU的無效控制指令超過一定時間；

（C）硬線喚醒信號無效超過一定時間。

條件6：MCU主動放電完成；

條件7：MCU判斷滿足以下準備休眠條件之一：

（A）接收到VCU的準備休眠指令；

（B）硬線喚醒無效超過一定時間。

條件8；MCU判斷以下條件之一滿足：

（A）硬線喚醒無效；

（B）無其他禁止休眠條件。

3.4 直流轉換模塊DCDC工作狀態

直流轉換模塊DCDC的工作狀態可以分為以下狀態：

（A）低壓待機狀態：MCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態；

（B）工作：高壓上電完成，接收到；

（C）休眠：MCU進入休眠狀態，停止發送報文，關閉輸出端口。

條件1：DCDC接收以下有效喚醒信號之一：

（A）硬線喚醒信號為高電平；

（B）接收到有效的CAN喚醒信號。

條件2：接收到VCU的工作指令；

條件3：接收到VCU的停止工作指令；

條件4：DCDC判斷以下條件滿足：

（A）硬線喚醒無效；

（B）CAN喚醒信號無效；

（C）無其他禁止休眠條件。

3.5 直車載充電機OBC工作狀態

車載充電機OBC的工作狀態可以分為以下狀態：

（A）低壓待機狀態：MCU初始化完成或高壓下電完成，低壓激活高壓未激活狀態；

（B）工作：高壓上電完成，接收到；

（C）休眠：MCU進入休眠狀態，停止發送報文，關閉輸出端口。

條件1：車載充電機OBC接收以下有效喚醒信號之一：

（A）接收到有效的CAN喚醒信號；

（B）接收到有效的CC信號；

（C）接收到有效的CP信號。

條件2：接收到VCU的工作指令；

條件3：接收到VCU的停止工作指令；

條件4：OBC判斷以下條件滿足：

（A）硬線喚醒無效；

（B）CAN喚醒信號無效；

（C）CP信號無效。

無其他禁止休眠條件。

4 休眠喚醒交互時序

4.1 點火開關喚醒交互時序

配置點火鎖或配置PEPS的車型點火開關到ON檔時，喚醒VCU，VCU再喚醒其他部件。

4.2 交流充電喚醒交互時序

交流充電時，OBC先喚醒，發出慢充喚醒信號，喚醒VCU，VCU再喚醒其他部件。

4.3 直流充電喚醒交互時序

直流充電時，充電樁發出快充喚醒信號，喚醒VCU，VCU再喚醒其他部件。

4.4 CAN喚醒交互時序

CAN喚醒VCU時，VCU接收到有效的功能指令，再喚醒其他部件。

5 結語

規范純電動汽車高壓系統上下電的設計要求及控制策略，對純電動汽車的設計開發至關重要，直接影響到整車電源管理可靠性及整車高壓系統性能和安全。