一、新能源汽車高壓系統(tǒng)組成及架構(gòu)

新能源汽車的高壓系統(tǒng)是用于存儲、管理和分配電能的關(guān)鍵部分，在常規(guī)車型中，高壓系統(tǒng)的組成和功能的實(shí)現(xiàn)主要包括以下節(jié)點(diǎn)：

1. 動力電池：是車輛的能量存儲單元，為整車提供動力來源。

2. 驅(qū)動電機(jī)：將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用于驅(qū)動車輪，從而實(shí)現(xiàn)車輛行駛。

3. 電機(jī)控制器：控制電機(jī)的操作，包括啟動、停止和速度控制。

4. 逆變器：控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供電機(jī)使用，通常集成在MCU中。

5. 高壓配電箱：管理高壓電力的分配，連接電池和其他高壓部件。

6. 電動壓縮機(jī)：在新能源汽車中用于空調(diào)系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的發(fā)動機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)。

7. DC/DC轉(zhuǎn)換器：將高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，為12V電氣系統(tǒng)供電。

8. 車載充電機(jī)：負(fù)責(zé)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，以便給動力電池充電。

9. PTC加熱器：用于車內(nèi)供暖、電池溫度調(diào)節(jié)等。

10. 高壓線束：連接高壓系統(tǒng)中的各個部件，包括專用的絕緣和屏蔽材料。

11. 電池管理系統(tǒng)：監(jiān)控電池狀態(tài)，包括電壓、電流、溫度和荷電狀態(tài)，以優(yōu)化電池性能和壽命。

12. 高壓互鎖回路：一種安全機(jī)制，用于監(jiān)測高壓電路的完整性，當(dāng)檢測到異常時自動斷開高壓電路。

13. 整車控制器：協(xié)調(diào)高壓系統(tǒng)和其他車載系統(tǒng)的工作，管理車輛的整體運(yùn)行。

14.發(fā)電機(jī)：在混動系統(tǒng)中通過與發(fā)動機(jī)的連接實(shí)現(xiàn)熱能到電能的轉(zhuǎn)換，以完成自主發(fā)電功能。

15.發(fā)電機(jī)控制器：管理發(fā)電機(jī)的工作，并將發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)為直流電為動力電池充電。

通過上述部件協(xié)同工作，確保新能源汽車能夠高效、安全地利用電能，其架構(gòu)示意如下：

圖1 新能源汽車高壓系統(tǒng)架構(gòu)

二、整車高壓系統(tǒng)上下電流程

2.1.常規(guī)高壓上電流程

若駕駛員未踩下制動踏板，通過操作鑰匙開關(guān)，低壓電源將從OFF位置切換至ACC或ON，此時車輛的低壓電氣系統(tǒng)開始供電，并進(jìn)行系統(tǒng)自檢，以確保所有低壓電氣系統(tǒng)正常工作，通常情況下，此時的部分高壓系統(tǒng)被激活但由于鑰匙檔位未處于START，因此車輛還無法Ready。

若駕駛員踩下制動踏板，并操作鑰匙開關(guān)，此時低壓電源將從相應(yīng)檔位切換至START。以VCU為高壓回路接觸器的控制對象為例，如圖1示意，它將首先控制主負(fù)接觸器的閉合。

接著，控制預(yù)充繼電器閉合，預(yù)充回路被激活。這是由于預(yù)充回路中包含預(yù)充電阻，其作用是限制高壓電路中瞬時電流的大小，防止在主接觸器閉合瞬間，高壓電池直接與高壓系統(tǒng)其他組件相連時產(chǎn)生的過大電流對系統(tǒng)造成沖擊。

