新能源汽车"三电"系统功能安全技术现状

新能源汽车 "三电 "系统功能安全技术现状

王良涛

联合汽车电子联合公司， 陕西省西安市

摘要：相比较于传统的燃油车而言，新能源汽车在技术方面主要掌握电控、电机、电池这三项核心科技。然而近几年以来，随着一系列电动汽车发生的自燃事件，新能源汽车在三电系统功能安全方面的问题受到了广泛的关注。本文要针对新能源汽车的三电系统，在功能安全技术方面展开分析。

关键词：新能源汽车；三电系统；功能；安全技术

前言：当下，现代化汽车电子电气系统在具体开发过程当中，逐渐把安全作为开发规划中重点考虑的问题。不同于传统的燃油车，新能源汽车当中三电系统，在安全性和稳定性这一问题非常突出。如何将功能安全当中相关要求具体落到实处，对于新能源汽车三电领域在安全技术方面提升起到了至关重要作用，因此针对其进行研究很有意义。

1 电控功能安全技术分析

在车辆控制的整个系统当中，电池和电机问题都是需要重点关注的对象，因此要对其中可能存在的一些问题及时进行发现，然后提出安全监管相关措施，进入到安全状态中。首先，就是舒适性负载等这些方面的细小问题，这些问题对于司机在驾驶性能方面的干扰相对比较弱，因此在出现故障的时候，可以发送故障警示信号，或者是对故障报警灯进行点亮，让驾驶员及时注意到这些问题就可以。其次，就是汽车驱动系统的问题，要对回家跛行措施进行积极实行以及落实，一旦界限数值超过SOC的具体设定，需要对相关功率在降低方面进行有效落实。接着，是制动能量在回收方面的一些问题，这类问题主要发生在制动踏板的传感器上面，由于传感器没有办法对司机真实想法及目的进行有效准确获取，因此在对制动能量性能进行具体回收过程当中，需要对故障指示灯进行有效开启。最后，在使用功效相对比较高的专业化控制芯片以及双核机构，让硬件质量做到最有效的提升，同时通过多个渠道的软件对信息在全面性方面进行有效提升。

2 动力驱动功能在安全技术方面的分析

电动汽车当中驱动系统相比较于一般电气传动系统，在稳定性加速减速性能方面更好，为了让其在稳定性方面能够得到良好的保持，也让自身在安全级别方面得到有效提升。电动汽车在具体设计时，通常采用的方法就是通过冗余法，对上述目标进行有效实现，冗余设计方法主要包括以下几点：

2.1 电压采样

主要是使用硬件成本相对比较低的分压回路，采用三个驱动桥臂上面的母线电压同时作用，进而让电压在材料方面的可靠性得到有效保证。

2.2 CAN 通信

主要就是将CRC的校对码，全部设置在CAN信号之中，让通信数据在传送时的可靠性得到有效提升。

2.3 解码芯片

解码芯片在遇到问题时，将其通过软件解码运算形式的转变，对位置角进行有效获取，软件解码自身属于一种冗余性设计。

2.4 电流采样

主要是同时对三相电流实时收集操作，进而让电车驱动系统在正常运作方面得到有效保障。

2.5 旋转变压器

使用霍尔传感器加到旋转变压器当中，进而对正弦波时有效掌控目的，让其在旋转变压器发生问题的时候，可以对驱动器在正常运转方面进行有效实现，还可以通过无位置传感器的模式及时实现有效制动。

2.6 驱动电路、功率模块、电机绕组

使用多项电机体系展开有效规划，让体系在投入方面得到显著提升。

2.7 软件运算

具体开发过程当中，使用成熟性软件的运算办法，让双核汽车级的芯片对两个内核在命令方面同时执行相关操作，对安全状态实施有效掌控^[1]。

3 动力电源功能相关安全技术

3.1 动力电池高性能的封装

动力电池系统实施高性能封装最关键的技术，就是主被动安全保障、轻量化多目标所实施的约束性优化。主动安全保障主要包括：各个维持电池系统在高效区间工作的具体装置，以及电池温度的维持系统。被动安全系统主要包括：电池系统封装的内部气压平衡装置、可燃以及有害气体的主动检测还有排放、电池单体以及系统减震的吸能装置、RESS系统以及连接回路电压和残余能量的控制、碰撞感知等。

3.2 动力电池发生故障的诊断处理

电池故障的诊断，属于主动安全防护性技术。通过对电池氢气氧气浓度/温度场/电流/电池电压、车速/加速度、风速等这些信号进行有效采集。再由BMS对数据进行有效分析，对绝缘电阻模型、电池组的热模型、电池滥用、SOF/SOH/SOC等这些模型进行有效计算之后，对相关控制信号进行有效输出。

故障诊断处理最少要包含以下内容：充放电的功率过大、单体一致性的偏差太大、单体以及模块的电压过高或者过低、电池的温度过高或者过低等。按照整体汽车的设计和电池系统具体要求，归纳到故障诊断相关项目当中的内容，还包括电池的连接松动、内外部通信时接口故障、SOC数值的高低、总电压过高或者过低等这些故障。

3.3 动力电池实施滥用保护

电池实施的滥用保护，主要包括：高温以及低温的充放电、过流以及过压的充电、跌落、针刺、挤压、撞击、振动、浸水、火烧、过放、短路等内容。电池在具体使用的过程当中，想办法避免出现滥用工况的情况。在电池系统及电芯具体设计、制造过程当中，应该使用本质安全性材料以及方法，满足相关标准当中规定的电池容忍具体滥用工况相应要求。

3.4 动力电池的充放电安全管理

动力电池的充放电安全功能，主要由BMS以及电机控制器MCU的配合保障、整车控制器VCU、充电系统共同构成。电机控制器主要提供的是电能在使用和回收方面的相关信息。BMS所提供的是电池系统在相关状态以及发生故障时的信息。整车控制器是对以上信息进行有效汇总，针对充放电的相关参数(温度，电压，电流，功率，等)这些进行解耦处理之后，对电池的安全逻辑方面进行有效判断，之后将充放电池指令传输到电能管理系统当中。电能管理系统按照整车控制器相关指令，完成动力电池在安全管理方面所执行的充放电动作。

从起始状态开始，为了对电池组的安全方面实施有效管控，就必须针对故障诊断采取相关有效措施，使用合理科学的安全管理方法，让相关标准在充电安全性方面得到有效满足^[2]。

结束语：综上所述，三电系统在新能源汽车当中属于重要部分，新能源汽车如果想要打开相应消费市场，获得更多消费者的喜欢，首先就是要对这一系统当前存在的各种问题进行有效解决，对安全性能进行提升。通过对相关标准实施全方位的保障以及监控，新能源汽车的电控系统相关产品，在技术和安全性能方面都能得到有效提高。

参考文献：

[1]杨丽红. 我国新能源汽车技术专利现状分析[J]. 汽车实用技术, 2020(16).

[2]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, v.37;No.160(01):60-67.

作者简介:

王良涛，男，汉族，籍贯：陕西安康  生于：1987-12，工作单位：联合汽车电子联合公司，单位省市：陕西省西安市，职称：中级工程师，硕士学历，研究方向：汽车整车及汽车电子配件的制造工艺管理和开发。