一種純電動物流汽車充電問題優化方案

孫李璠，王景松，葛俊夏，萬明麗，魯書建

（鄭州比克新能源汽車有限公司，河南 鄭州 451400）

隨著國內新能源汽車的迅速發展，電動汽車的穩定性、方便性越來越引起人們的關注，對于純電動汽車的充電系統使用要求會更高，在我司車輛推出的使用過程中，前期出現充電問題導致無法滿足客戶需求。因此在設計優化充電問題時不僅要考慮充電時間盡量小，而且必須保證汽車充電使用的穩定性。

本文主要針對某款純電動物流汽車的充電系統特點，通過設計優化進行車輛充電系統的系統升級，解決客戶使用過程中的問題并達到后續設計優化的思路引導。

1 某款純電動物流汽車的充電問題

我司車輛主要以物流車為主，其市場分布具有以下特點：①主要用于物流行業；②分布相對密集；③充電時間集中；④客戶充電使用環境不一致；⑤客戶充電接線存在參差不齊現象；⑥使用充電方式多樣化。

針對以上特點，主要暴露出來的使用問題有以下幾個方面：①交網配電接線方式混亂，出現未搭鐵、過溫、短路、漏電等保護故障；②多臺車充電過程中出現交網電壓降低，充電電流增大，出現16A三角插頭灼燒現象；③車輛恒功率充電，當電壓下降，易報過流故障。

2 充電問題的優化方案

根據國標GBT 18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統第1部分：通用要求》的要求，交流充電必須具備漏電保護、短路保護、過壓保護、欠壓保護、過流保護、缺地檢測、過溫保護。

關于純電動物流車在市場應用中的問題，主要分三方面進行優化處理，主要包括：①交網配電要求的統一規定；②三角插頭端增加過溫保護；③在確保硬件不變的情況下，將“恒功率模式”充電改為相對“輸入恒流模式”充電。

3 交網配電要求

中國低壓電網采用三相四線制，即A、B、C三相加上中性線 （零線）N，三相中任一項作為火線L與零線N組成單相電，慢充電路由火線L、零線N及搭鐵線PE組成，根據售后反饋，跳槍多為居民區用電，因居民區三相用電分支較多，電壓不均衡且波動較大，易引起過流現象。因此交網配電要求應滿足以下原則。

1） 單臺車充電時，線徑L=2.5～4 mm2、N=2.5～4 mm2、PE=2.5～4 mm2，空氣開關需選用C32規格以上，16 A插座需為工業級。接線方式為配電柜-空氣開關-16 A插座。

2） 多臺車充電時，線徑L＞n×6 mm2、N＞n×6 mm2、PE=6 mm2、L1=L2=L3=L4=L5…Ln=2.5～4 mm2、N1=N2=N3=N4=N5…Nn=2.5～4 mm2。空氣開關需選用載流能力滿足總體電流需求：I＞n×16 A規格以上，16 A插座需為工業級；接線方式為配電柜-空氣開關-電工母排工作。

4 16 A三角插頭溫控

現階段，我司BMS采用恒功率充電，當交網電壓下降時，電流增大，若交流輸入電流大于過流閾值 （16 A），充電槍上的控制盒會報過流故障，停止工作，具體計算如下。BMS需求功率：

PBMS=V交額×Icp

式中：V交額——BMS默認的交網額定電壓220VAC；Icp——占空比×100×0.6（國標）。

根據OBC輸出功率P輸出=PBMS，可計算出交流輸入OBC的功率：

式中：η——OBC整機效率，0.9。

當多臺車同時充電或特殊時期交網電壓下降時，由于恒功率充電模式，會導致I輸入上升，當輸入電流不大于閾值16 A時，長時間大電流充電，導致三角插頭接合處發熱嚴重，當溫度高于一定程度時，會出現灼燒現象。

對此進行優化設計：在三角插頭處增加熱敏電阻進行16 A三角插頭導體溫度的檢測，當控制盒檢測到溫度傳感器的溫度超過85±5℃，持續時間大于10 s，控制盒應進入溫度保護狀態，切斷電源線上的電流；當溫度回落75±5℃以下，持續時間大于10 s，或溫度保持在75±5℃，持續時間大于10 s，控制盒恢復工作狀態，恢復電源線上的電流，不限恢復次數。具體接線示意圖見圖1。

