整车低压电源模式管理

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汽车上各个低压设备的用电，主要是通过低压蓄电池来供电，例如车上的音响、仪表、中控、各个控制单元等等。

那如何保证各个用电设备的正常供电呢？这里就要聊到车辆低压电源管理，它包括电池状态监测和电池的充放电管理，保证低压用电设备的用电，防止电池亏电导致车辆无法启动的情况。

当前来说主要通过用设备和电源模式/车辆模式来控制。下图是某款车的各个各种工况和负载下设备的用电量统计。



▲ 某车的各种工况下的负载统计

根据负载的电流大小，可以分为大/小电流用电器，30A是汽车单颗智能MOSFET行业的标准阈值。根据用电器的控制方式，可以划分为开关控制和功率调节控制两类。开关控制仅仅对于用电器进行开启和关闭操作，比如开灯和关灯操作；而功率调节控制往往采用PWM驱动来控制电流大小以达到调节的目的，比如灯光的亮度调节、电子雨刮的速度调节等。

车辆模式的话，主要是考虑汽车在生产、运输和使用过程中的不同场景下，车辆模式可以分为工厂模式、运输模式和正常模式。这些模式设计将保证各个阶段的需求，在工厂模式下主要满足车辆下线的功能检测，在运输模式下主要满足车辆的低功耗要求，而在正常模式下需要支持车辆功能的正常使用。这些模式之间的切换需要通过诊断仪、开关或者熔断丝信号来激活。在设计阶段，这些模式下能够承载的功能都需要和相关需求方进行打磨冻结。

电源模式可以分为 OFF、 ON、HVON、 RUNNING。OFF 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。新能源电动车低压电源管理策略相互跳转机制如下图所示。



▲ 各种电源模式下的控制策略

下面来聊聊上图中画的四种策略。

1.静态电流管理策略

车辆静止时, 电源模式为 OFF, 开始启动静态电流管理策略软件模块。 该模块首先监控车辆低压蓄电池的实际 SOC，对比下次车辆上电需要的低压蓄电池的SOC值 CALIB_SOC (各OEM 根据车辆的实际情况设定) , 当 SOC / CALIB_SOC>2 时,BCM每三天会自动唤醒检测当前低压电池SOC值。当 1 <SOC/ CALIB_SOC  < 2 时, BCM会切换到每天自检测低 压 电 池 SOC值。当 SOC /CALIB_SOC ≤ 1 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DCDC给低压电池充电, 如果满足DCDC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DCDC接通高压系统给低压蓄电池充电。如果不满足DCDC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。如果客户端反馈 DCDC 接通的肯定请求, DCDC接通给低压系统充电。低压蓄电池的SOC 达到设计充电阈值, DCDC 停止工作, 并断掉高压系统。 整车休眠，BCM从新开始每三天的自动检测。

2.负载分级管理策略

电源模式处于ON状态, 此时如果车辆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DCDC。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。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。可以根据低压蓄电池不同的SOC等级, 对应切断不同负载, 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。当 DCDC 接通给低压电池充电或低压蓄电池电量超过设定SOC阈值时, 关闭分级切断负载功能。

3.DCDC 管理策略

当车辆处于 HV ON 状态时, 高压系统已经开始运行, DCDC开始工作, 将高压电池的电能转化为低压电能。此时需要结合DCDC的输出效率特性, 尽量让 DCDC 工作在最佳效率范围内, 提高电能转换效率。当整车用电负荷较低, 且低压蓄电池的 SOC 储备充足时, 控制 DCDC 不输出, 由低压蓄电池给低压用电设备供电; 当整车用电量升到设定值I或低压蓄电池的SOC低于设定阈值时, DCDC开始工作, 并且给用电设备供电同时给蓄电池充电。

整车在运行时, 如果负载设备用电量过高, DCDC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策略。

4.跛行控制策略

系统检测到DCDC系统出现故障时, 如过压、欠压、不输出等故障形式, VCU 系统会根据 DCDC 功能安全等级对 DCDC 采取不同的控制措施。一旦出现危害功能安全等级较高的故障出现, 系统会切断DCDC输出, 并发出警告。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。保障车辆的跛行, 坚持将车辆停靠到安全地带。有些 OEM 会要求低压电源能满足 2小时的跛行行驶的能量。有些 OEM会要求低压电源提供满足5分钟行驶能量, 可以使车辆靠边停车。这个数值也不同 OEM 有不同的定义。

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关于整车低压电源模式管理，为确保汽车上各个低压设备的正常供电，我们需要精细管理低压电源。这包括实时进行电池状态监测，确保电池的充放电过程高效且安全。根据设备的电流需求，我们会划分开关，实现不同电源模式或车辆模式下的用电管理。针对大/小电流用电器，我们会根据行业阈值如30A进行精准控制。此外，我们还会结合车辆的实际工况和负载统计，优化电源分配策略，确保在各类使用场景下，车辆都能稳定运行。

[内容由汽车工程师之家人工智能总结，欢迎免费使用，见贴尾]

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关于整车低压电源模式管理，为确保各低压设备的正常供电，车辆采用了先进的电源管理系统。该系统包括电池状态监测和电池的充放电管理，可实时监测电池状态并调整供电策略。对于用电设备，根据电流大小和用电器的控制方式，分为大/小电流用电器。其中，智能MOSFET行业的标准阈值为30A。此外，根据设备的重要程度及用电特性，我们制定了多种电源模式，如正常模式、待机模式等，以满足不同需求并延长电池寿命。通过这种精细化管理，我们保证了车辆的可靠运行。

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关于整车低压电源模式管理，为确保汽车上各个低压设备的正常供电，重点在于高效的电源管理和精细的能耗控制。电池状态监测与充放电管理是电源管理的重要组成部分。基于电流大小和电器控制方式的不同，将用电设备划分为大电流与小电流用电器。实际应用中，利用智能化控制系统监测和调控这些电器的运行，确保电池不因过度放电导致车辆无法启动。具体到负载统计图，工程师会根据负载电流变化，灵活调整电源分配策略，优化车辆能耗性能。同时，对于开关型电器，需设计智能控制策略，避免同时启动大量高电流电器导致的瞬间负荷过大问题。通过精细化的电源管理策略和技术应用，可实现整车用电设备的高效、稳定供电。

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