纯电动汽车上下电详解

一、前言

在纯电动汽车中，对动力系统有效管理通过整车控制器VCU实现，VCU负责车辆上下电流程、驱动决策控制、故障信息诊断处理、能量管理等关键功能的实现，对整车驾驶性能的提高以及能量利用的优化有着重要影响。

作为VCU负责的功能之一，上下电是保证纯电动汽车安全启动与停机的一个必经流程，也是整车控制策略设计中的一个重要环节，上下电设计到电机控制器、高压附件以及钥匙、踏板等多个设备，对上下电控制策略的制定需要充分考虑到这些设备的工作特性以及其相互之间的作用。

不同电动汽车上下电流程相似，本文的重点即为描述电动汽车上下电流程过程。本文分为5部分，分别以高压上电、高压下电、紧急高压下电、充电高压上电、充电高压下电几方面进行描述。

二、高压上电

根据钥匙位置代表的电源模式信号，如果钥匙位置处于Start位置，VCU则会控制进行高压上电，并继续进入Ready；如果钥匙位置仅仅处于ON位置，VCU则会控制进行高压上电，上电完成后保持上电状态，等待驾驶员操作。

钥匙位置发送相应电源模式信号传送到VCU，根据该信号，驾驶员操作以及各控制器反馈的状态，控制各高压电池继电器闭合，完成车辆高压上电并进入Ready状态。

在BMS通讯三级故障、高压电池主负继电器粘连故障和接收到碰撞信号的情况下，VCU会主动控制高压电池主负继电器断开。正常情况下，在VCU初始化完成后即控制高压电池主负继电器闭合，并且在下电完成后，VCU休眠之前，控制高压电池主负继电器断开。

具体执行步骤如下：

1、VCU被钥匙ON档唤醒，进行初始化；当VCU初始化后，VCU发送高压电池主负继电器闭合指令，同时在延迟时间一定时间后，发送高压电池主负继电器状态为闭合；

2、VCU检测到整车无不允许上电故障，同时接收到BMS、MCU和DCDC初始化成功信号后，VCU向BMS发出高压电池主负继电器闭合请求，BMS收到后闭合高压电池主负继电器并反馈其状态；

3、VCU发出高压电池主负继电器闭合请求一定时间内未收到主负继电器状态闭合信号，则走对应的下电流程并记录高压电池主负继电器闭合超时故障；若收到并且检测到BMS反馈的电池母线电压大于电池的允许预充电压阀值时，则发送高压电池非动力预充继电器2闭合指令；

4、VCU在控制高压电池非动力预充继电器2闭合后开始检测DCDC反馈的DCDC的输入电压，检测其是否在规定的时间内达到BMS反馈电池母线电压信号（电池包电压的95%），同时检测DCDC的输入电压是否大于预充成功电池最小电压阀值，如果满足则执行6步，如果没有满足则执行5步；

5、VCU控制高压电池非动力预充继电器2断开，在等待一定时间后再次控制高压电池非动力预充继电器2闭合，VCU开始检测DCDC反馈的DCDC输入电压是否在规定的时间内达到BMS反馈的电池母线电压信号（电池包电压的95%），

同时检测DCDC的输入电压是否大于预充成功电池最小电压阀值电压，如果满足则继续执行下一步，如果不满足则继续重复第5步的操作，直到预充次数达到标定的预充循环次数，如果依旧不满足预充完成条件，则判定预充失败，发送预充故障，并继续执行第7步进入MCU路上电，但是上电完成后，整车功率限制仅能处于蠕行状态（此时仪表会提示系统故障信息），直到VCU休眠后预充失败标志位才会被清零；

6、VCU控制DCDC继电器闭合，在等待DCDC继电器闭合后控制高压电池非动力预充继电器2断开，VCU使能DCDC/压缩机/PTC等非动力高压部件;

7、VCU控制高压电池动力预充继电器1闭合，在检测到高压电池动力预充继电器1闭合后，VCU向MCU发送工作模式请求为预充状态，然后开始检测MCU反馈的母线电压，检测其是否在规定的时间内达到BMS反馈电池母线电压信号（电池包电压的95%），同时检测到电机的母线电压大于预充成功电池最小电压阀值电压，如果满足则执行9步，如果没有满足则执行8步；

