江淮同悦纯电动轿车电动管理系统

付华山，陈呈程

（佳木斯职教集团交通学院汽车电气工作室，黑龙江 佳木斯 154002）

江淮同悦纯电动轿车电动管理系统

付华山，陈呈程

（佳木斯职教集团交通学院汽车电气工作室，黑龙江 佳木斯 154002）

从整车控制器、直流转换器、永磁无刷直流牵引电机控制器、国轩电池系统、高压电气系统和充电系统等方面，简述江淮同悦纯电动轿车电动管理系统。

江淮同悦；纯电动；电动管理系统

江淮同悦纯电动轿车经过多次产品升级改进，其技术结构共分为X1020、X1021和X1022三种类型。现在市场上主要是升级型X1022。X1022的电动管理系统主要包括整车控制器VCU、直流转换器DC/DC、CAN通信系统、永磁无刷直流牵引电机控制器、国轩电池系统、高压电气系统和充电系统7个部分。

1 整车控制器VCU

1.1 基本功能

VCU的职能就是对整车各个子系统反馈的信息进行采集、分析和处理，从而实现整车控制策略。VCU的电源支持是车载蓄电池提供的12 V低压直流电，由低压配电控制器对VCU供给。VCU的输入信号为低电平或12 V电压，驱动输出信号也是低电平或12V电压。

1.2 安全防护功能

1.2.1 电源电压保护

1）12 V电源欠压保护 当整车控制器VCU工作电压低于9 V（相应的AD通道测到1.6 V）时，即可判定整车控制器VCU工作异常，系统将持续测试25 ms，若电压仍然异常，则断开整车高压。

2）12 V电源过压保护 当整车控制器VCU工作电压超过16 V（相应的AD通道测到4.7 V）时，即可判定整车控制器VCU工作异常，系统将持续测试3 min，若电压仍然异常，则断开整车高压。

3）5 V电源欠压保护 当整车控制器VCU工作电压在3 min内低于4.5 V时，即可判定整车控制器VCU工作异常，存在安全风险，系统将持续测试3 min，若电压仍然异常，则断开整车高压。

4）12 V电源过压保护 当整车控制器VCU工作电压3 min内超过5.8 V时，即可判定整车控制器VCU工作异常，存在安全风险，系统将持续测试3 min，若电压仍然异常，则断开整车高压。

1.2.2 整车安全保护

当电池温度高于55 ℃，已经切断高压，关闭电池安全门，整车控制器VCU对电池管理系统BMS温度报文适时采集，检测时间为3 s，预防由于电池高温引起的整车失火不良。

1.3 接线

整车控制器VCU与整车系统各外围功能模块的硬件连接框图如1所示。车载局域网连接框图如图2所示。

图1 整车控制器VCU与整车系统各外围功能模块的硬件连接框图

图2 车载局域网连接框图

VCU的电源供给由低压配电控制器提供，且其12 V电源的通断通过VCU对低压配电的SSO控制器，能够实现整车低压系统的延时下电功能。

1.4 保护措施

1）冷却方式为自然风冷。

2）防水防尘等级为IP54，汽车级耐温和抗震动。

3）安装牢固、不潮湿。

4）不发生低压电源正极与车身搭铁故障。

5）连接的插接器要在断电条件下插拔，插装要可靠。

2 直流转换器DC/DC

2.1 概况

直流转换器就是一种将某一电压等级的直流电转换为目的电压等级直流电的一种装置。升级型X1022的直流转换器采用TDC-320-12HG型车载直流转换器，安装于发动机舱后侧中部，如图3所示。

图3 直流转换器在车上的位置

2.2 功能

向整个车辆除驱动以外的电器设备供电，并对辅助电源充电，直流转换器DC/DC输入为320 V直流电，输出为13.8 V的直流电。直流转换器还具有如下4个功能。

1）输入低压保护功能 当直流转换器DC/DC输入电压低于200 V时，直流转换器DC/DC就会锁死输出，同时故障指示灯点亮，提示输入电压太低，需要对电池组进行检测与维护；当电压高于220 V时，直流转换器DC/DC会自动解除输出闭锁，恢复正常工作，故障指示灯熄灭。

