关于新能源汽车“三电”系统功能的安全技术探讨

摘 要：随着电子电气技术的发展，有关电子设施性能的安全问题已经成为人们研究的重点。本文从系统功能的安全技术方面对新能源汽车“三电”系统做了探讨，希望能对新能源汽车行业的发展提供帮助。

关键词：电子电气；“三电”系统；系统功能

中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0079-02

1 引 言

伴随着工业化的快速发展，对环境造成的污染问题越来越严峻，就汽车行业来说，其在排放上带来的问题也越来越严重，是造成环境污染的一个重要原因。为确保汽车行业能够稳定的发展，有效地解决因为工业发展造成的环境问题，加速新能源汽车的研究以及对该行业推广是当前的汽车行业的研究重点。近年来，我们推出了许多关于新能源汽车的支持政策，积极的推广新能源汽车的使用。随着科学技术的发展，在过程控制领域中采用的电子测量和控制设备日益增多，有关电子设备功能的相关安全已成为汽车领域的重要研究课题。功能安全意味着在电子系统中，不存在因为功能出现问题而导致的危险，因此而出现存在不正常的风险，其实质是控制这些不正常风险的发生。

在此阶段，制定符合ISO 26262标准的功能性安全处理计划是如今汽车电子产品发展的重点。然而，就三电体系来说，新能源汽车比传统汽车的安全性和稳定性问题更难。因此，对于功能的安全要求进行落实，能有效地推动新能源汽车的发展，同时对于三大电气技术的推广也有着重要作用。所以，在分析研究以及比较验证的条件上，汽车工业的研究人员制定了功能相关的安全规定，逐步完善并形成避免电子系统出现故障的合理有效的方式[1]。

2 “三电”系统架构

新能源汽车的三电系统框架图（如图1），该框架图设计以下的回路[2]：

（1）动力驱动回路：电池组通过高压的配电柜给电动机的控制器进行配电，三相电动机由电动机的控制器来驱动。在制动期间，电机的控制器通过将动能转换成电能以对电池组进行充电。

（2）高低压转换回路：高压配电柜在向电池进行充电时，要通过转换器将高压电流转成低压电流，确保低压的供电系统能够稳定供电。

（3）制热回路：配电柜在进行电能的配送时，可以通过电暖风的电阻丝将电能转变成热能，然后通过鼓风机和有关的风道，把由电能转化来的热能输送到车内。

（4）制冷回路：相比于以前的汽车是采用发动机的皮带来驱动空调压缩机，现在的制冷回路使用的是由电力压缩机由配电柜进行取电，其它的系统两者基本相同。

（5）DC快充回路：经由充电口将外部的直流电充电柱进行连接，根据GB/T27930的标准对电池组充电。

（6）AC慢充回路：通过外部的交流电充电柱或者是家庭用的电源，经过车载的充电器根据GB/T20234标准对电池组充电。

总之，由于新能源车辆涉及数个高压电路，所以要更加重视每个高压电路和高压部件的有关参数的计算和选择。本文详细介绍了关键系统设计的计算和选择。

3 基于ISO26262标准的系统开发流程

ISO26262标准是从产品概念的设计和开发到后期制作阶段，为汽车的电子系统的生命周期提供了功能安全工作流程和管理流程的基础。

对于系统在概念的设计中，综合考虑到系统的定义以及系统的初始结构，我们对功能安全可能存在的风险进行风险等级的评定。之后基于功能安全的风险评估为每个功能进行安全目标的定义以及关于安全目标的功能概念[3]。

在对产品进行开发的阶段中，ISO26262标准根据继承的汽车行业中用的较多的V型过程，对有关的安全活动进行了定义，基础的开发过程如同图2。V类型的左侧设计技术安全要求和系统设计的开发。在V型的右侧，涉及系统的集成以及安全的确认、发布。对于硬件、软件等进行开发的过程要遵守相同的V类过程。

4 “三电”系统功能的安全技术

4.1 动力电源功能

4.1.1 动力电池碰撞断电防护

（1）使用CAN总线的通信可以实现碰撞断电保护。在收集由碰撞传感器发送的碰撞信号后，ECU（安全气囊）可以辨别碰撞信号是否能够满足阈值。一旦确定达到阈值，将控制引脚设置为低电位。主控制器在检测SRSECU信号会进行引脚电位的转换，并以对应的速度将碰撞文件传送给BMS。一旦收到三帧以上的有效碰撞的文件，它会马上终止车辆的高压电路[4]。

