劉寶泉

(威馬汽車科技集團(tuán)有限公司，浙江溫州 325000)

0 引言

純電動(dòng)汽車是新能源車的主要發(fā)展方向，其動(dòng)力能源通過充電系統(tǒng)獲得，包括直流充電系統(tǒng)(俗稱“快充”)、交流充電系統(tǒng)(俗稱“慢充”)等。直流充電時(shí)依托外部大功率的直流充電機(jī)，可直接對(duì)電池包充電，滿足充電電流大、時(shí)間短的充電需求。交流充電時(shí)依托于內(nèi)置的車載充電機(jī)，將外部充電樁提供的交流電轉(zhuǎn)化為高壓直流電，再對(duì)電池包充電，電流小、時(shí)間長(zhǎng)，但對(duì)電池電化學(xué)損傷最小，更適用于廣大車主日常充電需求。為安全、可靠、快捷地完成充電過程，本文作者將整車控制器VCU作為 “主機(jī)”，其他多個(gè)控制器作為“從機(jī)”，充電過程中接受VCU控制，實(shí)現(xiàn)緊密通信、聯(lián)調(diào)和動(dòng)作。

1 純電動(dòng)汽車充電電氣系統(tǒng)架構(gòu)

充電電氣系統(tǒng)為整車電氣架構(gòu)的重要組成部分，可分為動(dòng)力電池系統(tǒng)、車載充電機(jī)(OBC)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、整車控制器(VCU)、高壓附件等。

其中動(dòng)力電池系統(tǒng)是核心，由若干個(gè)電芯通過不同的串并聯(lián)方式連接組成的電池包，可以充電及放電;電池包的電壓平臺(tái)、充放電功率、充放電電流等參數(shù)是按照整車的動(dòng)力需求配置的，通過選用不同類型的電芯、串并聯(lián)組成方式，實(shí)現(xiàn)安全可靠的快速充電、大電流輸出、較小的容量衰減等特性; 內(nèi)含電池管理系統(tǒng)(BMS)、熔斷器、接觸器、匯流排、熱管理組件、電池包箱體、采樣及通訊線束、電流傳感器等,并設(shè)置多個(gè)高壓輸入輸出接口：輸出+、輸出-、快充+、快充-、慢充+、慢充-、高壓附件+、高壓附件-等。

充電系統(tǒng)滿足相關(guān)國(guó)標(biāo)要求，例如：GB/T 18487.1電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求[1]、GB/T 27930電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議。

表1為各部件縮略語及其定義，圖1為充電電氣系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1 純電動(dòng)汽車充電電氣系統(tǒng)架構(gòu)

表1 縮略語及其定義

2 交流充電控制流程

2.1 前期階段

OBC對(duì)充電槍插入后CC、CP信號(hào)的識(shí)別[2]，安全起見VCU控制INV靜止及判定其他控制器信號(hào)，確保整車處于靜置狀態(tài)，隨后鎖充電槍鎖止，同時(shí)VCU進(jìn)行高壓自檢,包括：OBC故障狀態(tài)、BMS故障狀態(tài)、絕緣值正常、高壓互鎖狀態(tài)、空調(diào)故障狀態(tài)等。OBC內(nèi)部S2開關(guān)導(dǎo)通，BMS在VCU命令下閉合繼電器，預(yù)充電后高壓連接完成。為保障整車低壓供電正常，VCU使能DCDC工作。

2.2 中期階段

BMS在CAN總線上實(shí)時(shí)發(fā)送最大允許充電電流、電壓，并控制交流充電繼電器閉合。隨后VCU允許交流充電并輸出最大充電電流電壓(即最大允許充電功率)。OBC反饋?zhàn)陨碜畲蟪潆姽β?，并比較二者功率取其小作為實(shí)際輸出功率。

充電開始后，OBC按照BMS、VCU輸出的最大充電電流電壓對(duì)充電功率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.3 后期階段

