谈谈车辆系统的启动与停止控制(下)
Matlab只是一个工具，真正重要的东西是在脑子里面形成的想法和控制策略。
上一讲，笔者根据需求，尝试着描述了“车辆系统的启动与停止”软件架构草图并搭建了详细的控制策略模型，同时对软件架构及控制算法进行了仿真验证。
而无论是纯电动汽车(EV)、混合动力汽车(FHEV)还是插电式混合动力汽车(PHEV)，电池的性能和状态都是十分重要的，且电池的性能和状态受温度的影响最大，特别在极低温时，电池的状态/性能都将急剧下降，这将严重影响车辆的启动性、行驶安全性以及续驶里程(对EV车尤为明显)。
那么，大家想一想，电池在极低温条件下，对新能源汽车的启动性能有什么影响了？
笔者在回答上面这个问题之前，先借助两个图来帮助大家理解电池与温度的关系，以电动汽车常用的锂离子电池为例。
锂离子电池的基本特征：
1、锂离子是活性物质，在离子状态下，可以嵌入和脱出；
2、电解液不会发生活性物质的溶解析出，且与电池的反应无关。
随着锂离子的移动，在电池内部产生电荷的移动，该移动速度的快慢一定程度上决定了电池的输出功率。
锂离子电池运行机制
电池内阻上升的主要原因：
电解液的粘性随着温度的降低而增大；
锂离子移动速度随着温度的降低而降低。
锂离子的移动速度随温度降低而变缓，经过一些实验论证，在0℃附近开始，内阻急速上升。
电池内阻与温度的关系
以上是从电池层面简单剖析了电池机理以及与温度关系。
对于电池极低温课题，从电池层面，至少要从软件层面考虑电池低温加热请求机制，即当电池温度低于一定阈值时，电池ECU会发出加热请求给整车控制器(VCU)，由VCU来协调相应的资源(比如：空调PTC，电加热器等等，通常由硬件结构决定)给电池加热，从而达到低温下启动车辆或者行驶中保持车辆性能的目的。
那么，站在整车层面，还需要做什么事情呢？笔者以第1讲“车辆系统启动与停止”控制需求为基础，考虑在极低温条件下，车辆如何实现电池低温请求的处理。
需求提出(电池极低温时)：
车辆启动时，若VCU收到电池极低温加热请求，则需要将档位锁定在P/N挡，且对电池进行加热控制；
车辆启动时，若VCU收到电池极低温加热请求，则车辆不能行驶，DC/DC OFF，且仪表不能显示“READY”；
电池极低温的加热控制只能在P/N档实施；
...
根据以上需求，更新第1讲的需求，如下表所示：
系统的启动与停止控制软件需求汇总(增加电池极低温的启动需求)
|
软件需求分类 |
软件详细需求 |
|
运转许可 |
没有驾驶员踩刹车踏板、扭动钥匙或按下一键启动按钮信号时，不向电动动力传动系统发出运转许可指令 |
|
若档位在P/N(驻车挡/空挡)挡以外时，当驾驶员进行车辆系统启动操作时，不向电动动力传动系统发出运转许可指令 |
|
|
没有高压系统准备完成OK的信息时，不向电动动力传动系统发出运转许可指令 |
|
|
若有可能导致危害事件的部品故障时，且车辆处于静止状态，不向电动动力传动系统发出运转许可指令 |
|
|
行驶许可 |
要求DC/DC 处于ON的状态 |
|
若电池SOC在规定值(可根据实际标定)以下，不向电动动力传动系统发出行驶许可指令 |
|
|
停止要求 |
若驾驶员有明确的停止操作(车辆静止条件下)时，车辆系统能够响应并安全停止 |
|
若驾驶员有明确的强制停止操作(车辆运行条件下)时，车辆系统能够响应并安全停止 |
|
|
防盗认证 |
若各ECU信息不匹配，不向电动动力传动系统发出运转许可指令 |
|
若各ECU信息不匹配，需要停止发动机点火以及燃油喷射指令 |
|
|
功能安全 |
若有可能导致危害事件的部品故障时，且车辆处于运行状态，需要通过降级处理方式让车辆安全停车或进入安全状态，比如跛行模式(Limp Home) |
|
其他 |
从驾驶员的IG OFF操作到系统各ECU停止工作进行休眠状态期间，要求DC/DC ON |
|
对于驾驶员的启动操作，车辆系统需要在规定的时间内完成启动 |
|
|
对于EV(纯电驱动)/PHEV(插电式混动) |
若充电插头与充电桩不匹配，不向电动动力传动系统发出运转许可指令 |
|
电池极低温条件下 |
车辆启动时，若VCU收到电池极低温加热请求，则需要将档位锁定在P/N挡，且对电池进行加热控制 |
|
车辆启动时，若VCU收到电池极低温加热请求，则车辆不能行驶，DC/DC OFF，且仪表不能显示“READY” |
|
|
电池极低温的加热控制只能在P/N档实施 |
然后，笔者根据电池低温时新增的需求，在第2讲基础上对草图进行更新！
系统的启动与停止软件架构草图(增加了低温启动控制)
软件架构草图中虚线框的部分为电池极低温时新增的控制策略，实现了新增的需求(表格中的蓝色字体)。
然后，根据软件框架草图，在第2讲模型的基础上，新增了电池极低温的控制模型。
输入信号主要为：附件的状态(f_device_st)，启动信号(f_start_st)、系统故障状态(f_system_fail)、系统停止状态(f_system_stop)、档位信号(f_p_st)、DC/DC延迟关闭信号(f_dcdc_extend)、钥匙状态(f_ig)、电池加热信号(f_bwarm_req)。
输出信号主要为：系统状态(f_system_ok)、DC/DC输出状态(f_dcdc_st)、驱动力许可(f_driving_force)、系统状态编号(system_number)，不变。
更新第2讲的控制模型如下图所示，红色框图为新增的信号以及模型：
系统启动与停止Simulink模型整体框图(增加了低温启动)
Simulink模型展开：
最后，对电池极低温新增部分进行仿真验证，给一组激励如下，蓝色信号为新增部分激励：
f_device_st= 1;
f_start_st= 1;
f_system_fail= 0;
f_system_stop= 0;
f_p_st= 1;
f_dcdc_extend= 1;
f_ig= 1;
f_bwarm_req= 1;
系统启动与停止控制测试结果(增加低温冷启动)
从结果可以看出，当附件状态正常，系统无故障且无停止要求，档位处于N/P挡，且有明确的驾驶员启动信号时，当电池处于极低温条件下，即VCU收到电池发送的电池加热请求时，车辆处于电池加热状态，DC/DC OFF、不允许行驶。
图文转自：新能源汽车电控技术
图文转自：新能源汽车电控技术；本文已获原作者授权转载。