2）输入反接保护功能 如果直流转换器DC/DC输入端接反，直流转换器进入反接保护锁死输入，直流转换器DC/DC不会损坏，反接消除后直流转换器DC/DC恢复正常工作。

3）输出短路保护功能 直流转换器DC/DC具有输出短路保护功能，在输出端的负载存在短路时，直流转换器DC/DC会自动进入短路保护状态，不再向外输出电量；当短路故障排除后，直流转换器会自动恢复输出功能。

4）温度过高保护功能 直流转换器工作温度不允许超过363 K。在工作温度超过353 K时，直流转换器DC/DC首先自动降低功率进行自身降温；达到363 K时就会自动关闭，不再工作；当温度降到353 K时，直流转换器DC/DC又恢复工作。

2.3 接线

直流转换器DC/DC的线路连接如图4所示。直流转换器的高压直流输入直接与动力电池组的正负极相连接，连接方式采用专用的高压插件连接，型号为C10514N1-02-3-1G001，其直流输出端采用16 mm2线并套上黑色波纹管，接到后备低压电池上，然后输送到全车低压电器上。

为防电磁干扰，所有CAN通信系统的双绞股线在每25 mm内至少有一个拧绞点，并且与模块连接的250 mm范围内必须拧绞，不允许与高、低压导线及线束并行或捆绑，长度尽可能短，布局合理。

3 永磁无刷直流牵引电机控制器

驱动电机采用永磁无刷直流电机，其控制器冷却方式为强制风冷，控制器的控制方式有2种：一个是模拟量控制，另一个是CAN总线通信控制。

3.1 功能

3.1.1 系统控制功能

系统控制功能是控制器的基本功能，主要控制项目有电动机的启动、停止、正反转等操作。系统采用转矩控制模式，油门输入信号与电机输出转矩的大小相对应。

3.1.2 预充电完成控制功能

在永磁无刷直流牵引电机控制器中的直流母线并联一个容量很大的电容。在供电时，主接触器闭合瞬间有很大的电容充电电流，在主接触器触点之间产生电弧，会烧蚀主接触器触点，影响主接触器的使用寿命，严重的还会使主接触器触点烧结在一起，使主接触器失去控制功能。另外，主接触器触点闭合刹那间还会产生电压较高的浪涌电压，可能超过控制器内部功率模块的耐压，将会烧毁控制器内部功率模块。为了防止以上情况的发生，需要在控制器供电时对控制器进行预充电。在给控制器供电时，在其母线上串联一个电阻，当控制器两端电压充到一定数值时，闭合主接触器，此时将预充电串联的电阻短路，完成供电过程。这个功能就是在供电时检测控制器母线端电压，当达到母线电压的70 %时，接触器触点闭合信号被输出，完成了预充电功能。

3.1.3 CAN总线通信及控制功能

江淮同悦纯电动轿车X1022配有CAN通信接口，将牵引电机的运行状态、报警信息等内容传送到仪表进行显示，告知驾驶人；或者传送到整车控制器VCU，使VCU对当前车辆的运行状态进行监测和统一调度。另外也可以通过CAN总线控制牵引电机的运行，包括牵引电机的启停、换向、电机输出转矩的控制等。尤其在驾驶控制台距离牵引电机控制器较远的情况下，CAN总线控制在抗干扰和控制信号衰减方面，要优于模拟量传输控制信号。

3.1.4 系统保护功能

在出现故障时，为了使电机及控制器能够保障系统安全可靠运行以及保护部件不会损坏，特设置7个保护功能。

1）位置传感器信号错误保护功能 永磁无刷直流电动机BLDC位置传感器的信号十分重要，电机的换相控制都是依据位置传感器信号而进行的。如果位置信号出现错误，会导致牵引电机工作不正常，严重的会使牵引电机控制器损坏，这是一个致命性的故障。因此，检测到位置信号出错则立即锁死牵引电机控制器的输出，系统将停止运行。