當(dāng)電芯電壓達(dá)到截止條件，BMS向VCU發(fā)送充電停止請(qǐng)求，VCU命令OBC停機(jī)并解鎖電子鎖，BMS斷開交流充電繼電器。如果整車在ON擋，則按照駕駛員意圖決定是否正常下電。如果處于OFF擋，則整車自主下電，包括DCDC停機(jī)、高壓連接斷開、各控制器休眠等。

詳細(xì)交流充電控制流程如圖2所示。

圖2 交流充電控制流程

2.4 異常處理

前期階段如遇到CC或CP信號(hào)異常、其他控制器存在故障碼、車輛移動(dòng)、絕緣值偏低、高壓互鎖斷路等情況，VCU禁止OBC交流充電，電子鎖解鎖；如僅存在電子鎖未鎖止到位情況，為避免插接處接觸不良引起過熱或燒蝕，OBC將降低輸出功率及電流。

中期階段如遇到CP或CC信號(hào)值異常、電池過壓、溫度過高、充電座過熱、OBC內(nèi)部硬件故障、充電樁異常斷電等情況，BMS、OBC報(bào)出故障碼及故障等級(jí)并請(qǐng)求停止充電或降低功率，VCU允許后故障顯示在儀表上提示駕駛員。

后期階段，如遇到電子鎖無法自動(dòng)解鎖情況，OBC將狀態(tài)反饋VCU，后者強(qiáng)制解鎖或儀表提示駕駛員手動(dòng)解鎖。

3 直流充電控制流程

3.1 充電過程

當(dāng)充電槍插入，A+硬線喚醒BMS，判定CC2信號(hào)正常后硬線喚醒VCU。VCU控制INV靜止及判定其他控制器信號(hào)，確保整車處于靜置狀態(tài)。BMS向VCU發(fā)送充電請(qǐng)求，VCU開始高壓自檢，包括：絕緣值正常、高壓互鎖未斷路、各控制器無嚴(yán)重故障碼等。無異常后命令BMS高壓連接，繼電器在BMS控制下依次閉合，預(yù)充電后高壓連接完成。BMS發(fā)送PACK當(dāng)前最大允許充電電壓電流。VCU使能DCDC工作，為蓄電池補(bǔ)電及整車低壓供電。VCU允許直流充電，隨后BMS與充電樁通信交互，握手、充電參數(shù)配置，閉合充電正繼電器，開始充電。

充電中BMS請(qǐng)求的電壓電流實(shí)時(shí)變動(dòng)[3]，充電樁輸出的電壓電流隨之調(diào)整。二者監(jiān)控充電過程中的異常狀態(tài)。當(dāng)達(dá)到充電截止或異常終止條件時(shí)，BMS或充電樁反饋充電停止，直流充電繼電器斷開，狀態(tài)反饋VCU。如果整車在ON擋，則按照駕駛員意圖決定是否正常下電。如果處于OFF擋，則整車自主下電，包括DCDC停機(jī)、高壓連接斷開、各控制器休眠等。

詳細(xì)直流充電控制流程如圖3所示。

圖3 直流充電控制流程

3.2 異常處理

如遇到CC2信號(hào)異常、A+喚醒失敗、BMS或VCU存在故障碼、車輛移動(dòng)、絕緣值偏低、高壓互鎖斷路等情況，VCU禁止直流充電。

如遇到電池過壓、溫度超限、電流超限、充電座過熱、樁車連接異常、充電樁內(nèi)部異常等情況，充電樁與BMS通過CAN通訊相互反饋[4]，同時(shí)BMS報(bào)出故障碼及故障等級(jí)，停止充電或降低功率，故障顯示在儀表上提示駕駛員。

4 結(jié)束語

通過提升整車控制器VCU控制等級(jí)，在充電各個(gè)階段中VCU參考多個(gè)維度的信號(hào)值去判斷整車狀態(tài)，允許或禁止充電、開始或結(jié)束充電，其他控制器服從其控制，從而使整個(gè)充電過程信息周全、快捷有效、安全可靠。文中論述的基于整車的充電控制策略，為純電動(dòng)汽車充電控制流程設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。