【原創(chuàng)】新能源汽車軟件開發(fā):VCU/MCU/BMS高壓上下電協(xié)同控制

開始整體之前，我們先介紹一下兩個(gè)架構(gòu)，一是高壓系統(tǒng)架構(gòu)，二是電子電器架構(gòu)。

首先看一下高壓系統(tǒng)架構(gòu)，整個(gè)高壓回路，掛在上面的大三電有兩個(gè)，也就是電池和電機(jī)；此外還有DC/DC（把高壓350V轉(zhuǎn)換成12V，給小電瓶充電，給控制器供電），OBC（也就是慢充，把外接220V交流電轉(zhuǎn)換成350V給電池充電）還有PTC加熱器（低溫時(shí)加熱電池水回路，加熱駕駛艙）。

有幾個(gè)重要的繼電器（用低壓控制高壓回路是否閉合的開關(guān)）要說一下，一個(gè)是主正（主正繼電器），還有一個(gè)是主負(fù)（主負(fù)繼電器），這倆閉合的時(shí)候是正常工作狀態(tài)，形成了回路“正?！?；同時(shí)我們可以看到有一個(gè)預(yù)充繼電器，預(yù)充回路上有個(gè)電阻，這個(gè)電阻減少充電電流，目的是什么呢，就是我們汽車按下啟動(dòng)鑰匙后，不能直接把前面提到的回路"正常"直接導(dǎo)通，否則會(huì)產(chǎn)生劇烈的電火花，你如果不理解可以把你的小電瓶負(fù)極拔了再突然接上，會(huì)有電火花產(chǎn)生，這對(duì)整個(gè)回路的元器件都是不利的。

因此上電的時(shí)候，我們先要進(jìn)入“預(yù)充”回路，也就是讓預(yù)充繼電器+主負(fù)閉合，這樣的話電流緩緩增加，在電機(jī)控制器（逆變器）那個(gè)里邊有個(gè)電容，也成為母線支撐電容/DC-link(緩沖電路關(guān)鍵元器件，防止振鈴現(xiàn)象)，把這個(gè)電容的電壓通過預(yù)充打上來之后呢，再閉合主正，打開預(yù)充繼電器，就不會(huì)有電火花產(chǎn)生了。

因此也就是上電的關(guān)鍵步驟，預(yù)充。

再看一下電子電器架構(gòu)，VCU、MCU、BMS三個(gè)掛在動(dòng)力CAN上的控制器。

新能源所在的控制領(lǐng)域?qū)儆趧?dòng)力域，接受的兩個(gè)關(guān)鍵信號(hào)就是油門和剎車，目的輸出扭矩，形式是能力轉(zhuǎn)換。

VCU，MCU，BMS通過CAN通訊進(jìn)行交互，當(dāng)下三者分別由整車廠、電驅(qū)供應(yīng)商、電池供應(yīng)商進(jìn)行開發(fā)，但是根據(jù)未來的趨勢(shì)，VCU大有收回很多功能之勢(shì)（比如MCU的狀態(tài)管理、熱保護(hù)、轉(zhuǎn)速控制等等；BMS的主正、主負(fù)，預(yù)充繼電器的控制等等），MCU和BMS可能會(huì)編程智能裝置，越來越簡(jiǎn)單。

首先必須明確的一點(diǎn)，所有的控制器上電最開始的就是KL15或者網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，這是低壓?jiǎn)拘芽刂破鞯谋厝徊僮?，是控制器工作的源頭。

第一步 上低壓：KL15一般是通過點(diǎn)火開關(guān)進(jìn)行喚醒，而網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文一般是通過車鑰匙解鎖觸發(fā)，目的是快速喚醒車輛讓用戶能夠快速開車，不然的話響應(yīng)慢駕駛員肯定會(huì)抱怨。

第二步 自檢：低壓?jiǎn)拘岩院螅琕CU、BMS和MCU開始自檢，也就是監(jiān)察電路完整性和自己是否存在故障，此處VCU要特別注意是否有高壓互鎖（HVIL）故障，這是對(duì)于新能源汽車非常重要的裝置，只有沒有高壓互鎖故障情況下，才能證明高壓接插件被插好了，車輛才能安全上高壓。