2）过流保护 流过牵引电机的电流超过牵引电机控制器最大限制电流，或者发生短路时产生较大电流，会有故障信号输出，同时锁死牵引电机控制器输出。

3）牵引电机控制器过温保护 当检测到牵引电机控制器散热器的温度超过353 K时，整车控制器VCU开始执行限功率功能。如果牵引电机控制器继续升温，达到363 K时，VCU锁死牵引电机控制器输出。牵引电机控制器过温保护是在工作温度353～363 K之间进行线性降功率调节。

4）欠压保护 输入给牵引电机控制直流母线的电压低于260 V时，整车控制器将提供欠压报警信号，此时牵引电机控制器并不锁死输出，只是提醒电池处于欠压状态。当牵引电机在运行过程中被检测到母线电压低于220 V时，将输出极低电压报警信号，并锁死牵引电机控制器的输出。因为母线电压低到一定程度牵引电机控制器内的控制部分的电压输出将出现不稳定的现象，有可能使功率器件错误工作，造成牵引电机控制器的损坏。

5）单体电池过温保护 单体电池温度超过使用设定值时，牵引电机控制器会自行降低功率运行，单体电池温度超过极限值时，电池会自动停止输出，以免对电池造成损害。

6）通信故障报警 在使用CAN总线方式进行电机控制的时候，如果牵引电机控制器在3s内没有收到整车控制器VCU的指令，将被判断为通信故障，此时停止牵引电机控制器的输出，即使通信又恢复正常，那么牵引电机控制器仍然处于锁定状态，除非对牵引电机控制器进行人工操作复位。

7）误挂倒挡保护 当车辆在正常行进中错误挂入倒挡会带来十分严重的后果，为此设置了反方向挡位无效的程序。当检测到反方向输入信号，会自动弃之不予采纳，仍然维持原有的运行模式，只有当车辆完全静止，才能进入反方向运行。

3.2 线路连接

3.2.1 接口针脚定义（表1、表2）

表2 16PIN航空插座针脚定义

3.2.2 线路连接说明

图5为线路连接原理图。

1）预充电系统 预充电系统位于电池管理系统BMS内部，通过预充电继电器和限流电阻对电机控制器内部电容进行预充电，待电容电压上升到设置值后再接通主接触器。此系统可有效防止蓄电池主回路上电瞬间的电流过冲，延长蓄电池及主接触器触点的使用寿命，提高系统的可靠性。

2）电机旋向信号的接入 CCW、CW为电机旋向信号（23PIN插头6、7脚），CCW为牵引电机逆时针旋转，CW为牵引电机顺时针旋转。这里需要说明的是电机的旋转方向是从电机的轴伸方向进行判断。旋转信号是开关量输入，当信号线与12 V相接时，信号为高电平（有效），当信号线悬空则为低电平（无效），牵引电机旋转方向信号必须是相异的信号，同时置高或置低都视为空挡，此时牵引电机将不运转。

3）运行信号（RUN） 运行信号为开关信号，该信号是控制器的使能信号，若要使系统运行此信号必须置高电平，否则系统将不工作。运行信号也可以作为闭锁信号使用。

4）CAN总线通信 通过CANH、CANL两线即可实现控制器与仪表或VCU等其他部件进行通信。控制器控制模式配置成数字通信，就可以通过CAN总线接收控制指令，实现电机控制。通信发送的信息主要有4个内容，分别是：牵引电机当前运行状态、转速信息、报警信息和电流等数据。控制器数据帧采用广播方式发送，每间隔50 ms发送一帧数据帧，控制器内CAN 总线上已接120 Ω端电阻。

5）复位（REST） 复位信号的作用是在控制器出现保护时控制器被锁死输出，通过复位信号可使控制器恢复到初始状态，否则需要关断主电源，等待30 s后重新上电才能复位。复位信号（REST）由23PIN插头第9脚提供。当该脚与12V碰一下即可完成复位操作，因此复位开关要接非保持类型的开关。