（2）PWM电源用于实现碰撞停电后的维护。为了防止SRSECU的信号引脚电平受到第一点处的外部电磁的影响，SRSECU碰撞信号在合适的时刻被PWM波替换。如果BMS继续检查两个语音PWM冲突脉冲，则确定发生了冲突并且马上停止车辆的高压电路。

（3）这个解决方案是上述两点的结合。使用信号冗余来确保碰撞保护，SRSECU将CAN和PWM一起传输到BMS。当BMS识别出两个碰撞信号时，其中一个信号有效，则执行停止高电压的指令。

4.1.2 动力电池充放电安全监管

通常由车辆控制器、电机控制器和BMS保证动力電池充放电的安全性能，MCU提供有关电源使用和恢复的信息，BMS提供有关电池系统状态和问题的信息，VCU对此进行了集中处理。在分离充电和放电相关指示器后，识别电池安全逻辑并将充电和放电命令发送到安全监管系统。此后，根据VCU的指令，系统执行动力电池的安全监控的充电和放电操作[5]。

4.2 动力驱动功能安全技术

为保证电力驱动系统的稳定运行，通常是使用冗余的对策来增加系统的稳定和安全。在新能源汽车的驱动系统中常用的冗余策略一般有下面几点[6]：

（1）对于CAN通讯方面：将CRC的校对码于CAN通讯的报文中进行设置，这样可以提高通讯传送信息的安全性。

（2）对于电压的采样：通过在分压的电路中加入少量的硬件，同时对三个桥臂里面的母线电压进行收集，对于电压的采样有显著地增强效果。

（3）对于电流的采样方面：对于三相的电流进行收集，不仅可以对电流不平衡的问题进行检测，还可以确保在电流的采样过程中有问题时，照样能保证电力驱动系统能继续运行。

（4）对于旋转变压器方面：将投入小、精准低的霍尔传感器加到旋转变压器里，在这个条件下完成对正弦波的控制[8]。

（5）对于解码芯片方面：就软件的解码来说，这是在冗余手段的范畴之内，一旦解码的芯片发生问题，可以转变到软件的解码运算方式来得到位置角。

4.3 电控功能安全技术

在车辆控制装置的实际操作过程中，可以采用电动机的问题等级和电池的问题等级作为关键的安全控制措施。首先，一个细节的问题，使用电气配件的问题是不会干扰驾驶性能的，因为警示灯被点亮以引导驾驶员。其次，这是关于制动能量的回收方面的问题，一般是由于制动踏板的传感器的问题，不能对驾驶员的实际操作目的进行反馈，结束制动能量有关回收性能的流程，并且打开问题报警系统。新能源汽车电子控制系统的硬件需要高效率地控制芯片和双核体系。对于软件，有必要在标准化软件的前提下使用不同的通信手段和软件冗余，以保证性能安全和全面的信息需求[9]。

5 结束语

新能源汽车系统的核心是可靠安全的“三电”系统，这也是新能源汽车在推广普及的过程中急需解决的重要技术问题。探索新能源汽车三大电气系统的功能安全技术是行业发展方向。汽车行业的有关人员要充分考虑实际情况，保证在系统功能出现安全问题后能快速作出反应，保证新能源汽车行业的健康发展。

参考文献

[1]彭忆强，芦文峰，邓鹏毅，等.新能源汽车“三电”系统功能安全技术现状分析[J].西华大学学报（自然科学版），2018（1）.

[2]李 晶.新能源汽车“三电”系统功能安全技术初探[J].中国战略新兴产业，2018（28）.

[3]陆 翔，严蓓兰，黄佩佳.新能源汽车三电系统半物理仿真测试平台：CN107036827A[P].2017.

[4]刘腾飞，李 雪.关于新能源汽车空调系统技术探索[J].工业c，2016（8）：260.

[5]蒋开洪，毛 睿.新能源汽车IBS系统关键技术研究[J].科技创新与应用，2018（5）：161～164.

[6]陆 翔，严蓓兰，黄佩佳.新能源汽车三电系统半物理仿真测试平台，New energy vehicles， three-level semi-physical simulation test platform，N 107036827 A[P]. 2017.

[7]温丽娟，张丰源.新能源汽车充电运营服务信息系统研究[J].企业科技与发展，2017（9）：31～33.

[8]伍 军.未来新能源车辆安全技术及其设计方向[J].汽車与驾驶维修（维修版），2017（5）：139.

[9]李 锋.新能源汽车的汽车功能电气化解决方案探讨[J].现代制造技术与装备，2017（12）：82～83.

收稿日期：2018-9-29

作者简介：陈丽春（1984-），女，汉族，广西北海人，助理工程师，本科，主要从事汽车专业教学的工作。