【第一電動(dòng)網(wǎng)】（特約作者 朱玉龍）純電動(dòng)汽車想要賣好是很不容易的，需要考慮私人用戶使用的方方面面，這里繼續(xù)把純電動(dòng)汽車使用過程中發(fā)生的問題進(jìn)行梳理，這篇文章主要談兩點(diǎn)，12V電池虧電和故障/沒電車輛的運(yùn)輸。

第一部分 12V電池虧電

12V電池是汽車?yán)锩嬷匾慕M成部分，也是整個(gè)電子控制系統(tǒng)的主要電源之一。當(dāng)電池虧電的時(shí)候，對(duì)純電動(dòng)汽車會(huì)帶來一些意想不到的問題。我們先來看看傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛的12V系統(tǒng)

1)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車12V系統(tǒng)

傳統(tǒng)汽車的供電系統(tǒng)是由汽車發(fā)電機(jī)和12V蓄電池兩部分組成，發(fā)電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的時(shí)候提供電能同時(shí)給蓄電池充電，蓄電池呢提供啟動(dòng)引擎的能量，也是所有的電子模塊常態(tài)的供電。

12V蓄電池在汽車啟動(dòng)時(shí)為起動(dòng)機(jī)提供較高的啟動(dòng)功率，起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來之后拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，幫助發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)；在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以后起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)脫開，并與供電系統(tǒng)脫離。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充 電，與蓄電池一起對(duì)車載的所有電子電氣模塊供電；當(dāng)汽車引擎不工作時(shí)，由蓄電池對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電。 發(fā)電機(jī)部分由交流發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)器兩部分組成。由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是在變化的，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的速度也在變化，在通常情況下的充電電壓一般在14V左右，因此需要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)電流大小，轉(zhuǎn)速低時(shí)調(diào)節(jié)的電流就大，轉(zhuǎn)速高時(shí)調(diào)節(jié)的電流就小，使發(fā)電機(jī)輸出較為穩(wěn)定的電壓。

傳統(tǒng)車的常見問題，是電池老化、電池跑電或者天氣較冷的時(shí)候之后，起動(dòng)機(jī)啟動(dòng)不了，而一般需要通過外接12V電池啟動(dòng)的方式，然后就可以操作了。

圖1 傳統(tǒng)汽車12V電源系統(tǒng)架構(gòu)

2)純電動(dòng)汽車的12V系統(tǒng)

新能源車，不管是強(qiáng)混，插電/增程式混合動(dòng)力，純電動(dòng)汽車，整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)上都用DC-DC來取代原有的發(fā)電機(jī)，用高壓的電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輛。整個(gè)12V電氣架構(gòu)的改變，使得原有12V蓄電池的使用特性產(chǎn)生了改變，它的作用就只變成了一個(gè)輔助能量單元，而不需要提供瞬時(shí)的高功率了。在較早的普銳斯HEV上面，12V電池就已經(jīng)轉(zhuǎn)換為AGM的鉛酸電池，如圖2所示。

DC-DC由于本身是電力電子控制部件，對(duì)電流和電壓均可進(jìn)行較精確的控制，所以可以實(shí)現(xiàn)對(duì)12V電池的能量管理，在這樣的條件下，某些整車企業(yè)已經(jīng)用12V鋰電池代替原有的鉛酸電池。

注：12V電源網(wǎng)絡(luò)的常態(tài)工作電壓是13.5V，所以一般也可稱作14V。

圖2 新能源車12V系統(tǒng)概覽

3)12V電池虧電對(duì)純電動(dòng)車輛的影響

實(shí)際上，正是由于新能源整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，特別是控制結(jié)構(gòu)如圖3所示，相對(duì)傳統(tǒng)車要復(fù)雜一些，使得12V總線上的模塊較多。我們可以預(yù)見到的情況是，由于幾方面因素：

a)電子控制模塊較多，假定傳統(tǒng)的模塊設(shè)定為1mA～5mA，總體的靜態(tài)電流較大。

b)電子控制模塊較多，CAN網(wǎng)絡(luò)的睡眠喚醒機(jī)制較為復(fù)雜，特別是充電(快充和滿沖)的時(shí)候，導(dǎo)致12V的蓄電池在傳統(tǒng)停置的時(shí)候，需要給電較多。

c)模塊的控制邏輯，特別是因?yàn)榻尤胲嚶?lián)網(wǎng)的監(jiān)控需求，使得車輛電子系統(tǒng)的邏輯跳轉(zhuǎn)變得相對(duì)脆弱，可能在某些狀態(tài)下沒辦法完全讓車“休眠”。

