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关于整车上下电流程的理解

来源：公众号“燃云汽车”

2021-09-18

通常在我们的认知中，车辆是在拧钥匙或者按下启动按钮后启动的，但是实际上车辆中的大部分ECU在你按下解锁和开车门的时候已经起来，等候工作。

那车辆中的电控单元是怎么被唤醒，以及新能源车中最重要高压系统是怎么上下电的呢？下面来看看。

01

整车上下电简介

虽然控制单元可以IG ON、网络或者其他方式唤醒，不过就目前车辆上的ECU而言，大多数是采用网络唤醒，因为整车上有八九十个ECU，采用硬线控制会使总成本和重量都增加，而且通过网络控制更加灵活。

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至整车控制器(VCU)，并将其唤醒，VCU唤醒后控制低压继电器盒，使其他ECU上电，并通过发送网络管理将其ECU唤醒，ECU启动并完成自检后，如果没有问题，则可以正常工作了，然后在上高压电(后面会讲)。

在低压下电过程中，当启动键切换到OFF档，首先进行将断开高压供电，车辆各ECU开始陆陆续续停发网络管理报文，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，断开供电。

另外在车辆休眠时，大部分ECU的低压常电都是通过低压继电器盒断开的，保证车辆静置时暗电流小，能量消耗最低，尽量延长低压蓄电池亏电时间，因为在车辆静置时，低压蓄电池电量不能通过高压动力电池进行补充。不过也有些ECU在静置时需要定期运行，比如BMS就需要定期唤醒检查高压动力电池的状态。

02

高压系统上下电逻辑

前面提到了高压系统(如图1所示)的上下电，在纯电车中，这是很重要的一环，首先高压存在安全问题，另外如果高压无法上电，车辆是无法开动的，类似于传统车上，发动机没有启动，车辆动不了一样。

图1 高压系统电气图(来源知网)

高压上下电的上层控制单元是VCU，它负责各个子系统的协调，以及整车运行状态的管理。除了管理高压上下电，也负责根据加速踏板、档位、制动踏板等驾驶员的操作意图和动力电池的电量，计算出所需的电机输出扭矩等参数，从而保障车辆的正常形式，另外也根据动力电池的电量、电池温度以及行车制动来实现不同等级的能量回收。

高压上下电需要满足的原则：

1、避免车辆出现非预期的加速、减速、转向等动作；

2、应避免因高压故障引起人员伤亡及设备损坏；

3、满足高压上下电性能要求；

首先高压上电功能需求主要包括：钥匙上电、直流/交流充电、远程控制(例如远程打开空调)，这三种场景仅仅是唤醒的方式不一样，高压上电的逻辑和时序是差不多的。对于整个上电过程，通过会有时间要求，比如要求1s内局域网内各ECU(通常包括VCU、DCDC、DCU、BMS等)应完成上电流程，并进入工作模式。

在上电流程中，首先是VCU被唤醒(钥匙唤醒、网络唤醒、或者充电cc信号硬线唤醒)，启动后发送请求闭合HVIL回路使能线和必要的12V低压继电器的CAN报文，同时监控HVIL回路状态，然后DCU、DC/DC、BMS被唤醒(VCU发送的网络管理报文或者IG ON信号唤醒)并进行自检，监控HVIL回路状态，对于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则先后闭合主负继电器和预充继电器，当检测到母线电压达到阈值后，判断预充电成功，然后闭合主正继电器，并断开预充继电器，到这则高压上电完成，在VCU请求BMS闭合主继电器时，同时也会请求DCU、DC/DC进入工作模式，时序图如图2所示。

为什么要预充呢？对于低压来说，例如平时用的电池或者是12V低压蓄电池，是不需要开关，直接拔电池不会有什么风险。但对高压而言，直接接电池是不行的，有可能会产生较大的冲击，烧坏功率器件。

预充是将预充电阻串联到高压回路中，由预充电阻分掉一部分电压，然后，随着各ECU内的电容充电上来，等到电压上升到某一阈值，主正继电器闭合，这样预充回路就完成了它的工作了，如图1。

图2 高压正常上电时序(来源知网)

在正常下电流程中，当检测到钥匙信号、硬线信号关闭或网络唤醒信号停发，VCU立即请求DCU离开工作模式，并且功率器件迅速降低功率，随后VCU请求DC/DC离开工作模式，然后VCU在请求BMS断开继高压继电器，BMS完成响应后，VCU断开HVIL回路和低压继电器，各节点进入下电休眠流程，如图3所示。

图3 高压正常下点(来源知网)

在正常上电状态下，如果出现绝缘阻值低于阈值、高压互锁断开、IGBT过流等严重故障时，VCU会进行紧急下高压电流程，首先VCU请求DC/DC脱离工作模式，DCU进入failure模式，随后VCU请求BMS断开高压继电器，并且断开HVIL回路，随后 VCU 请求 IPU 进入紧急放电模式， DCU在规定时间内完成余电泄放，若钥匙为关闭状态，则各节点进入休眠流程，如图4所示。