圖1 接線示意圖

5 充電模式的優化

為優化已經投入市場的車輛，我司采用的原則是：在保證硬件及通信協議字節寬度不變的前提下，進行軟件控制方面的優化，主要從設計方案、方案驗證、問題處理三個方面進行。

5.1 設計方案

將恒功率充電模式改為輸入恒流充電模式，我司充電機工作采用CAN激活方式，通過控制單元發送開機指令及相應需求，直流電流改進前簡易流程見圖2。

圖2所示當車輛充電時，VCU接收到CC信號，VCU判斷電纜允許的最大電流，并通過CAN發送至BMS；同時激活BMS、儀表、DCDC；BMS將充電繼電器吸合，根據CP信號判斷出供電設備的最大電流，結合電池、VCU所發送的電纜最大電流，綜合判斷出請求直流充電電流并通過CAN發送至OBC；OBC根據BMS所請求直流電流及自身功率開始給電池充電；當達到停止充電條件，BMS斷開相應繼電器。

優化設計方案為BMS將充電繼電器吸合，根據CP信號判斷出供電設備的最大電流，結合電池、VCU所發送的電纜最大電流綜合判斷出最大允許交流輸入電流并通過CAN發送至OBC；OBC根據BMS所請求最大允許交流輸入電流及自身功率開始給電池充電；當達到停止充電條件，BMS斷開相應繼電器。

圖2 修改前簡易流程圖

具體通信協議優化點：①增加OBC發送至BMS交流輸入電壓；②增加BMS發送至OBC最大允許輸入交流電流；③將BMS發送至OBC充電所需電流改為直流側最大允許輸出電流。具體見圖3～圖6。

圖3 OBC發送至BMS部分信息

圖4 增加后OBC發送至BMS部分信息

圖5 BMS發送至BMS部分信息

圖6 增加后BMS發送至BMS部分信息

5.2 方案驗證

通過將充電機程序進行更改，BMS程序進行更改，對程序進行不同電壓、不同充電槍的測試，具體測試數據曲線見圖7和圖8。

圖7 占空比為21.66%模式13 A充電槍測試曲線

圖8 占空比為21.66%模式16 A充電槍測試曲線

通過測試數據繪制的曲線可以看出，輸入交流電流基本趨于直線，則可以確定輸入交流電流可以達到相對恒流輸入。

5.3 問題處理

在充電測試期間限流輸入15.6 A時，開機啟動，鉗流表顯示輸入電流達到34 A左右，隨后降到要求范圍。

通過實驗室模擬試驗條件，帶電池啟動，充電電壓374 V左右 （CV模式電子負載），用電流槍和鉗流表同時檢測輸入電流。鉗流表顯示34 A左右讀數，示波器檢測到有100 ms左右的大電流輸入，示波器波形見圖9。

原因分析：軟件對輸入電流的限制，是自檢功能完成后，才進行輸入電流限制，會有一定時間的延時，所以上電一瞬間會有一個大輸入電流，隨后軟件檢測到超過要求的輸入電流，啟動限制輸入電流到要求范圍。

更新軟件后，鉗流表和示波器都未檢測到有大電流輸入，示波器波形見圖10。

軟件優先對輸入電流進行最大限制，實時檢測和控制，解決輸入電流脈沖問題。

6 結論

圖9 瞬間啟動大電流波形

圖10 更新軟件后的波形圖

本文針對我司現有純電動汽車的充電特點，按照GB／T 18487.1-2015、GB／T 27930-2015的設計要求優化適合我司車輛的充電方式，通過以上三個大方面的優化，基本可以解決硬件故障以外的充電問題：①交流配電的要求解決用戶接線混亂的現象；②16 A三角插頭增加溫控傳感器，可以解決因三角插頭發熱嚴重導致灼燒現象；③“恒功率充電”優化為“輸入恒流充電”可以解決在不同電壓范圍正常充電問題。