汽車12V蓄電池虧電原因及應對措施研究

【摘" 要】文章針對汽車12V蓄電池虧電的問題，解析造成虧電的主要原因，包括充電不足、過度使用車輛和車輛異常工作。針對每一種主要原因提出對應的解決方案，包括優化系統控制策略、提高電池充電接受能力、手機APP主動提示、智能熔斷絲盒主動斷電、ECU主動復位及故障數據上報等技術。

【關鍵詞】汽車蓄電池；虧電；主動斷電；主動復位；故障上報

中圖分類號：U463.633" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）03-0063-04

Analysis of Automotive 12V Battery Drain Reasons and Countermeasures

【Abstract】This paper analyzes the main causes of 12V battery drain issue of automobiles，including insufficient charging，over-use of the vehicle，and abnormal operation of the vehicle. For each of the main causes，this paper proposes corresponding solutions，including optimizing the system control strategy，improving the battery charging acceptance ability，active alerting by mobile APP，active power-off by smart fuse box，active reset of ECU，and bug reporting.

【Key words】automotive battery；battery drain；active power off；active reset；bug reporting

伴隨著5G技術、AI技術和芯片技術等新技術的發展，運用于汽車行業的新技術也如雨后春筍般層出不窮，日新月異。車輛功能的增多，給較為傳統的12V供電系統帶來越來越嚴峻的挑戰。特別是車載娛樂、車載互聯等系統需要車輛在發動機熄火后仍然保持工作，其復雜的電源管理系統為12V電池的電量帶來了極大的風險。汽車12V蓄電池虧電已經成為了行業里的普遍現象[1]。

1" 汽車12V蓄電池虧電原因

1.1" 充電不足造成電池易虧

無論是從法律政策層面，還是從消費者需求層面，各大車企均在尋求降低內燃機汽車燃油消耗的進一步可能。智能充電技術及發動機自動啟停技術是目前各大車企普遍采用的兩種技術，但均會造成12V蓄電池充電不足。

1.1.1" 智能充電策略造成充電不足

車輛12V充電系統一般由12V發電機、12V電池發電機控制模塊、電池傳感器、電源管理控制模塊及相關線束回路組成，如圖1所示。

在較早的12V充電系統中，發電機控制系統會要求發電機按照既定的電壓（通常為14.5V左右）給電池進行充電，直到電池荷電狀態（SOC）充到100%為止。

隨著油耗的挑戰日益嚴峻，各大車企紛紛引入智能充電系統。某車型的設計如下：電池傳感器估算電池的荷電狀態（SOC）及健康狀態（SOH）并通過LIN通信將當前的SOC及SOH傳遞給電源管理系統。電源管理系統根據當前SOC與SOH，動態調整目標SOC（通常為70%～80%），并將當前SOC與目標SOC通過CAN信號傳遞給發電機控制模塊。發電機控制模塊再結合發動機負荷狀態及目標SOC，動態調整發電機的輸出電壓，以達到將12V電池的SOC控制在目標SOC附近。同時，使得發動機在低效區時發電機減少輸出電壓，發動機在高效區時發電機提高輸出電壓，最終實現降低油耗的目標（圖2）。但其造成12V電池長期處于部分SOC的狀態，一方面減少了車輛熄火后的最長駐車時間，另一方面極易造成蓄電池硫化，導致蓄電池過早失效。

1.1.2" 發動機自動啟停功能造成充電不足

發動機自動啟停功能指在車輛車速從非0變為0以后，發動機自動從運轉狀態變為停止狀態，并能在駕駛員踩油門后立刻自動恢復運轉的功能。

當發動機變成停止狀態后，由于車輛的電氣系統仍然處于工作狀態，造成12V蓄電池快速放電，且其放電電流通常為20A以上。當發動機恢復運轉后，發電機恢復給電池充電，其充電電流取決于發電機電壓及電池狀態。當電池硫化程度較低時，可以達到30～50A。如果電池有一定的硫化，電流大約為10～30A。如果電池硫化較為嚴重，電流甚至不足5A。

當車輛行駛路況較好，等待紅綠燈時間較少時，發動機運轉時間占比較大，蓄電池電量尚能得到維持。若車輛行駛路況較差，等待紅綠燈時間較長，發動機停止時間占比較多，蓄電池的電量就很難維持在較高水平。長此以往，極易加劇蓄電池硫化的發生。

1.2" 發動機或動力系統關閉狀態下過度使用車輛造

成電池虧電

傳統內燃機汽車發動機熄火時，整車的供電都來自于蓄電池。新能源汽車在動力系統關閉狀態下，雖然動力電池可以在一定范圍內維持12V蓄電池的電量，但通常也有既定的保護策略，只在一定的范圍內提供電能。目前，主要有以下兩種使用場景易發生電池虧電。

