关于整车上下电流程和电源管理

汽车的电源状态

通常在我们的认知中，车辆是在拧钥匙或者按下启动按钮后启动的，但是实际上车辆中的大部分ECU在你按下解锁和开车门的时候已经起来，等候工作。

仅针对仪表这一模块，定义车辆有四个工作模式，以方便电源管理，下面对四个电源模式做解释

D1状态下，IGN和BAT电都打开，CAN网络处于唤醒状态，仪表正常工作，对应整车就是RUN的状态。

D2状态是IGN off，但是BAT on，也是就整车未点火，但是蓄电池电是通的，在台架上，我们仿真模拟电源状态，只需要拨动对应PIN脚的开关即可，在整车状态下，现在汽车大多都是电子点火，所以车子在熄火状态下，就是电源状态的D3，点击一下点火按钮，就进入了ACC模式

对于整车D2状态下：当持续没有动作执行时，仪表背光关闭；

仪表唤醒为：IGN ON+网络WAKE UP

休眠条件：IGN OFF+网络Sleep

在D2状态下，如果所有应用均不显示（如指示灯报警，文字提示，声音报警均解除），网络报文此时还维持唤醒状态，则需要仪表维持点亮一定时间后关闭背光，系统其他功能等待满足仪表休眠条件后进入休眠；

若在60s内仪表满足休眠条件，仪表直接进入休眠状态，不需要等待60s。

电源管理，也涉及到状态之间的迁移转换和仪表开关机显示：

仪表开关机显示主要描述在OFF挡电源下工作状态，及从OFF挡变到ON挡过程，再从ON挡变到OFF挡过程相关功能需求。下面是仪表工作状态迁移图（针对一般情况下）：

OFF挡功能：
D2-1：仪表唤醒后且点火（KL15 = ON）前的工作状态
D2-2：迎宾显示功能，增加迎宾底图显示；
D2-3：仪表熄火后的工作状态，包括信息统计：智能驾驶信息统计，本次行程信息，智能格栅节油信息，和其他定义在OFF挡电源模式下功能需求
ON挡功能：
D1-1：开机动画；
D2-2：主题入场动画；
D1-3：ON挡正式工作状态（含指示灯自检、主题转场动画（触发主题切换时））
注：ON挡状态下，如果仪表从异常电压恢复至正常电压，则跳过指示灯自检；

仪表休眠状态
D3:仪表休眠状态

那车辆中的电控单元是怎么被唤醒，以及电车中高压系统是怎么上下电的呢？下面是具体的上下电内部逻辑：

1.整车上下电简介

虽然控制单元可以IG ON、网络或者其他方式唤醒，不过就目前车辆上的ECU而言，大多数是采用网络唤醒，因为整车上有八九十个ECU，采用硬线控制会使总成本和重量都增加，而且通过网络控制更加灵活。
当钥匙按下解锁键或打开车门或按下启动键时，唤醒信号通过网关转发至整车控制器(VCU)，并将其唤醒，VCU唤醒后控制低压继电器盒，使其他ECU上电，并通过发送网络管理将其ECU唤醒，ECU启动并完成自检后，如果没有问题，则可以正常工作了，然后在上高压电

在低压下电过程中，当启动键切换到OFF档，首先进行将断开高压供电，车辆各ECU开始陆陆续续停发网络管理报文，然后停发应用报文，进入休眠下电流程，最后控制电源管理模块，断开供电。

另外在车辆休眠时，大部分ECU的低压常电都是通过低压继电器盒断开的，保证车辆静置时暗电流小，能量消耗最低，尽量延长低压蓄电池亏电时间，因为在车辆静置时，低压蓄电池电量不能通过高压动力电池进行补充。不过也有些ECU在静置时需要定期运行，比如BMS就需要定期唤醒检查高压动力电池的状态。

2.高压系统上下电逻辑
前面提到了高压系统(如图1所示)的上下电，在纯电车中，这是很重要的一环，首先高压存在安全问题，另外如果高压无法上电，车辆是无法开动的，类似于传统车上，发动机没有启动，车辆动不了一样。