6）油门踏板的接入 油门踏板有霍尔型和电位器型2种，油门踏板的输出电压为0～5 V，不能高于5 V。油门踏板供电电源霍尔型油门有5 V和15 V2种电压可供用户选用，电位器型油门踏板供电电压只能选择5 V。控制器认可的油门输出电压在0.8～4.5 V，如果油门踏板输出电压低于0.8 V，控制器发出指令使牵引电机输出零转矩，油门踏板输出电压在4.5 V时控制器发出指令使牵引电机输出最大转矩，油门踏板输出电压高于4.5 V，控制器将执行油门踏板输出4.5 V的指令。

图5 线路连接原理图

7）转速信号脉冲输出（REV） 转速脉冲信号输出采用的是集电极开路输出，因此需要接上拉电阻到仪表控制电源正，集电极开路过电流10 mA，上拉电阻的阻值根据仪表供电电压匹配，一般在1～101 kΩ之间。转速信号在电机每旋转一周输出4个脉冲，输出脉冲的高低电平各占50 %。

4 电池系统

电池系统以国轩高科提供的单体容量12.5Ah的磷酸铁锂电池为基础部件，通过5并联95串联构成电池系统的基础构架。电池系统还包括了管理子系统，管理子系统由核心芯片BCU、2个电池管理系统（BMS）从板、1个电池自动切断BDU和1个高压管理控制单元HMU等组成，完成系统自检、故障预警和充电管理等功能。电池安装于后备厢内，如图6所示。

图6 电池组

4.1 电池系统功能及组成

4.1.1 电池系统功能

电动汽车用动力电池的主要功能是为驱动电机提供电能，并通过充电装置存储外部电网及车载发电装置的电能，回收整车制动能量，同时配备电池管理系统，保证电池系统的可靠性与安全性。

4.1.2 电池系统的组成

主要由电池模块、电池箱体、冷却风扇、冷却风道等组成。其中电池模块是由单体12.5 Ah的磷酸铁锂电池通过串并联方式组合而成。电池箱体是电池模块的载体，其内部还包括电池管理系统、数据采集装置、电池自动切断等。

4.2 电池系统的结构

图7为电池系统结构。电池组为304 V/62.5Ah电池组，由国轩高科单体容量12.5 Ah的磷酸铁锂电池经过5并联95串联组合而成，其中每个62.5 Ah电池由5个12.5 Ah的单体并联组成。

图7 电池系统结构

电源管理系统设计成分布式串联结构，共有2个从板BMU，1个BMS，其中2个BMU控制55个串联电池单体和40个串联电池单体。2个BMU通过CAN总线进行级联，主机同样通过CAN总线实现对2个从机的通信及控制。BMS可以通过对BDU内的高压直流接触器的控制，实现对电池的充放电控制。

4.3 电池组性能参数（表3）

表3 电池组参数

5 高压电气系统

5.1 功能

1）为电动汽车前舱的高压用电设备分配高压接口，实现电能从动力电池到电机的控制器、PTC、AC的传输。

2）安装高压熔断丝，实现对与之相连的用电设备和电缆的保护。

3）安装PTC高压继电器，实现对PTC的两挡控制。4）提供高压系统的检修接口。

5.2 系统原理与结构

高压系统原理框图如图8所示。高压系统包括高压接线盒总成、高压接线盒配电电缆总成、高压接线盒主电缆总成。其中高压接线盒为全密封防水防尘结构，并且经过耐高温和抗振动试验，高压电缆上使用的所有插接件均能达到IP67的防水等级。

