新能源汽车高压上下电物理流程

一、新能源汽车高压系统组成及架构

新能源汽车的高压系统是用于存储、管理和分配电能的关键部分，在常规车型中，高压系统的组成和功能的实现主要包括以下节点：

1. 动力电池：是车辆的能量存储单元，为整车提供动力来源。

2. 驱动电机：将电能转换为机械能，用于驱动车轮，从而实现车辆行驶。

3. 电机控制器：控制电机的操作，包括启动、停止和速度控制。

4. 逆变器：控制电机的转速和扭矩，将直流电转换为交流电供电机使用，通常集成在MCU中。

5. 高压配电箱：管理高压电力的分配，连接电池和其他高压部件。

6. 电动压缩机：在新能源汽车中用于空调系统，代替传统的发动机驱动压缩机。

7. DC/DC转换器：将高压直流电转换为低压直流电，为12V电气系统供电。

8. 车载充电机：负责将交流电转换为直流电，以便给动力电池充电。

9. PTC加热器：用于车内供暖、电池温度调节等。

10. 高压线束：连接高压系统中的各个部件，包括专用的绝缘和屏蔽材料。

11. 电池管理系统：监控电池状态，包括电压、电流、温度和荷电状态，以优化电池性能和寿命。

12. 高压互锁回路：一种安全机制，用于监测高压电路的完整性，当检测到异常时自动断开高压电路。

13. 整车控制器：协调高压系统和其他车载系统的工作，管理车辆的整体运行。

14.发电机：在混动系统中通过与发动机的连接实现热能到电能的转换，以完成自主发电功能。

15.发电机控制器：管理发电机的工作，并将发电机发出的交流电转为直流电为动力电池充电。

通过上述部件协同工作，确保新能源汽车能够高效、安全地利用电能，其架构示意如下：

图1 新能源汽车高压系统架构

二、整车高压系统上下电流程

2.1.常规高压上电流程

若驾驶员未踩下制动踏板，通过操作钥匙开关，低压电源将从OFF位置切换至ACC或ON，此时车辆的低压电气系统开始供电，并进行系统自检，以确保所有低压电气系统正常工作，通常情况下，此时的部分高压系统被激活但由于钥匙档位未处于START，因此车辆还无法Ready。

若驾驶员踩下制动踏板，并操作钥匙开关，此时低压电源将从相应档位切换至START。以VCU为高压回路接触器的控制对象为例，如图1示意，它将首先控制主负接触器的闭合。

接着，控制预充继电器闭合，预充回路被激活。这是由于预充回路中包含预充电阻，其作用是限制高压电路中瞬时电流的大小，防止在主接触器闭合瞬间，高压电池直接与高压系统其他组件相连时产生的过大电流对系统造成冲击。

在预充过程中，预充电阻将高压电池的电压逐渐引入高压系统，缓慢提升系统电压至稳定状态，这个过程减少了对高压系统中电容的冲击，防止了可能的电压浪涌。当监测到系统电压达到阈值时，表明预充过程已完成，此时预充电阻的任务结束。系统将断开预充回路，将预充电阻从回路中移除，继而闭合主正接触器，让高压电池的正极与高压系统直接相连，形成完整的高压供电回路。在高压系统正式上电后，DC-DC等相关高压组件正式工作，并通过确认制动、驾驶档位处于安全状态后，车辆进入Ready状态，准备就绪，可以启动并行驶车辆。流程参考如下：

图2 高压上电常规流程

注：关于预充电阻的选择，其与系统电压、系统电容、预充时间以及效率相关，需根据实际项目合理平衡。预充时间的预估公式参考：T≈R*C*ln(Vmax/Vmin)

T：预充时间。

R：预充电阻值。

C：系统总电容。

Vmax：预充完成时的电压。该值用于判断预充过程中的电压阈值，通常是系统稳态工作电压的一定比例，常见的经验值是稳态电压的90%。

Vmin：预充开始时的电压。

2.2.常规高压下电流程

驾驶员将车辆停稳后，档位切换至P档，确认车辆已完全停止，将钥匙开关切换至非Statr位置。VCU在接收到关闭指令后，开始进行系统检测，确认车辆是否处于安全状态，一旦确认安全，会先断开主正接触器，切断高压电池与高压系统的直接连接，并监测高压电路中的电压，等待其下降至一个安全水平（这是因为系统中的电容需要时间来完全放电，这个过程称为“泄放”），在确认电压已经降到安全水平后，将控制主负接触器断开，以完全隔离高压电池。BMS、VCU会继续监控高压系统，确保没有意外的电流流动，同时记录车辆状态和电池健康信息。在高压系统完全下电后，低压电气系统也会逐渐进入休眠模式，以节约能源。流程参考如下：

图3 高压常规下电

注：VCU等关键节点的下电延迟于高压系统，需待这些系统完全下电后，才会自行下电，因此在策略中通常有延迟下电功能。另外，在部分车辆中，车速为0并非其必须的判断条件，即在车速足够低但又不为0时，通过判断电机的转速低于某一阈值来作为判断条件。

2.3.紧急高压下电流程

若遇紧急情况，系统将立即断开主正，接着断开主负，继而低压下电并存储数据，过程如下参考：

图4 高压紧急下电

2.4.充电模式高压上电流程

充电模式下车载系统的激活由外部充电设施信号触发，因此该模式下不再对钥匙信号进行判断，但为了确保充电的安全性，需对车速进行检测，以确保车辆始终处于停止状态。流程参考如下：

图5 充电模式高压上电流程

三、总结

上述高压系统的上下电流程为新能源汽车常规的流程方式之一，其中如VCU等产品的在控制策略上会涉及相关标准及要求，此部分需以OEM需求为主，如时序、唤醒、延迟下电等等具体需求。