1）過度使用娛樂系統造成電池虧電。從單一的交通工具到消費者的“第二個家”，近年來汽車的使用場景已經越發復雜，車輛的功能得到了前所未有的快速發展。其中，車載娛樂系統的發展極為突出。短短10年間，傳統CD機已經從車上消失，藍牙音樂也被逐步替代，取而代之的是越來越大的電子顯示屏。從2010年左右的3.5英寸開始，到2018年左右全球市場汽車中控顯示屏的平均尺寸為7.7英寸，而近年來越來越多的車輛開始采用雙聯屏及三聯屏的結構，其尺寸早已突破20英寸。消費者樂于享受各種車載娛樂系統的視聽娛樂功能，常在發動機熄火狀態下造成12V電池的大量放電。

2）過度使用車載互聯系統造成電池虧電。車載互聯功能是近年飛速發展的另一大功能。通過車載互聯，消費者可以第一時間通過手機查詢到車輛的狀態，如剩余油量、車輛位置、車窗開關狀態等。汽車廠商也經常利用車載互聯系統獲取診斷數據，進行車載軟件推送升級（OTA）。特別是隨著“軟件定義汽車”理念的普及，汽車軟件進行OTA升級的頻率逐年提高。為了保證行駛過程中的車輛安全，OTA升級的很大一部分工作是發生在發動機熄火狀態下的，其消耗電流通常大于10A，給12V蓄電池帶來了很大的壓力。

1.3" 車輛異常工作造成電池虧電

為了實現復雜的車輛功能，車載ECU數量愈發增多。從傳統的發動機控制模塊、車身控制模塊到娛樂系統控制模塊，再到自動駕駛控制模塊，很多模塊都是常電，即車輛熄火后也一直保持供電，以滿足熄火狀態下的功能需求。伴隨著功能的增多及ECU數量的增多，車載軟件的代碼行數也呈幾何級數增長。超過千萬行代碼的汽車軟件已成普遍現象。代碼行數的增多，為12V蓄電池的虧電帶來了多重的風險。

1.3.1" 車輛CAN總線不休眠

CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。

CAN總線下的ECU供電形式分為非常電和常電兩種。非常電形式指在ECU和蓄電池之間有專門控制電源通斷的開關。該開關受整車點火開關狀態或者其他ECU控制，通常在車輛熄火后自動斷開。除非控制系統出故障，非常電形式的ECU通常不會造成CAN總線不休眠。常電形式指蓄電池直接給ECU供電，中間不存在任何通斷開關。常電形式的ECU需要自己根據收到的CAN報文或自身外設模塊發送的本地信號，實現CAN網絡報文的管理，在非必要時停發網絡報文，造成車輛CAN總線不休眠。

隨著ECU的增多及車輛功能的增多，ECU出現不能停發網絡報文或異常喚醒網絡的概率也逐漸增高。一旦車輛發生網絡不能休眠的故障，12V電池將會以安培級的電流快速放電，在十幾個小時甚至幾個小時內就有完全放光的風險。

ECU出現不能停發網絡報文的原因主要有4種：①ECU內部執行程序時進入了死循環無法退出；②ECU內部看門狗喂狗失敗不斷重啟；③ECU自身功能規范制定有缺陷，導致ECU不滿足進入休眠的條件；④系統設計有缺陷，導致ECU和ECU之間的握手信號不能滿足使ECU進入休眠的條件。

1.3.2" ECU本地不休眠

與車輛CAN總線不休眠不同，ECU本地不休眠指雖然ECU已經停止發送CAN總線報文，但ECU本地仍然在以較大的功率進行工作。通常，為了滿足整車暗電流的需求，常電形式的ECU需要將暗電流控制在幾十微安的級別。但在故障發生時，ECU的暗電流會接近于正常工作狀態時的電流，導致整車暗電流嚴重超標。此時的暗電流雖然沒有車輛CAN總線不休眠時那么大，但也會使車輛在停放數天或數周后出現無法啟動的故障。

1.3.3" 模塊受外界干擾頻繁喚醒

該類問題主要發生在對外界干擾比較明顯的傳感器上，例如門把手電容傳感器、感應式后備廂電容傳感器。當車輛停在外界干擾源比較明顯的環境中時，車上的傳感器容易受到電磁干擾導致誤激活ECU。

例如當車輛在大雨天停在屋檐下時，匯集的雨水可能會持續擊打在門把手電容傳感器上，造成傳感器誤以為有人頻繁觸摸門把手，從而頻繁喚醒整車網絡。又如車輛停在大功率的電動汽車充電站附近時，高強度的電磁干擾頻繁觸發感應式后備廂電容傳感器，造成傳感器誤以為有人頻繁嘗試打開后備廂門，從而頻繁喚醒整車網絡。

2" 應對措施

2.1" 充電不足的應對措施

2.1.1" 優化系統控制策略

在滿足排放、油耗等相關法規的前提下，汽車制造商可以適當提高智能充電系統12V電池SOC的目標值。當SOC實際狀態低于SOC目標值時，適當提高發電機的輸出電壓控制值，以保證SOC能夠維持在較高的水平。同時，汽車制造商還可以設置一個定期滿充電池的間隔時間，保證12V電池能夠一段時間被充滿一次。

