EV160整车控制系统控制原理-纯电动汽车构造与维修

EV160纯电动汽车前进行驶时，电源接通，整车控制器根据接收到的驾驶员操纵信号，传递给电机控制器，从而控制流向驱动电机的电流。此时动力电池组电流通过高压控制盒，一路经过电机控制器向前驱电机供电使电机运转，再经过减速器总成带动汽车行驶；另一路经DC-DC转换器，将动力电池330V的高压直流电转换为12V的低压电供整车用电设备使用。同时动力电池接受电池管理器的监控，监控电池组的瞬时电压、电流、温度、存储电量等情况，以防止动力电池过放电或温度过高损坏动力电池，如图4-39所示。

图4-39　北汽EV160整车控制系统原理

EV160的整车控制系统在汽车的正常行驶过程中可以实现再生能量回收、网络管理、故障诊断与处理、车辆的状态控制与监视等功能。这些控制功能是利用低压电气系统、高压管理系统、车载网络系统三个系统实现的，下面分别介绍各功能系统的工作过程。

（一）低压电气系统

EV160的低压控制系统功能是给整车低压电器、整车控制器、电机控制器、电池管理器以及部分传感器提供工作电压，并监控这些系统的运行状态和故障处理。EV160的低压电气系统主要由低压蓄电池、DC-DC转换器以及其他低压电器组成，可实现的控制功能有低压配电控制、车况监测和低压电气工作控制。

1.低压配电控制

EV160的低压电器、电动辅助系统以及整车控制系统的相关控制模块的工作电压是由低压辅助电源提供的。当监测到整车低压电气系统（如灯光）、电动辅助系统（如雨刮器、电动车窗等）和整车控制系统的控制元件（如整车控制器、电池管理器、电机控制器、空调控制器总成等）需要工作时，低压蓄电池给其提供适当的工作电压。需要注意的是，低压蓄电池与DC-DC转换器的低压输出端并联，通过正极熔丝盒为整车低压电器提供13.8V左右电源。

2.车辆状态的实时监测和显示

纯电动汽车整车控制系统中整车控制器（VCU）对车辆的状态进行实时监测，并且将各个子系统的信息发送给车载信息显示系统，其过程是通过传感器和CAN总线，监测车辆状态及其动力系统和相关电器附件相关各子系统状态信息驱动显示仪表，将状态信息和故障诊断信息通过数字仪表显示出来，如图4-40所示。

图4-40　车辆状态监测

3.低压电气系统工作控制

纯电动汽车的低压电气系统根据车辆状态信息和工作需求信号控制相应电气系统的工作状态，常见的有底盘的电控动力转向系统和电动真空助力系统的工作控制。这样，可以使辅助电气系统按照驾驶员的操作意图完成相应的工作，给车内驾乘人员提供安全、舒适的乘车环境。EV160的整车控制器根据实时检测的动力电池以及低压电池状态，对DC-DC转换器、电动化辅助系统（主要是电制动和电动助力转向）的工作进行监测和控制。

（二）高压管理系统

EV160高压电管理系统的功能与其他纯电动汽车一样，其主要功能是保证整车系动力电能的传输，并随时检测整个高压系统的绝缘故障、断路故障、接地故障和高压故障等，以保证设备和人员安全。具体来说，其可以进行动力电池电能的输出及分配，实现对各支路用电器的保护及切断，同时还可以控制汽车在减速制动或下坡滑行时的能量回收。EV160的高压管理系统主要由整车控制器、高压控制盒、电机控制器、电池管理器、驾驶员操纵传感器、高压互锁、绝缘监测装置（漏电传感器）及高压母线等组成，如图4-41所示。

图4-41　高压管理系统组成

其主要实现控制模式的判定、上下电控制、漏电保护控制、高压互锁控制、整车能量管理、充电控制、故障诊断与处理，具体工作过程如下：

1.控制模式的判定

整车控制器（VCU）根据驾驶员对车辆的操纵信号（加速踏板、制动踏板位置以及档位）、车辆状态、道路及环境状况等信号，经分析和处理判定纯电动汽车要进行的工作模式。若纯电动汽车要驱动车辆进入运行模式，整车控制器向VMS（整车管理系统）发出相应的指令，控制电机的驱动转矩来驱动车辆，以满足驾驶员对车辆驱动的动力性要求，从而保证纯电动汽车的正常行驶；同时根据车辆状态，向VMS（整车管理系统）发出相应指令，保证安全性、舒适性。

2.上下电流控制

EV160纯电动车的点火钥匙有“OFF”“ACC”“ON”三个状态。根据驾驶员对行车钥匙开关的控制，进行动力电池的高压接触器开关控制，以完成高压设备的电源通断和预充电控制。上下电流程中需要协调各相关部件的上电与下电流程，包括电机控制器、电池管理系统等部件的供电，预充电继电器、主继电器的吸合和断开时间等，其具体流程如下：

（1）上电顺序。

①低压上电：

当点火钥匙由“OFF”→“ACC”时，VCU低压上电。

当点火钥匙由“ACC”→“ON”时，BMS（电池管理系统）、MCU（电机控制器）低压上电。

②高压上电，如图4-42所示：

点火钥匙“ON”挡位，BMS、MCU当前状态正常，且在之前一次上下电过程中整车无严重故障。

a.BMS、MCU初始化完成，VCU确认正常。

b.闭合电池继电器。

c.闭合主继电器。

d.MCU高压上电。

e.如挡位在“N”挡，仪表显示“Ready”灯点亮。

图4-42　高压上电流程

上电注意事项：

点火开关旋至“Start”挡，松开后回到“ON”挡。

挡位处于“N”挡上电，踩下制动踏板。

上电异常情况：

点火钥匙“ON”挡时，高压不能正常上电，需注意观察仪表信息：(www.xing528.com)

