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收稿日期:2020-11-19
作者简介：董晓玲(1978 )，女，本科，高级工程师，研究方向为汽车电子电气㊂E-mail:dongxiaoling@baicmotor㊂
DOI :10.19466/jki.1674-1986.2021.05.006
董晓玲，董超，付金勇，刘震，李函，任昂
(北京汽车股份有限公司汽车研究院，北京101300)
摘要：新能源车低压电源管理系统根据整车的工作状态需区分不同的管理策略，从而在保证整车的正常
使用状态下尽量节省电能㊁减少能量浪费㊂介绍了静态电流监控与管理策略㊁负载分级管理控制策略DC /DC 管理控制策略和跛行控制策略等低压电源管理策略的工作原理及流程，分析了新能源电动车的低压电源管理策略，并提出了优化措施㊂
关键词：电动汽车低压电源管理系统；静态电流；负载分级;DC /DC 管理中图分类号:U469.7
Analysis of Low Voltage Power Management Strategy of EV Car
DONG Xiaoling,DONG Chao,FU Jinyong,LIU Zhen,LI Han,REN Ang
(R &D Center,BAIC Motor Corporation Ltd.,Beijing 101300,China )
Abstract :The low-voltage power management system of new energy vehicle needs to distinguish different management strategies according
to the working state of the vehicle,so as to save electric energy and reduce energy waste as much as possible under the condition of ensuring
the normal use of the vehicle.The working principle and process of low-voltage power management strategies were introduced such as quiescent
current monitoring and management strategy,load grading management strategy,DC /DC management strategy,and limp control strategy,the low-voltage power management strategies of new energy electric vehicles were analyzed,and optimization measures were put forward.
Keywords :Low voltage power management;Quiescent current;Load grading;DC /DC management
0㊀引言
近年来随着新能源汽车的快速发展，随之而来的是在用户使用过程中出现了各种由于低压系统亏电导致整车高压部分无法上电的问题㊂为了保证用户正常使用，同时做到节省能源㊂本文作者对新能源电动车低压电源管理进行了分析，并提出相应的优化策略㊂
1㊀新能源电动车低压电源管理系统构成
新能源电动车低压电源管理系统包含车载相关零部件和控制策略软件㊂低压电源管理系统拓扑如图1所示，主要由车辆控制单元(VCU )㊁BMS (高压电池管理系统)及高压电池㊁DC /DC 控制器㊁低压12V 铅
酸蓄电池㊁LIN 接口蓄电池状态传感器(EBS )㊁BCM 控制器㊁TBOX 模块及低压负载系统共同构成[1]㊂控制算法软件功能包括：静态电流监控与管理策略㊁负载分级管理控制策略㊁DC /DC 管理控制策
略和跛行控制
策略㊂
图1㊀低压电源管理系统拓扑
新能源电动车整车电源状态可以分为OFF ㊁ON ㊁HVON ㊁RUNNING ㊂OFF 状态为点火开关OFF 挡位,ON 状态为点火开关ON 挡电源但高压未上电,HVON 状态为点火开关ON 挡并且高压上电,RUNNING 状态为车辆运行㊂新能源电动车低压电源管理策略相互跳转机制如图2所示㊂
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图2㊀低压电源管理策略跳转图
2 新能源电动车低压电源管理策略的工作原理及流程
2.1㊀静态电流监控与管理策略
车辆静止时，电源模式为OFF，开始启动静态电流监控与管理策略软件模块㊂静态电流监控与管理策略软件会首先监控车辆低压蓄电池的实际SOC1状态，对比下次车辆上电需要的低压蓄电池的SOC2数值(各OEM根据车辆的实际情况设定)，当SOC1/SOC2>2时, BCM会按照每3d(72h)检测一下当前车辆的低压电池SOC1值㊂当1<SOC1/SOC2<2时,BCM会每天(24 h)检测一下前车辆的低压电池SOC1值㊂当SOC1/ SOC2ɤ1时,BCM会唤醒整车网络，同时请求VCU判断当前高压电池电量情况及其他设备高压安全情况，是否允许DC/DC接通给低压电池充电，如果满足DC/ DC接通条件，由TBOX给客户端推送低压电源系统电量低的报警提示信息同时发送请求DC/DC接通高压系统给低压蓄电池充电㊂如果不满足DC/DC接通条件，则只给客户端发送低压电源系统电量低的报警提示信息㊂如果客户端反馈DC/DC接通的肯定请求,DC/DC 接通给低压系统充电㊂低压蓄电池的SOC达到设计充电阈值,DC/DC停止工作，并断掉高压系统㊂如系统在等待一段时间后未收到客户反馈的允许接通DC/DC 的反馈时,DC/DC将不会接通㊂整个系统也不再检测当前低压电池SOC状态㊂这整个过程涉及高压安全，需要特别谨慎㊂车辆静态电流监控与管理流程图如图3所示