高压上下电的上层控制单元是VCU，它负责各个子系统的协调，以及整车运行状态的管理。除了管理高压上下电，也负责根据加速踏板、档位、制动踏板等驾驶员的操作意图和动力电池的电量，计算出所需的电机输出扭矩等参数，从而保障车辆的正常形式，另外也根据动力电池的电量、电池温度以及行车制动来实现不同等级的能量回收。
高压上下电需要满足的原则：
1、避免车辆出现非预期的加速、减速、转向等动作；
2、应避免因高压故障引起人员伤亡及设备损坏；
3、满足高压上下电性能要求；

首先高压上电功能需求主要包括：钥匙上电、直流/交流充电、远程控制(例如远程打开空调)，这三种场景仅仅是唤醒的方式不一样，高压上电的逻辑和时序是差不多的。对于整个上电过程，通过会有时间要求，比如要求1s内局域网内各ECU(通常包括VCU、DCDC、DCU、BMS等)应完成上电流程，并进入工作模式。

在上电流程中，首先是VCU被唤醒(钥匙唤醒、网络唤醒、或者充电cc信号硬线唤醒)，启动后发送请求闭合HVIL回路使能线和必要的12V低压继电器的CAN报文，同时监控HVIL回路状态，然后DCU、DC/DC、BMS被唤醒(VCU发送的网络管理报文或者IG ON信号唤醒)并进行自检，监控HVIL回路状态，对于BMS来说还需计算绝缘阻值，确认绝缘是否正常，无故障后进入待机模式(standby状态)。

随后VCU请求BMS闭合主继电器，BMS则先后闭合主负继电器和预充继电器，当检测到母线电压达到阈值后，判断预充电成功，然后闭合主正继电器，并断开预充继电器，到这则高压上电完成，在VCU请求BMS闭合主继电器时，同时也会请求DCU、DC/DC进入工作模式，时序图如图2所示。

为什么要预充呢？对于低压来说，例如平时用的电池或者是12V低压蓄电池，是不需要开关，直接拔电池不会有什么风险。但对高压而言，直接接电池是不行的，有可能会产生较大的冲击，烧坏功率器件。

预充是将预充电阻串联到高压回路中，由预充电阻分掉一部分电压，然后，随着各ECU内的电容充电上来，等到电压上升到某一阈值，主正继电器闭合，这样预充回路就完成了它的工作了，如图1。
在正常下电流程中，当检测到钥匙信号、硬线信号关闭或网络唤醒信号停发，VCU立即请求DCU离开工作模式，并且功率器件迅速降低功率，随后VCU请求DC/DC离开工作模式，然后VCU在请求BMS断开继高压继电器，BMS完成响应后，VCU断开HVIL回路和低压继电器，各节点进入下电休眠流程，如图3所示。

在正常上电状态下，如果出现绝缘阻值低于阈值、高压互锁断开、IGBT过流等严重故障时，VCU会进行紧急下高压电流程，首先VCU请求DC/DC脱离工作模式，DCU进入failure模式，随后VCU请求BMS断开高压继电器，并且断开HVIL回路，随后 VCU 请求 IPU 进入紧急放电模式， DCU在规定时间内完成余电泄放，若钥匙为关闭状态，则各节点进入休眠流程，如图4所示。

3.特斯拉的上下电
特斯拉的高压系统图如图5所示，有个不一样的点，特斯拉的高压系统没有预充回路，那他是怎么上高压的呢？

特斯拉把预充回路取消了，把这个功能集成到DC/DC中了。高压上电过程中，DCDC将低压端连接的12V蓄电池升压为高压，给各高压部件内部的电容进行充电，如图6所示。

具体步骤如下：
1，闭合主负继电器；
2，DCDC开始升压，AB点的电压上升到一定的值；
3，闭合主正继电器；
4，高压回路完成，电池输出高压给DCDC，DCDC正向工作给12V低压蓄电池充电。——上高压完成。
这种设计对12V低压蓄电池有较高的要求，需要其支持瞬间的高功率输出。
虽然这种反向输出并不是新东西，但是集成用于汽车中的高压上电逻辑，还是很新的。不得不说特斯拉的造车思路跟大家都不一样，很多东西值得借鉴学习。

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