第三步 預(yù)充：這時(shí)候VCU可以命令BMS和MCU進(jìn)行預(yù)充，具體的過程只有BMS控制的主負(fù)和預(yù)充繼電器閉合，MCU其實(shí)那邊是被動(dòng)接受的，逆變器的電容逐漸被充電，充到一定閾值時(shí)，VCU要進(jìn)行下一步處理了。（原理圖見上面第一張紅色的圖）

第四步 高壓準(zhǔn)備：上完高壓后，這時(shí)候BMS就是控制主正和主負(fù)閉合，預(yù)充繼電器斷開，這時(shí)候BMS已經(jīng)進(jìn)行入了正常工作模式了。但是這時(shí)候VCU會(huì)讓MCU處于待機(jī)狀態(tài)，VCU要進(jìn)行整車合理性的檢查，比如確保不在D檔，沒有車速，是否插了充電搶等等，假設(shè)這些都是OK的，你踩油門也沒法走，通常你要點(diǎn)一下剎車才可以的，這些都是VCU為了保護(hù)車輛做的一些措施。

第五步 ?扭矩模式：在上述步驟都完成后，VCU命令MCU進(jìn)入扭矩模式，這時(shí)候你踩下油門，VCU會(huì)根據(jù)踏板開度和車速計(jì)算一個(gè)你的請(qǐng)求扭矩，把這個(gè)扭矩發(fā)送給MCU，MCU根據(jù)矢量調(diào)制算法發(fā)波，然后電機(jī)就可以旋轉(zhuǎn)起來啦！

同樣的，我們也必須明確一點(diǎn)，下電的觸發(fā)動(dòng)作就是駕駛員關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，也就是KL15變?yōu)镺FF。駕駛員，才是上下電的萬物之源，也許這和我們的生命的意義一樣，系統(tǒng)本身的意義，是在系統(tǒng)之外的。

而下電的目的，其實(shí)就是為了把高壓和低壓都關(guān)閉掉，這樣可以節(jié)約能源。

第一步 下電判斷：首先接到下電命令后，VCU要把扭矩降為0，即使踩油門，車也不能加速了。然后呢，還有等車速比較低的時(shí)候才能繼續(xù)走下去，為什么呢，因?yàn)槠囘@種東西，在路上會(huì)發(fā)生各種不確定的變換，我們專業(yè)術(shù)語叫“change of mind”，如果車速較高，用戶需要突然再上電，那么已經(jīng)把高壓卸了的車就比較危險(xiǎn)了，因此要等一等車速降下來。

第二步 關(guān)閉用電器：這時(shí)候VCU要把PTC加熱器、DCDC變壓器、空調(diào)壓縮機(jī)都關(guān)閉，然后命令MCU進(jìn)入待機(jī)模式。

第三步 高壓下電：然后讓BMS進(jìn)入下電模式，這時(shí)候BMS會(huì)把主正和主負(fù)繼電器都斷開，之后呢MCU就可以進(jìn)入放電模式，控制主動(dòng)放電電路把逆變器電容的電荷通過電阻消耗掉，變成熱能，但是這時(shí)候MCU要注意，如果長(zhǎng)時(shí)間放不掉，說明BMS繼電器發(fā)生了黏連，這時(shí)候MCU可用會(huì)使用一些間歇性放電的措施來進(jìn)行放電。

第四步 低壓下電：這時(shí)候VCU判斷MCU的電容電壓已經(jīng)下降到某一個(gè)值，就會(huì)發(fā)送低壓下電的命令給MCU和BMS，MCU和BMS要在這段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行電壓下電操作，主要就是要進(jìn)行一些數(shù)據(jù)的保存，寫入NVRAM。

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【新能源汽車軟件開發(fā)】VCU/MCU/BMS高壓上下電協(xié)同控制?

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