新能源客车高压附件集成控制器开发分析

新能源客车高压附件集成控制器开发分析

吴兵兵

安徽江隆新能源科技有限公司    安徽合肥     230601

摘要：随着新能源技术的不断发展和应用，新能源汽车的保有量不断地提高，在城市交通领域也充分应用了新能源客车，对于降低城市环境污染和提高能源利用率发挥了重要作用。

通过对不同类型和不同功能配置的新能源客车进行分析，提出了一种新能源客车平台化高压电气架构的设计思路，并研发出了高压附件集成控制器ACU。通过ACU的应用，进一步提高了新能源客车运行的安全稳定性，同时还降低了功耗，有效地满足了新能源客车系统运行期间良好的性能指标和功能要求。

关键词：新能源客车；高压附件；集成控制；开发

随着城市发展过程中，对节能环保要求的不断提高，城市交通领域中新能源客车的应用数量不断增多。根据新能源客车的不同类型和功能配置划分为多种类型的车型。为了满足不同类型车辆稳定运行的需求，需要对新能源客车高压系统进行分析，并设计基于统一高压电气架构平台的高压电气部件，从而提升新能源客车运行的安全稳定性，优化整车设计复杂性的同时，也能够降低新能源客车的生产成本。

一、新能源客车高压附件集成控制器开发

(一)平台化高压电气架构设计

新能源技术的不断发展和应用，新能源客车已经成为城市交通出行的很重要公共交通工具，新能源客车充电需要在专门的停车场内进行，并且需有专人负责充电，在充电过程中需要做好实时的安全检查工作，并且对充电安全性要求相对较高。在这种情况下，就需要结合新能源车辆的设计原则及安全充电标准要求，设计了一种基于平台的高压电气架构，可以满足以下要求：（1）满足6米至18米等不同长度型号的新能源车辆的充电功率和功能配置要求。（2）满足纯电动和混合动力以及燃料电池等不同车型的功能配置要求。（3）对能源部件不同安装位置的要求，包括动力电池的顶装、底装和后备厢布局。（4）最大限度的减少高压电气接口的数量。（5）在确保充电安全的基础上，尽量减少专业充电人员的操作，并且要保证不同车型高压元件的维护和更换能够为运维人员操作提供便利。

（二）高压附件集成控制器硬件设计

ACU是不同类型车辆整车高压电气架构和附件控制的重要载体，其不仅需要从储能系统中分配电能，还需要结合不同类型传感器和CAN总线上获得的信号输入做出科学决策，以达到控制整车高压电源开关以及不同类型附件的执行机制作用。此外，设计还必须符合《电动客车安全技术要求》中规定的设计要求，并确保高压系统在发生故障的情况下，能够有效保证转向系统的安全性。ACU的功能包括有以下方面：（1）为不同类型高压负载提供安全可靠的高压配电，包括电机控制器、电动空调等设备。（2）将动力电池的电压根据使用需求转换为整车24 V的低压电（DC/DC功能）。（3）将动力电池电压根据使用需求转换为380V交流电源，满足驱动气泵电机的稳定运行需求，（气泵DC/AC功能），以及油泵电机稳定运行（油泵DC/AC功）。（4）利用蓄电池达到驱动低压转向油泵运行（低压转向冗余功能）。（5）对高压除霜器的运行与操作进行精准控制。（6）主接触器和预充电功能以及紧急关闭高压功能。

二、新能源客车高压附件集成控制策略

（一）主控板与从控板间的通信及诊断

附件集成控制过程中所使用的通信线路与故障诊断共用一条CAN总线。使用UDS进行ACU的诊断、校准以及程序升级工作；UDS请求和响应消息将仅在诊断、校准和程序升级的过程中才能发送，所以对ACU和车辆通信网络的稳定运行不产生影响，同时也不影响车辆与其他网络节点之间的通信。在系统需要升级的情况下，程序功能会及时的跳转到引导程序中，在此期间ACU不会接收其他网络节点传输的通讯，仅用于程序升级通讯。ACU充当转发其内部子板的网关UDS消息的功能，ACU接收来自其他网络节点的通信消息并进行逻辑转换，以达到控制每个内部从属控制板，实现精准操作的目的。

（二）转向高压下电及“随动转向”策略

如果新能源客车在行驶过程中遇到掉高压的情况，会导致车辆的转向辅助动力消失，从而构成重大安全隐患问题。ACU在软件中实施的安全方案为：当车辆出现严重故障需要及时断开高压的情况下，只有保持车速控制在（5 km/h）的情况下，才允许断开高压；同时，ACU基于“双源冗余”的硬件配置功能实现转向的需求。在正常操作期间，高压和低压转向启用切换逻辑始终处于备用状态。当车辆运行速度大于5公里/小时的情况下，如果发现高压转向故障问题或从车辆控制器接收到紧急高压命令，ACU将在200毫秒内完成高压转向，并且确保使能切换到低压转向使能逻辑当中，为车辆的稳定运行提供安全保障。为了能够确保车辆运行期间有效降低转向能量消耗，ACU采用“随动转向”策略，根据车辆运行状态、行驶速度、转向需求以及转向电机相电流反馈输入等，及时调整油泵电机的运行速度。如果车辆需要在静止状态进行转弯，ACU将会有效控制上拉速度以增加转向功率；如果车辆以更高的速度行驶，那么整个车辆的转向动力需求就会下降，这种情况下，ACU会及时作为反应，快速的调整并降低油泵运行速度；当车辆始终保持在直线上行驶无需转向的情况下，ACU将对油泵进行有效控制，从而达到较低速度运行的目的；如果在停车情况下，无需油泵工作，ACU将暂停油泵运转，通过以上措施达到降低转向功率消耗的目标。

结束语：

为了保证新能源客车运行的安全稳定性，需要基于平台化的高压电气架构，研发出满足车辆稳定运行需求的高压附件集成控制器Acu。结合不同类型新能源客车的集成优化设计，对车辆现有的控制策略进行合理优化，进而实现提高通信系统的鲁棒性需求。同时利用开发出的硬件系统设计以及该控制策略，合理优化了车辆转向安全性，进一步降低了新能源客车运行过程中能耗过高的问题，更重要的是有效降低了新能源客车在充电期间，由于未断开主制动器而导致电力损失的风险。

参考文献：

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