關于新能源汽車“三電”系統功能的安全技術探討

摘 要：隨著電子電氣技術的發展，有關電子設施性能的安全問題已經成為人們研究的重點。本文從系統功能的安全技術方面對新能源汽車“三電”系統做了探討，希望能對新能源汽車行業的發展提供幫助。

關鍵詞：電子電氣；“三電”系統；系統功能

中圖分類號：U469.7 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0079-02

1 引 言

伴隨著工業化的快速發展，對環境造成的污染問題越來越嚴峻，就汽車行業來說，其在排放上帶來的問題也越來越嚴重，是造成環境污染的一個重要原因。為確保汽車行業能夠穩定的發展，有效地解決因為工業發展造成的環境問題，加速新能源汽車的研究以及對該行業推廣是當前的汽車行業的研究重點。近年來，我們推出了許多關于新能源汽車的支持政策，積極的推廣新能源汽車的使用。隨著科學技術的發展，在過程控制領域中采用的電子測量和控制設備日益增多，有關電子設備功能的相關安全已成為汽車領域的重要研究課題。功能安全意味著在電子系統中，不存在因為功能出現問題而導致的危險，因此而出現存在不正常的風險，其實質是控制這些不正常風險的發生。

在此階段，制定符合ISO 26262標準的功能性安全處理計劃是如今汽車電子產品發展的重點。然而，就三電體系來說，新能源汽車比傳統汽車的安全性和穩定性問題更難。因此，對于功能的安全要求進行落實，能有效地推動新能源汽車的發展，同時對于三大電氣技術的推廣也有著重要作用。所以，在分析研究以及比較驗證的條件上，汽車工業的研究人員制定了功能相關的安全規定，逐步完善并形成避免電子系統出現故障的合理有效的方式[1]。

2 “三電”系統架構

新能源汽車的三電系統框架圖（如圖1），該框架圖設計以下的回路[2]：

（1）動力驅動回路：電池組通過高壓的配電柜給電動機的控制器進行配電，三相電動機由電動機的控制器來驅動。在制動期間，電機的控制器通過將動能轉換成電能以對電池組進行充電。

（2）高低壓轉換回路：高壓配電柜在向電池進行充電時，要通過轉換器將高壓電流轉成低壓電流，確保低壓的供電系統能夠穩定供電。

（3）制熱回路：配電柜在進行電能的配送時，可以通過電暖風的電阻絲將電能轉變成熱能，然后通過鼓風機和有關的風道，把由電能轉化來的熱能輸送到車內。

（4）制冷回路：相比于以前的汽車是采用發動機的皮帶來驅動空調壓縮機，現在的制冷回路使用的是由電力壓縮機由配電柜進行取電，其它的系統兩者基本相同。

（5）DC快充回路：經由充電口將外部的直流電充電柱進行連接，根據GB/T27930的標準對電池組充電。

（6）AC慢充回路：通過外部的交流電充電柱或者是家庭用的電源，經過車載的充電器根據GB/T20234標準對電池組充電。

總之，由于新能源車輛涉及數個高壓電路，所以要更加重視每個高壓電路和高壓部件的有關參數的計算和選擇。本文詳細介紹了關鍵系統設計的計算和選擇。

3 基于ISO26262標準的系統開發流程

ISO26262標準是從產品概念的設計和開發到后期制作階段，為汽車的電子系統的生命周期提供了功能安全工作流程和管理流程的基礎。

對于系統在概念的設計中，綜合考慮到系統的定義以及系統的初始結構，我們對功能安全可能存在的風險進行風險等級的評定。之后基于功能安全的風險評估為每個功能進行安全目標的定義以及關于安全目標的功能概念[3]。

在對產品進行開發的階段中，ISO26262標準根據繼承的汽車行業中用的較多的V型過程，對有關的安全活動進行了定義，基礎的開發過程如同圖2。V類型的左側設計技術安全要求和系統設計的開發。在V型的右側，涉及系統的集成以及安全的確認、發布。對于硬件、軟件等進行開發的過程要遵守相同的V類過程。

4 “三電”系統功能的安全技術

4.1 動力電源功能

4.1.1 動力電池碰撞斷電防護

（1）使用CAN總線的通信可以實現碰撞斷電保護。在收集由碰撞傳感器發送的碰撞信號后，ECU（安全氣囊）可以辨別碰撞信號是否能夠滿足閾值。一旦確定達到閾值，將控制引腳設置為低電位。主控制器在檢測SRSECU信號會進行引腳電位的轉換，并以對應的速度將碰撞文件傳送給BMS。一旦收到三幀以上的有效碰撞的文件，它會馬上終止車輛的高壓電路[4]。