㊂
图3㊀车辆静态电流监控与管理流程
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2.2㊀负载分级管理控制策略
电源模式处于ON 状态，此时如果整车的部分低压
用电设备在运行，当发现低压蓄电池的电量低于设定阈值SOC 3时，仪表会进行相应的声音和文字提示，车辆
低压电源电量低，请求接通DC /DC ㊂如果驾驶员未进行任何进一步操作，低压电源管理系统将按预先设计关断顺序进行用电设备切断措施，通过CAN 网络发送相应的禁用等级和功能，各控制器收到CAN 信号后执行相应的关闭策略㊂切断的负载主要设定为与安全无关的大功率舒适型负载，对舒适型
大功率负载功能进行分等级限用㊂可以根据低压蓄电池不同的SOC 等级，对应切断不同负载，一直到所有可禁用功能都禁用为止，这样可以更加有效地利用电源的能量㊂当DC /DC 接通给低压电池充电或低压蓄电池电量超过设定SOC 4阈值时，关闭
分级切断负载功能㊂
舒适型负载分级可以根据低压蓄电池不同SOC 等级，设定不同的负载切断要求，如鼓风机挡位由高到低，座椅加热通风由高到低，后视镜加热，方向盘加热由高到低，风扇的速度由高到低㊂部分与安全无关的灯光负载等进行分级管理控制，负载分级管理控制策略流程图如图4所示
㊂
图4㊀负载分级控制策略流程
2.3㊀DC /DC 管理控制策略
当车辆处于HV ON 状态时，高压系统已经开始运
行,DC /DC 可以开始工作，将高压电池的电能转化为低压电能㊂此时需要结合DC /DC 的输出效率特性，尽量让DC /DC 工作在最佳效率范围内，提高电能转换效率㊂当整车用电负荷较低，且低压蓄电池的SOC 储备充足时，控制DC /DC 不输出，由低压蓄电池给低压用电设备供电；当整车用电量升高到I 1或低压蓄电池的SOC 5
低于设定阈值时,DC /DC 开始工作，并且给用电设备供电同时给蓄电池充电㊂DC /DC 控制流程图如图5所示㊂整车在运行时，如果负载设备用电量过高,DC /DC 全功
率和低压蓄电池同时给低压用的设备供电，当检测到低压蓄电池的SOC 低于设定阈值时，将启动负载分级管理控制策略[2]
㊂
图5㊀DC /DC 管理控制流程
2.4㊀跛行控制模式
系统检测到DC /DC 系统出现故障时，如过压㊁欠
压㊁不输出等故障形式,VCU 系统会根据DC /DC 功能安全等级对DC /DC 采取不同的控制措施㊂一旦出现危害功能安全等级较高的故障出现，系统会切断DC /DC 输出，并发出警告㊂此时低压电源管理系统将会直接切
断与行驶及安全无关的所有低压电器系统㊂保障车辆的
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跛行模式，坚持将车辆停靠到安全地带㊂有些OEM 会要求低压电源能满足2h 的跛行行驶的能量㊂有些OEM
会要求低压电源提供满足5min 行驶能量，可以使车辆
靠边停车㊂这个数值也根据不同OEM 有不同的定义，这些不同的要求会导致低压蓄电池电量选型及整个过程中充电SOC 设定的不同㊂
3㊀新能源电动车低压电源管理策略分析
在应用过程中需要结合电动车低压电池容量㊁整车的低压用电情况㊁DC /DC 控制器的输出特性等方面，制定相应的各点阈值㊂
如某电动车的低压电池采用容量为45Ah 的铅酸蓄
电池，在静态电流监控与管理时，为了保证车辆下次高压系统能够上电，需要设定SOC 2的阈值㊂如果是普通
的铅酸蓄电池，不宜深度放电,SOC 2可以设定为40%~50%，如果是锂离子电池深度放电特性较好，可以将SOC 2设定为20%~25%[3]㊂由于这个车型采用的是铅酸
蓄电池，设定SOC 2为40%㊂
负载分级管理控制策略需要设定实施负载分级切断
的蓄电池电量SOC 3，这个车型可以设定SOC 3值60%㊂当蓄电池电量低于60%时，开始以顺序停用Level1级的用电设备；低于50%时，开始停用Level2级的用电设备；低于40%时，开始停用Level3级的用电设备㊂如果DC /DC 开始给低压蓄电池充电，当蓄电池SOC >SOC 4
时,SOC 4设定为65%，停止负载分级管理断开策略㊂DC /DC 控制策略需要设定负载电流I 1，可以根据车
辆选用的DC /DC 输出效率情况如图6所示㊂
图6㊀常温下DC /DC (360V /13.5V)输出效率曲线
㊀㊀可以看出在常温下DC /DC 输出电流在30A 左右时
输出效率可以达到约95%,DC /DC 输出效率还与温度等因素有关，综合考虑得出一个合理数字㊂这里A 1阈值设
为30A ㊂蓄电池是需要有比较多的剩余电量才能给低压
用电设备供电，所以此车设置SOC 5为80%㊂即当低压
蓄电池SOC >80%时，且用电器的电流小于30A 时，在
VCU 允许的情况下,DC /DC 可以不工作，达到节省能量的目的㊂这里选用的DC /DC 最大发电电流I MAX 为
150A ㊂当整车低压用电量高于DC /DC 以最大工作电流,
上海电动汽车价格DC /DC 和蓄电池共同给用电器供电，且蓄电池电量低于
60%时，会启动负载分级管理控制策略㊂
当车辆出现DC /DC 系统出现故障进入跛行控制模
式，系统会发出LIMP HOME 的信号，各系统收到信号
会自行切断与行驶和安全无关的其他用电设备，仅保留行驶和安全相关的低压用电设备㊂
4㊀结束语
文中对新能源电动车的低压电源管理系统控制进行了分析，介绍了相应的控制策略，为后续车型开发提供参考㊂文中还存在有待完善的地方，如何通过电源管理控制策略在蓄电池选时减小蓄电池容量，以及在静态情况下高压充电的安全管理机制还需要完善㊂
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