8、VCU控制高压电池动力预充继电器1断开，在等待一定时间后再次控制高压电池动力预充继电器1闭合，VCU开始检测MCU反馈的母线电压是否在规定的时间内达到BMS反馈的电池母线电压的（电池包电压的95%），同时检测到电机的母线电压大于预充成功电池最小电压阀值电压，

如果满足则继续执行下一步，如果不满足则继续重复第8步的操作，直到预充次数达到标定的预充循环次数，如果依旧不满足预充完成条件，则发送预充故障，不允许MCU路高压上电，保持PTC高压上电完成状态，等待驾驶员的有效操作，此时，整车无法Ready，空调等可以使用（此时仪表提示系统无法行驶故障信息），直到VCU休眠后预充失败标志位才会被清零；

9、VCU控制高压电池主正继电器闭合，在等待一定时间后，高压电池主正继电器闭合后控制高压电池动力预充继电器1断开；

10、VCU向MCU发送Standby工作模式请求，并检测MCU是否在规定时间内反馈电机的工作模式为“Standby”，如果是则继续执行下一步，否则进入下电流程，下电后不会再进行上电，直到VCU休眠重新唤醒；

11、VCU检测钥匙位置处于Start挡；检测到未连接充电枪连接状态；检测到档位处于P/N档；检测到电池包温度大于等于进入Ready温度阀值，则VCU向MCU发送使能信号为“使能”；

12、VCU检测MCU是否在规定的时间内反馈MCU使能状态为“使能”，如果是则执行下一步，如果不是则停止发送使能信号并记录MCU使能故障，控制走下电流程；

13、系统进入行驶状态，VCU向MCU发送工作模式请求，根据扭矩或者转速进行控制；

14、VCU开始计时，MCU是否在规定时间内，发送其工作模式为“转速控制”或者“扭矩控制”，如果是，则发送Ready信号到仪表，仪表点亮Ready灯，对驾驶员进行提示，整车进入Ready状态，如果不是，则控制走下电流程。

三、高压下电

根据钥匙位置代表的电源模式信号，如果钥匙位置处于Off位置或者存在高压下电故障后或者接收到紧急下电请求信号，VCU根据该信号控制各控制器停止工作，之后，VCU控制各高压电池继电器断开，完成车辆高压下电流程。

具体工作流程如下：

1、VCU检测到钥匙位置发送OFF信号，或者检测到整车存在正常高压下电故障，或者在ON档情况下接收到紧急下电请求信号；

2、VCU熄灭Ready灯，向MCU发送请求扭矩、请求转速为0，如果是紧急下电请求下电，VCU会反馈相应的紧急下电请求；

3、VCU发送DCDC工作模式为standby；

4、VCU向TMS发送信号命令压缩机、PTC停止工作，同时向TMS发送功率限制为0；

5、VCU检测PTC、压缩机和DCDC反馈是否在规定时间内进入关闭或者非使能状态，即DCDC工作模式为未工作，压缩机与PTC反馈实际功率为0。如果是，则继续向下执行，否则上报故障，同时继续向下执行；

6、VCU判断电机转速是否小于下电电机转速阀值，满足条件或等待超时后继续向下执行；

7、VCU判断高压电池包输出电流是否小于下电电池电流阀值，同时判断压缩机是否允许下高压电，满足条件则继续向下执行，等待超时后，上报故障继续向下执行；

8、VCU向MCU发送电机工作模式请求为“预下电”，并且在规定时间内收到MCU反馈的工作模式为“预下电”或者超时后，VCU控制高压电池主正继电器继电器断开，继续执行第10步；

9、VCU控制高压电池主正继电器继电器断开，继续执行下一步；

10、VCU通过检测MCU母线电压是否在规定时间内下降至电池母线电压的95%，判断高压电池主正继电器状态是否正常断开，如果是则执行13步，如果不是则记录高压电池主正继电器粘连故障，继续执行下一步；