汽車制造商還可以為自動啟停設置更加穩健的進入條件，例如提高SOC的閾值。但由于自動啟停功能易被客戶感知，不宜過多降低自動啟停的可能性。

2.1.2" 提高電池充電接受能力

充電接受能力指電池在一定的充電電壓及一定的充電時間內能夠充進的安時數。提高電池的充電接受能力，可以使電池在有限的充電時間能補充更多的能量，降低SOC過低的風險。例如可以通過添加碳和石墨烯的方式，大大提高電池的充電接受能力。

2.2" 過度使用車輛的應對措施

2.2.1" 內燃機車輛的應對措施

內燃機車輛受制于系統架構，對于客戶過度使用車輛造成的虧電通常沒有特別有效的措施。當監測到發動機熄火狀態下客戶仍然在長時間使用車輛時，汽車制造商可以通過車載顯示屏提示或手機APP提示的方式，善意提醒客戶（遠程）打開發動機給電池補電。

理論上，也可以通過自動打開發電機給電池補電的方式避免電池虧電。但由于停車時周圍環境的不可控性，以及客戶對燃油消耗的敏感性，不推薦自動打開發電機給電池進行補電。

2.2.2" 電動汽車的應對措施

電動汽車配備了比12V電池能量多幾十倍的動力電池。當車輛熄火后，動力電池仍然可以通過DC/DC給車輛電氣系統供電。所以，電動汽車基本不存在因過度使用車輛造成的12V蓄電池虧電問題。

2.3" 車輛異常工作的應對措施

2.3.1" 智能熔斷絲盒主動斷電

目前，使用智能熔斷絲盒代替傳統熔斷絲盒成為了勢不可擋的趨勢。智能熔斷絲盒大量減少使用傳統熱熔斷絲和繼電器，轉而使用更多可編程控制的通斷器件，如eFuse。

特斯拉是最早擁抱eFuse的廠商之一，2017年在Model3車型用大量eFuse替代低壓繼電器+熱熔斷絲。eFuse是一種集成保護電路，用于在故障情況下將電路電流、電壓限制在安全水平。eFuse是一種有源電路保護器件，帶有集成FET。eFuse通過測量已知電阻器上的電壓來監測電流，在電流超過設計限值時，通過場效應晶體管（FET）切斷電流。

利用eFuse的附加功能，車身控制器可以監控各個用電器在車輛休眠狀態下的休眠電流。如果發現某個ECU的休眠電流明顯異常，則可判斷該ECU本地無法休眠。車身控制器可以主動斷開給該ECU供電的eFuse，避免12V電池虧電。對于某些必須持續保持低功耗模式工作的模塊，可以通過eFuse實現ECU重新上電的過程，重啟ECU消除故障。

2.3.2" ECU主動復位

當車載網絡無法休眠時，車上通常存在多個ECU都在異常工作的情況。即使車輛已經使用了eFuse，但同時給所有ECU停止供電會帶來難以評估的風險。另外，通過eFuse完成ECU重新上電后，ECU自身休眠電流異常的故障也可能繼續存在。車輛可以嘗試通過ECU主動重置，消除網絡無法休眠的問題。

車輛智能網關作為車載網絡的神經中樞，當檢測到車載網絡發生異常無法休眠時，可以根據各個模塊的網絡管理報文發送狀態主動判斷造成網絡無法休眠的原因。若網絡上存在某一個ECU主動喚醒車載網絡或者該ECU自身休眠電流異常的故障，車輛智能網關可以根據UDS協議向該ECU發送0x11的ECU復位指令。若網絡上存在多個ECU被動喚醒車載網絡，車輛智能網關可以依次嘗試向相關ECU發送0x11的ECU復位指令。

為了實現上述功能，所有車輛ECU都要遵從UDS診斷協議進行開發。ECU也需要通過eFuse進行供電。若車輛不具備eFuse，當車輛智能網關識別到有ECU本地休眠異常時，智能網關同時或依次向所有的ECU發送0x11的ECU復位指令。

2.3.3" 故障數據上報

為了方便故障診斷，車輛應具備故障數據上報的功能。當ECU診斷到車輛存在網絡不能休眠的異常、ECU本地不能休眠或ECU被頻繁喚醒等事件發生時，ECU應主動向各ECU發送0x22診斷指令，從各ECU處獲取CAN總線休眠、本地休眠抑制原因及喚醒原因。各ECU應當依據汽車制造商的診斷功能定義，提前設置相關的DID，將信息及時間戳記錄到對應的DID中。

汽車制造商可以創建用來監控12V蓄電池虧電問題的看板，實時統計及展示客戶車輛上報的異常事件。橫向做到跨車型的全面管理，縱向做到單一車型的全生命周期管理，并能點對點做到對某一個具體車輛、問題的精細化管理。

3" 總結

12V蓄電池虧電問題已經成為了各大汽車制造商的共性問題。隨著汽車電氣化及互聯化的發展，該問題有增加趨勢。本文總結了常見的導致汽車12V蓄電池虧電的原因，并針對各項原因提出了具體而有效的解決方案。汽車制造商可以選擇性地采取全部或部分方案，為12V蓄電池保駕護航。

參考文獻

[1] 王大麗，程琳，龍蘇華，等.汽車電源管理系統的設計方法趨勢淺析[J].汽車電器，2022（6）：71-73.