所以根據(jù)這些判斷以及國(guó)外車輛在使用過程中的一些投訴，比較高的可能性出現(xiàn)問題，就是在車不用一段時(shí)間(幾天或者一周以上)，這車可能在高壓電池滿電的情況下，就啟動(dòng)不了了。

細(xì)究里面的原因，主要是因?yàn)?，雖然我們?cè)O(shè)定的模塊正常工作電壓通常是9～16V，虧電的鉛酸/AGM電池一旦輸出電流，電壓就會(huì)繼續(xù)持續(xù)往下掉，而使得DC-DC給電池補(bǔ)電的通路本身就需要12V電池來吸合控制繼電器的線圈來維持觸點(diǎn)閉合。所以按照老的經(jīng)驗(yàn)，我們可能拿個(gè)電池上去Jump Start(并聯(lián)或者串聯(lián)均可)，等到車輛啟動(dòng)起來，電池一拿走，車輛控制系統(tǒng)全部繼續(xù)掉電關(guān)閉，如圖3所示，高壓電池維持輸出需要保證接觸器有足夠的保持電壓和電流供給，一旦電池不給力，這個(gè)系統(tǒng)還是會(huì)掉下去。

這個(gè)時(shí)候，其他的辦法我們拿著外部的交流充電插頭給車上高壓電，就根本不會(huì)接收；如果上的是直流充電插頭，這事情可能微妙一些，如圖3所示，比如Combo和Chademo都是不給12V電給車輛，所以90%的車輛還是會(huì)繼續(xù)趴窩；中國(guó)國(guó)標(biāo)這塊是設(shè)計(jì)有一個(gè)輔助電源，可是傳統(tǒng)的國(guó)標(biāo)乘用車一般不會(huì)用這路電源給車輛進(jìn)行補(bǔ)電。

這個(gè)問題，隨著車輛年歲上去，使用者不注意，問題會(huì)逐漸增多的。這里提一些可能的解決的辦法：

I)當(dāng)發(fā)生這個(gè)事情的時(shí)候，用額外的電池需要給車輛供一段時(shí)間的電，將車輛的Power Button，也就是高壓系統(tǒng)啟動(dòng)起來，讓DC-DC對(duì)電池進(jìn)行一段時(shí)間的補(bǔ)電。

II) 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在這個(gè)角色里面是很微妙的，當(dāng)它工作給后臺(tái)發(fā)送信息的時(shí)候，可以加入12V信息，如果出現(xiàn)苗頭不對(duì)可以通知消費(fèi)者。一般傳統(tǒng)車可以停放的時(shí)候，新電池設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮是90天以上，純電動(dòng)汽車這個(gè)時(shí)間可能達(dá)不到。

III)在車輛設(shè)計(jì)的時(shí)候，還是需要做靜態(tài)電流控制和系統(tǒng)驗(yàn)證，當(dāng)然12V電池的布置也很講究，放在太難處理的地方也不好操作了；這個(gè)問題在德國(guó)的幾家廠家給48V系統(tǒng)配置的時(shí)候，也注入了一個(gè)強(qiáng)制充電模式，很值得我們?cè)谶@里考慮進(jìn)去。