（2）PWM電源用于實現碰撞停電后的維護。為了防止SRSECU的信號引腳電平受到第一點處的外部電磁的影響，SRSECU碰撞信號在合適的時刻被PWM波替換。如果BMS繼續檢查兩個語音PWM沖突脈沖，則確定發生了沖突并且馬上停止車輛的高壓電路。

（3）這個解決方案是上述兩點的結合。使用信號冗余來確保碰撞保護，SRSECU將CAN和PWM一起傳輸到BMS。當BMS識別出兩個碰撞信號時，其中一個信號有效，則執行停止高電壓的指令。

4.1.2 動力電池充放電安全監管

通常由車輛控制器、電機控制器和BMS保證動力電池充放電的安全性能，MCU提供有關電源使用和恢復的信息，BMS提供有關電池系統狀態和問題的信息，VCU對此進行了集中處理。在分離充電和放電相關指示器后，識別電池安全邏輯并將充電和放電命令發送到安全監管系統。此后，根據VCU的指令，系統執行動力電池的安全監控的充電和放電操作[5]。

4.2 動力驅動功能安全技術

為保證電力驅動系統的穩定運行，通常是使用冗余的對策來增加系統的穩定和安全。在新能源汽車的驅動系統中常用的冗余策略一般有下面幾點[6]：

（1）對于CAN通訊方面：將CRC的校對碼于CAN通訊的報文中進行設置，這樣可以提高通訊傳送信息的安全性。

（2）對于電壓的采樣：通過在分壓的電路中加入少量的硬件，同時對三個橋臂里面的母線電壓進行收集，對于電壓的采樣有顯著地增強效果。

（3）對于電流的采樣方面：對于三相的電流進行收集，不僅可以對電流不平衡的問題進行檢測，還可以確保在電流的采樣過程中有問題時，照樣能保證電力驅動系統能繼續運行。

（4）對于旋轉變壓器方面：將投入小、精準低的霍爾傳感器加到旋轉變壓器里，在這個條件下完成對正弦波的控制[8]。

（5）對于解碼芯片方面：就軟件的解碼來說，這是在冗余手段的范疇之內，一旦解碼的芯片發生問題，可以轉變到軟件的解碼運算方式來得到位置角。

4.3 電控功能安全技術

在車輛控制裝置的實際操作過程中，可以采用電動機的問題等級和電池的問題等級作為關鍵的安全控制措施。首先，一個細節的問題，使用電氣配件的問題是不會干擾駕駛性能的，因為警示燈被點亮以引導駕駛員。其次，這是關于制動能量的回收方面的問題，一般是由于制動踏板的傳感器的問題，不能對駕駛員的實際操作目的進行反饋，結束制動能量有關回收性能的流程，并且打開問題報警系統。新能源汽車電子控制系統的硬件需要高效率地控制芯片和雙核體系。對于軟件，有必要在標準化軟件的前提下使用不同的通信手段和軟件冗余，以保證性能安全和全面的信息需求[9]。

5 結束語

新能源汽車系統的核心是可靠安全的“三電”系統，這也是新能源汽車在推廣普及的過程中急需解決的重要技術問題。探索新能源汽車三大電氣系統的功能安全技術是行業發展方向。汽車行業的有關人員要充分考慮實際情況，保證在系統功能出現安全問題后能快速作出反應，保證新能源汽車行業的健康發展。

參考文獻

[1]彭憶強，蘆文峰，鄧鵬毅，等.新能源汽車“三電”系統功能安全技術現狀分析[J].西華大學學報（自然科學版），2018（1）.

[2]李 晶.新能源汽車“三電”系統功能安全技術初探[J].中國戰略新興產業，2018（28）.

[3]陸 翔，嚴蓓蘭，黃佩佳.新能源汽車三電系統半物理仿真測試平臺：CN107036827A[P].2017.

[4]劉騰飛，李 雪.關于新能源汽車空調系統技術探索[J].工業c，2016（8）：260.

[5]蔣開洪，毛 睿.新能源汽車IBS系統關鍵技術研究[J].科技創新與應用，2018（5）：161～164.

[6]陸 翔，嚴蓓蘭，黃佩佳.新能源汽車三電系統半物理仿真測試平臺，New energy vehicles， three-level semi-physical simulation test platform，N 107036827 A[P]. 2017.

[7]溫麗娟，張豐源.新能源汽車充電運營服務信息系統研究[J].企業科技與發展，2017（9）：31～33.

[8]伍 軍.未來新能源車輛安全技術及其設計方向[J].汽車與駕駛維修（維修版），2017（5）：139.

[9]李 鋒.新能源汽車的汽車功能電氣化解決方案探討[J].現代制造技術與裝備，2017（12）：82～83.

收稿日期：2018-9-29

作者簡介：陳麗春（1984-），女，漢族，廣西北海人，助理工程師，本科，主要從事汽車專業教學的工作。