在預(yù)充過程中，預(yù)充電阻將高壓電池的電壓逐漸引入高壓系統(tǒng)，緩慢提升系統(tǒng)電壓至穩(wěn)定狀態(tài)，這個過程減少了對高壓系統(tǒng)中電容的沖擊，防止了可能的電壓浪涌。當(dāng)監(jiān)測到系統(tǒng)電壓達(dá)到閾值時，表明預(yù)充過程已完成，此時預(yù)充電阻的任務(wù)結(jié)束。系統(tǒng)將斷開預(yù)充回路，將預(yù)充電阻從回路中移除，繼而閉合主正接觸器，讓高壓電池的正極與高壓系統(tǒng)直接相連，形成完整的高壓供電回路。在高壓系統(tǒng)正式上電后，DC-DC等相關(guān)高壓組件正式工作，并通過確認(rèn)制動、駕駛檔位處于安全狀態(tài)后，車輛進(jìn)入Ready狀態(tài)，準(zhǔn)備就緒，可以啟動并行駛車輛。流程參考如下：

圖2 高壓上電常規(guī)流程

注：關(guān)于預(yù)充電阻的選擇，其與系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電容、預(yù)充時間以及效率相關(guān)，需根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目合理平衡。預(yù)充時間的預(yù)估公式參考：T≈R*C*ln(Vmax/Vmin)

T：預(yù)充時間。

R：預(yù)充電阻值。

C：系統(tǒng)總電容。

Vmax：預(yù)充完成時的電壓。該值用于判斷預(yù)充過程中的電壓閾值，通常是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作電壓的一定比例，常見的經(jīng)驗(yàn)值是穩(wěn)態(tài)電壓的90%。

Vmin：預(yù)充開始時的電壓。

2.2.常規(guī)高壓下電流程

駕駛員將車輛停穩(wěn)后，檔位切換至P檔，確認(rèn)車輛已完全停止，將鑰匙開關(guān)切換至非Statr位置。VCU在接收到關(guān)閉指令后，開始進(jìn)行系統(tǒng)檢測，確認(rèn)車輛是否處于安全狀態(tài)，一旦確認(rèn)安全，會先斷開主正接觸器，切斷高壓電池與高壓系統(tǒng)的直接連接，并監(jiān)測高壓電路中的電壓，等待其下降至一個安全水平（這是因?yàn)橄到y(tǒng)中的電容需要時間來完全放電，這個過程稱為“泄放”），在確認(rèn)電壓已經(jīng)降到安全水平后，將控制主負(fù)接觸器斷開，以完全隔離高壓電池。BMS、VCU會繼續(xù)監(jiān)控高壓系統(tǒng)，確保沒有意外的電流流動，同時記錄車輛狀態(tài)和電池健康信息。在高壓系統(tǒng)完全下電后，低壓電氣系統(tǒng)也會逐漸進(jìn)入休眠模式，以節(jié)約能源。流程參考如下：

圖3 高壓常規(guī)下電

注：VCU等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的下電延遲于高壓系統(tǒng)，需待這些系統(tǒng)完全下電后，才會自行下電，因此在策略中通常有延遲下電功能。另外，在部分車輛中，車速為0并非其必須的判斷條件，即在車速足夠低但又不為0時，通過判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于某一閾值來作為判斷條件。

2.3.緊急高壓下電流程

若遇緊急情況，系統(tǒng)將立即斷開主正，接著斷開主負(fù)，繼而低壓下電并存儲數(shù)據(jù)，過程如下參考：

圖4 高壓緊急下電

2.4.充電模式高壓上電流程

充電模式下車載系統(tǒng)的激活由外部充電設(shè)施信號觸發(fā)，因此該模式下不再對鑰匙信號進(jìn)行判斷，但為了確保充電的安全性，需對車速進(jìn)行檢測，以確保車輛始終處于停止?fàn)顟B(tài)。流程參考如下：

圖5 充電模式高壓上電流程

三、總結(jié)

上述高壓系統(tǒng)的上下電流程為新能源汽車常規(guī)的流程方式之一，其中如VCU等產(chǎn)品的在控制策略上會涉及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求，此部分需以O(shè)EM需求為主，如時序、喚醒、延遲下電等等具體需求。