圖3 某純電動(dòng)車示意圖和框圖

小結(jié)：

1)滿電趴窩這事情太郁悶了，消費(fèi)者首先會(huì)莫名其妙，然后會(huì)抓狂的。推廣大量之后，大家可能都會(huì)遇到的。

2)電池連多久，根據(jù)虧電的情況而定，操作起來也不方便，這事情另外一種做法就是配置12V充電機(jī)，成本花費(fèi)也不低。

3)要是遇到要求換12V的蓄電池的情況，由于VCU一般有對(duì)12V電池的精確控制和檢測(cè)，一般是沒必要的。

第二部分 車輛故障狀態(tài)的運(yùn)輸問題

2015年初，關(guān)于特斯拉Model S在中國(guó)拖車的事情鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，最終是以特斯拉中國(guó)說明使用拖鉤和牽引模式設(shè)置結(jié)束的。

圖4 特斯拉Model S的牽引模式拖車

我們深入挖掘這個(gè)事情，從參考文件1來看，其實(shí)是要求只能用平板車幫助，

圖5 特斯拉Model S的運(yùn)輸模式要求

假定如果我們像傳統(tǒng)車的那樣，將系統(tǒng)掛空擋，離合器斷開，車輛空拖的時(shí)候，其實(shí)變速箱端是沒有阻力的。當(dāng)純電動(dòng)汽車拖車的時(shí)候，由于一般的設(shè)計(jì)，一般通常是采用單減速器直連，輪子的傳動(dòng)到電機(jī)之間沒有離合器斷開，拖車的過程中，電機(jī)就給拖拽起來了。純電動(dòng)汽車的空檔只是通過控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器不輸出給電機(jī)扭矩，系統(tǒng)下電也只是將電池的輸出禁止，而電機(jī)本身還和輪子永久連接的。

所以這事情可以分成幾種不同的情況：

1)逆變器緊急拖車系統(tǒng)不工作，也就是說逆變器沒有控制和供電

如圖6所示，在這個(gè)狀態(tài)下，IGBT的驅(qū)動(dòng)電源撤掉以后，本身的工作就只有寄生的反向二極管，在這個(gè)情況下，我們可以看到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)的電就會(huì)在逆變器上面進(jìn)行整流，擴(kuò)展到它能接觸的總線上去。在速度較高的情況下，別的不說，逆變器的發(fā)熱比原有更集中，特別某些峰值情況下，離開了液冷系統(tǒng)的情況下。

2)如果我們?cè)O(shè)計(jì)了緊急拖拽系統(tǒng)

如果想要把這個(gè)系統(tǒng)做好，之前是需要對(duì)所有牽涉相關(guān)的系統(tǒng)做診斷，我們要知道逆變器、液冷系統(tǒng)是否處在可工作的狀態(tài)下。然后給系統(tǒng)上電，告訴系統(tǒng)進(jìn)入特殊的拖拽模式下，并告知拖車的最高速度。在整車層面需要設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)急模式，限制在一定的拖車速度下，讓整個(gè)散熱系統(tǒng)工作，系統(tǒng)能量最好從散熱系統(tǒng)和12V DC-DC走，這個(gè)功率通過控制可以限制在一定的范圍之內(nèi)。實(shí)際在開發(fā)過程中，是需要重新測(cè)量在這種被動(dòng)模式下的流道的實(shí)際情況，往往熱量都集中在了一起了。如果我們讓高壓電池去回收這些能量，有很多潛在的風(fēng)險(xiǎn)是需要去擔(dān)的，特別是某些速度較高和變化區(qū)間。

未來這種模式的設(shè)計(jì)，會(huì)在越來越多的車上實(shí)現(xiàn)，畢竟限制拖車模式對(duì)推廣量來說有一定的限制作用的。

圖6 電機(jī)反拖，逆變器關(guān)閉狀態(tài)下的情況

圖7  Tesla Model S的P85D雙電機(jī)配置

圖8  普銳斯的緊急拖車模式

本文小結(jié)

純電動(dòng)汽車推向私人客戶的時(shí)候，會(huì)遇到很多的問題，面對(duì)不太會(huì)看用戶手冊(cè)的私家車主，加強(qiáng)教育和科普也是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的事情。

參考文件：

1.Tesla User manual https://www.teslamotors.com/sites/default/files/blog_attachments/ms_owners_guide.pdf

2.Tesla Emergency Guide

3.Prius User manual

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