11、VCU向BMS发送断开高压电池主负继电器请求；

12、VCU检测是否在规定的时间内收到BMS反馈的高压电池主负继电器状态为断开，如果是则执行下一步，如果不是则上报高压电池主负继电器断开超时故障并执行第15步；

13、VCU向MCU发送工作模式请求为“放电”；

14、VCU判断MCU母线电压是否在规定的时间内下降到60V以下，满足条件或超时后继续执行下一步；

15、VCU向MCU发送电机使能请求为“非使能”，同时VCU如果检测到此时MCU电压依旧高于放电完成电压，则记录MCU放电故障；

16、VCU判断MCU是否在规定的时间内反馈使能状态为关闭，如果是则执行下一步，如果不是则记录MCU非使能故障，继续执行下一步；

17、VCU控制DCDC继电器断开,等待一定时间后，继续执行下一步；

18、VCU向BMS发送断开高压电池主负继电器请求，BMS在规定时间反馈主负断开或者超时后继续执行下一步；

19、休眠之前，VCU控制高压电池主负继电器负端断开；

20、如果没有其他唤醒源存在，VCU进入休眠。

四、紧急高压下电

具体工作流程如下：

1、VCU检测到整车存在需要紧急高压下电故障；

2、VCU熄灭Ready灯，向MCU发送请求扭矩、请求转速为0，同时发送电机使能请求为“非使能”；

3、VCU发送DCDC工作模式为standby，向TMS发送信号命令压缩机、PTC停止工作，同时向TMS发送功率限制为0；

4、VCU检测PTC、压缩机和DCDC反馈是否在规定时间内进入关闭或者非使能状态，即电机为未使能，DCDC工作模式为未工作，压缩机与PTC反馈实际功率为0，如果是则继续执行下一步，如果不是，则等待一定时间后，继续执行下一步；

5、VCU控制高压电池主正继电器断开，继续执行下一步；

6、VCU通过检测MCU母线电压是否在规定时间内下降至电池母线电压的95%，判断高压电池主正继电器状态是否正常断开，如果是则执行13步，如果不是则记录高压电池主正继电器粘连故障，继续执行下一步；

7、VCU向BMS发送断开高压电池主负继电器请求；

8、VCU检测是否在规定的时间内收到BMS反馈的高压电池主负继电器状态为断开，如果是则执行下一步，如果不是则上报高压电池主负继电器断开超时故障并执行第15步；

9、VCU向MCU发送工作模式请求为“放电”；

10、VCU判断MCU母线电压是否在规定的时间内下降到60V以下，满足条件或超时后继续执行下一步；

11、VCU向MCU发送电机使能请求为“非使能”，同时VCU如果检测到此时MCU电压依旧高于放电完成电压，则记录MCU放电故障；

12、VCU判断MCU是否在规定的时间内反馈使能状态为关闭，如果是则执行下一步，如果不是则记录MCU非使能故障，继续执行下一步；

13、VCU控制DCDC继电器断开,等待一定时间后，继续执行下一步；

14、VCU向BMS发送断开高压电池主负继电器请求，BMS在规定时间反馈主负断开或者超时后继续执行下一步；

15、休眠之前，VCU控制高压电池主负继电器负端断开；

16、如果没有其他唤醒源存在，VCU进入休眠。

五、充电高压上电

充电枪插入后，BMS会被唤醒，同时通过网络唤醒VCU，VCU初始化完成后，根据各控制器反馈的状态，控制各高压继电器闭合，完成车辆充电模式高压上电，进入充电模式。

具体工作流程如下：

1、VCU被唤醒，初始化完成后，发送高压电池主负继电器闭合，同时在延迟一定时间后，发送高压电池主负继电器负端状态为闭合，如果未自检通过则停止高压上电，记录相关故障；

2、若VCU同时检测到钥匙信号处于ON/Start档，且充电枪状态连接，并且检测到MCU已经处于MCU高压上电完成状态，则直接执行第7步，如果钥匙信号处于ON/Start档且充电枪状态连接，但是MCU路上电未完成，或者钥匙信号处于Off档且充电枪状态连接，则执行下一步；

3、VCU收到DCDC初始化成功，如果是则继续执行下一步，否则禁止高压上电；

4、VCU检测到BMS发送的充电枪状态信号连接，同时VCU接收到BMS充电模式请求为“车载充电或者非车载充电或者逆变输出”且VCU收到BMS发送的充电信号为“准备充电或者逆变状态”，且整车无不允许上电的故障，VCU向BMS发出高压电池主负继电器闭合请求，BMS收到后闭合高压电池主负继电器并反馈其状态，继续执行下一步；如果VCU接收到BMS充电模式请求为“异常”或者检测到BMS发送的充电枪状态信号为无充电枪插入，则停止高压上电；