a.充电指示灯亮——关好充电门板，重新“ON”上电。

b.动力电池故障灯亮——重新“ON”上电后，如仍亮，表明电池有故障。

c.动力电池绝缘电阻低——检查动力电池的高压线连接情况。

d.挡位显示状态闪烁——档位换到“N”挡。

e.系统故障灯亮且无以上情况——需先检查蓄电池电量，VCU、MCU、BMS低压供电情况，用诊断仪读取当前故障码。

（2）下电顺序。

纯电动车下电只需点火钥匙打到“OFF”挡，即可实现高压、低压的正常下电。

①点火钥匙到“OFF”挡，主继电器断开、MCU低压下电。

②辅助系统停止工作，包括DC-DC、水泵、空调、暖风。

③BMS断开电池继电器。

④VCU下电。

3.高压互锁控制

EV160的高压互锁在识别到危险时，整个控制器应根据危险时的行车状态及故障危险程度运用合理的安全方式进行控制，具体如下。

（1）故障报警。无论电动汽车在何种状态，高压互锁在识别到危险时，车辆应该对危险情况做出报警提示，需要仪表或指示器以声或光报警的形式提醒驾驶员，让驾驶员注意车辆的异常情况，以便及时处理，避免发生安全事故。

（2）切断高压源。当电动汽车在停止状态时，高压互锁在识别严重危险情况时，除了进行故障报警，还应通知系统控制器断开自动断路器，使高压源被彻底切断，避免可能发生的高压危险，确保财产和人身安全。

（3）降功率运行。电动汽车在高速行车过程中，高压互锁在识别到危险情况时，不能马上切断高压源，应首先通过报警提示驾驶员，然后让控制系统降低电机的运行功率，使车辆速度降下来，以使整车高压系统在负荷较小的情况下运行，尽量降低发生高压危险的可能性，同时也允许驾驶员能够将车辆停到安全地方。

4.漏电保护控制

EV160绝缘监测装置（漏电传感器）通过将一端和负极相连，一端与车身连接，检测电流和电压值，一旦发现有超出限制的电流和电压，则发出警告，并切断控制模块，保证用电安全。动力蓄电池系统泄漏电流量不超过2mA；整车绝缘电阻值需大于100kΩ。

5.整车能量管理

EV160运行过程中整车控制器（VCU）通过对电动汽车的电机驱动系统、电池管理系统、传动系统以及其他车载能源动力系统（如电动空调、电动水泵等）的协调和管理，提高整车能量利用效率，延长续航里程。

例如，若能达到回收制动能量的条件，整车控制器（VCU）会向电机控制器发出控制指令使驱动电机工作在发电状态，将制动能量转变成电能存储到动力蓄电池中。即在减速制动过程中，减速和制动时回馈能量是不需要电池电量的，整车控制器（VCU）根据检测的汽车运行状态的信号，控制主继电器仍然处于接通状态，在减速和制动时驱动电机反转产生再生力矩为电池充电。

6.充电过程控制

EV160的整车控制器（VCU）与电池管理器（BMS）共同进行充电过程中的充电功率控制，整车控制器（VCU）接收到充电信号后，禁止高压系统上电，保证车辆在充电状态下处于行驶锁止状态；并根据电池状态信息限制充电功率，保护电池。

7.故障诊断与处理

连续监视动力系统，进行故障诊断，并及时进行相应安全保护处理。根据传感器的输入及其他通过CAN总线通信得到的电机、电池、踏板等的信息，对各种故障进行判断、等级分类、报警显示；存储故障码，供维修时查看。在行车过程中，根据故障内容作故障诊断与处理。

（三）车载网络系统

EV160的车载网络系统的作用与纯电动汽车车载网络系统相同，这里不再赘述。EV160的车载网络系统主要采用CAN总线进行信息传输和交换，如图4-43所示。

图4-43　北汽EV160数据总线

1.EV160车载网络系统组成

EV160的控制系统按照整车部件位置来说，它有动力电控系统、车身电控系统和底盘电控系统三大控制系统，实现这三大控制系统的控制任务，需要多个车载网络系统。EV160的车载网络系统主要是在传统车载网络的基础上增加了电机控制、电池管理、充电控制、空调控制、电动转向助力控制等网络系统，如图4-44所示。

图4-44　北汽EV160车载网络系统

EV160的车载网络主要由动力电池CAN、快充CAN、新能源CAN、原车高速CAN、原车中速CAN和LIN总线等网络系统组成。新能源CAN总线网络中进行实时通信的主要部件有整车控制器、空调压缩机控制器、电池管理系统BMS、数据采集终端、车载充电机、电机控制器、高压控制盒、电动助力转向控制器和空调控制器等。原车CAN主要指车身CAN，组合仪表和整车控制器之间就是通过原车CAN进行通信。快充口和BMS及数据采集终端之间通过单独的快充CAN进行通信。通过CAN总线网络的即时通信，整车控制器能够实时获取整车各个子系统的运行状态信息，并在需要的时候向相应部件控制器发出指令。

每种网络系统的传输位速率不同，其中动力电池CAN和原车高速CAN传输速率都为500kbps，是高速CAN；快充CAN、新能源CAN、原车中速CAN传输速率都为250kbps，是中速CAN；LIN总线传输速率为20kbps，属于低速CAN。

2.EV160车载网络系统特点

EV160车载网络系统采用分布式布置方式，整车控制器是总控制模块作为第一层，其他各控制系统的控制器作为第二层，各控制器之间利用CAN总线进行信息交换和传输，共同实现控制功能，且CAN数据总线采用的是双绞线，可以避免信息干扰。整车控制器根据各子系统相关的信息，发出相应的控制信号送给控制器，对各系统的工作状况进行控制。