图8 高压系统原理框图

高压接线盒如图9所示。高压接线盒壳体分为箱体、顶盖、后盖3部分，顶盖和后盖均可单独打开。接线盒有5个电缆接口，加工好的电缆组件通过这5个接口与内部电路连接。PCU+和PCU-电缆所压端子由相应的接口进入高压接线盒内部，用螺钉拧在铜排的相应位置，在接口的堵头处用簧片将电缆的屏蔽层挤住以实现电磁屏蔽。高压主电缆总成BDU+和BDU- 的正负极通过相应接口接入高压接线盒的内部，并用螺钉拧在铜排的相应位置，在接口的堵头处用簧片将电缆的屏蔽层挤住以实现电磁屏蔽。

图9 高压接线盒

高压线束均为橘黄色波纹管包裹。高压线束在底盘下的布置，除用橘黄色波纹管包裹外，还另加一层高压护套管包裹。

6 充电系统与蓄电池充电

6.1 充电系统的主要功能

充电系统功能主要是驻车状态下为电动汽车动力电池组提供车载充电。充电系统将市用电网交流电转换为直流电，按照电动汽车电池管理系统的要求，对电池组充电。充电系统具备自检、故障诊断、过温保护、过压保护基本功能。

6.2 充电系统的通信

充电系统与电池管理系统进行CAN通信，充电系统按照电池管理系统指令实现充电启停、充电电压和电流控制。

6.3 充电系统的主要构成

充电系统主要由车载充电器、普通充电插头总成、充电桩专用充电插头总成、充电插座总成组成，如图10所示。6.4 充电注意事项

图10 充电插头与插座

动力电池充电是纯电动汽车必不可少的一项重要维护工作，该项工作做的品质高低直接影响电动汽车的使用性能。为了安全，在充电过程中一定要注意以下几点：①车辆必须在干燥场所充电；②车辆充电时，确保充电插头与插座无开裂和松散，插接可靠不可松旷；③在充电之前必须拨出钥匙，充电中严禁打开钥匙，不得有任何用电设备工作；④充电期间，严禁有各类维修作业；⑤车辆充电时，确保动力电池维修开关处于接通状态；⑥车辆充电时，确保220 V交流电源有电；⑦车辆充电时，电池最高温度不允许超过50 ℃，达到临界点应及时断电，当温度降到35 ℃以下时方可继续充电；⑧车辆充电如遇意外火灾，应及时切断充电电源，必须使用干粉灭火器进行灭火，严禁采用其他灭火手段；⑨充电结束，应先关闭充电电源，然后收装好充电插头与插座。

6.5 充电设备与充电方法

6.5.1 电池组整体充电

充电设备：320 V/2 kW车载充电机。参数设置：电压上限370 V；充电电流6 A。在充电过程中，注意监控单体电池最高电压变化情况，在最高电压达到3.9 V时，应立即关闭充电机，以防单体模块发生过充电。

6.5.2 电池模组整体充电

充电设备：110 V/100 A测试柜。参数设置：电压上限3.65 V×n（串数）；充电电流15A；充电截止电流1 A。在充电过程中，要监控整箱每个电池模块电压变化情况，在最高电压达到3.9 V时，应立即关闭测试柜，以防单体模块发生过充电。

6.5.3 单个模块补充充电

单个模块电压低于3.34 V时，需要补充充电。充电设备：5 V/100 A测试柜。参数设置：电压上限3.60 V；充电电流15 A；充电截止电流1 A。

[1] 同悦电动轿车维修手册[Z］.2013.

（编辑 杨 景）

Power Management System of JAC Tongyue Pure-electric Car

FU Hua-shan，CHEN Cheng-cheng
(Electrics Studio，Department of Transportation，Jiamusi Vocational Education Group，Jiamusi 154002，China)

This article introduces the power management system of JAC Tongyue electric car，which includes vehicle control unit，DC/DC converter，CAN communication system，permanent magnet brushless DC traction motor controller，porch battery systems，high voltage electrical system and charging system.

JAC Tongyue； pure-electric；power management system

U469.72

A

1003-8639（2017）03-0009-06

2016-07-19

付华山（1964-），男，工程师，技师，主要从事汽车电子及电气教学；陈呈程（1988-），女，助理工程师，从事新能源汽车教学工作。