5、VCU从发出高压电池主负继电器闭合请求一定时间内未收到高压电池主负继电器状态闭合，则走对应的下电流程并记录高压电池主负继电器闭合超时故障；若收到则发送高压电池非动力预充继电器2闭合；

6、VCU控制进行PTC路上电控制，具体高压上电中第4步—第6步，其后，继续执行第16步，如果PTC路上电时候预充失败，则直接进入下电流程，下电后不再进行上电，除非拔枪后VCU还未休眠钥匙信号给出ON档，可以控制直接进入MCU路上电，上电完成后限制功率仅能进行蠕行；

7、VCU控制进入MCU路下电流程，熄灭Ready灯，向MCU发送请求扭矩、请求转速为0；

8、VCU发送DCDC工作模式为standby；

9、VCU向TMS发送信号命令压缩机、PTC停止工作，同时向TMS发送功率限制为0；

10、VCU检测PTC、压缩机和DCDC反馈信号是否在规定时间内进入关闭或者非使能状态，即DCDC工作模式为未工作，压缩机与PTC反馈实际功率为0。如果是则继续执行下一步，否则上报故障，继续执行下一步；

11、VCU判断电机转速是否小于下电电机转速阀值，满足条件或等待超时后继续向下执行；

12、VCU判断高压电池包输出电流是否小于下电电池电流阀值，同时判断压缩机是否允许下高压电，满足条件则继续向下执行，等待超时后，上报故障继续向下执行；

13、VCU控制高压电池主正继电器继电器断开；

14、VCU通过检测MCU母线电压是否在规定时间内下降至电池母线电压的95%，判断高压电池主正继电器状态是否正常断开，如果是则执行16步，如果不是则记录高压电池主正继电器黏连故障，继续执行下一步；

15、VCU向BMS发送断开高压电池主负继电器请求，在BMS反馈高压电池主负继电器状态为断开或者超时后进入电机主动放电，放电完成后非使能MCU，MCU路下电完成后，继续控制PTC路下电，下电完成后，不再响应充电模式上高压；

16、VCU检测车辆状态允许充电，向BMS发送充电允许指令，继续执行下一步；

17、上电完成，监控充电输出过程。

六、充电高压下电

VCU根据BMS反馈的充电信息与系统状态控制各控制器停止工作，之后，VCU控制各高压电池继电器断开，完成车辆充电模式高压下电流程。

具体工作流程如下：

1、当下列任一条件满足时，VCU控制系统进入充电模式高压下电流程：

BMS反馈充电枪状态为无或者AD/AC均连接或者连接异常、BMS无充电请求、BMS充电信号为充电结束、高压互锁故障、充电系统故障、VCU检测到其它影响充电的故障；

2、VCU发送DCDC工作模式请求为Standby，VCU向TMS发送信号命令压缩机、PTC停止工作，同时向TMS发送功率限制为0；

3、VCU检测DCDC是否在规定时间内进入待机状态，压缩机和PTC的输出功率为零，满足条件，继续执行下一步，等待超时后，记录DCDC/压缩机/PTC故障，继续执行下一步；

4、VCU判断高压电池包母线电流是否小于下电电池电流阀值，同时判断压缩机是否允许下高压电，如果是则继续执行下一步，否则超时后，记录故障，继续执行下一步；

5、VCU发送DCDC继电器断开请求，VCU检测DCDC继电器是否在规定时间断开，如果断开则继续下一步，如果没有断开则报DCDC继电器继电器故障，并继续执行下一步；

6、VCU向BMS发送高压电池主负继电器断开指令；

7、VCU检测BMS是否在规定时间内反馈高压电池主负继电器继电器为断开，是则执行下一步，否则记录故障继续执行下一步；

8、充电模式高压下电完成，休眠之前，VCU控制高压电池主负继电器断开；

9、如无其他唤醒源，VCU进入休眠。

注：文章中引用数据和图片来源网络

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