一種純電動(dòng)汽車車載充電策略

肖 聰，劉 新，伍 岳，吳 龍，朱金寶

（東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，湖北 武漢 430056）

1 引言

隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，越來越多的純電動(dòng)汽車得到了普及，而充電系統(tǒng)為純電汽車的動(dòng)力能源補(bǔ)給提供保障，其中車載交流充電技術(shù)是目前主流研究的方向之一。車載充電機(jī)（OBC）通過AC-DC技術(shù)實(shí)現(xiàn)220 V交流電轉(zhuǎn)直流電進(jìn)行輸出，能非常方便地為純電動(dòng)汽車電池充電。

為了提高交流充電效率與速度，大功率車載充電機(jī)的發(fā)展必將是趨勢。目前市場上的絕大多數(shù)OBC產(chǎn)品的功率都以6.6 kW為主，而且11 kW及以上的OBC產(chǎn)品也在國內(nèi)開始研發(fā)使用，并逐步成為主流。根據(jù)GB／T18487.1-2015規(guī)定，額定電流大于16 A的供電設(shè)備必須要提供鎖止機(jī)構(gòu)，即采用6.6 kW及以上的OBC產(chǎn)品的純電動(dòng)汽車必須裝有電子鎖止裝置，因此針對國標(biāo)要求，本文提出一種基于OBC檢測充電連接確認(rèn)（CC）信號、控制引導(dǎo) （CP）信號，并控制電子鎖的交流充電策略。

2 交流充電系統(tǒng)原理

交流充電系統(tǒng)主要相關(guān)的設(shè)備包括電池管理系統(tǒng) （BMS）、OBC、交流充電接口、儀表解鎖開關(guān)等，交流充電接口依據(jù)GB／T20234.2-2015定義，電子鎖置于交流充電接口內(nèi)。OBC檢測CC、CP信號并反饋給BMS，再依據(jù)BMS提供的數(shù)據(jù)，按照GB／T18487.1-2015規(guī)定，OBC動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)充電電壓或電流參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成充電過程。充電結(jié)束后，為了使駕駛員方便對電子鎖解鎖，在儀表處安裝解鎖開關(guān)。電氣系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 交流充電原理圖

3 交流充電控制策略

根據(jù)交流充電原理，本節(jié)主要介紹上下電控制策略。

3.1 喚醒過程

插入交流充電槍，OBC激活并自檢。檢測到CC信號正常后，OBC自動(dòng)閉合電子鎖并檢查上鎖狀態(tài)。當(dāng)OBC檢測到CP信號和電子鎖狀態(tài)正常后，閉合S2開關(guān)。當(dāng)OBC檢測到CC信號正常時(shí)輸出+12 V／24 V喚醒 BMS。準(zhǔn)備流程圖如圖2所示。

圖2 上電準(zhǔn)備流程圖

3.2 充電過程

BMS激活并自檢，無故障后，就檢查BMS與OBC通信是否正常。上電條件都準(zhǔn)備就緒后，BMS吸合主負(fù)接觸器，接收到OBC通過 CAN總線發(fā)送的CC號正常，同時(shí)檢測到充電口溫度正常，BMS下發(fā)開機(jī)指令或者加熱指令，并且下發(fā)大于0的需求電壓和需求電流，閉合交流充電接觸器就開始充電。充電流程圖如圖3所示。

3.3 下電過程

圖3 充電流程圖

在停車充電的過程中，當(dāng)遇到可恢復(fù)故障 （輸出未接／輸出反接／輸出短接／溫度過高等）、CC半連接、CP異常、停電 （CC正常，CP和AC異常，S2閉合）、刷卡斷電、CC未連接、鎖死故障或者收到BMS指令時(shí)，OBC會根據(jù)不同的情況進(jìn)行處理，根據(jù)圖4詳細(xì)描述下電流程。

4 電子鎖控制策略

4.1 電子鎖電氣原理

本文采用三芯電子鎖，電子鎖接線圖如圖5所示。

4.1.1 上鎖過程

先在UNLOCK狀態(tài)做判斷，使PIN1接GND，BMS檢測到PIN2有低電平，則認(rèn)為電子鎖處于開鎖狀態(tài) （若檢測不到PIN2有低電平，則認(rèn)為電子鎖有故障，不進(jìn)行上鎖動(dòng)作）。然后在LOCK狀態(tài)下，使PIN1接+12 V／24 V，PIN3接GND，通電1 s，執(zhí)行上鎖動(dòng)作；1 s后給PIN1接GND并檢測，若檢測PIN2仍有低電平，在延時(shí)200 ms后重新進(jìn)行上鎖動(dòng)作并檢測PIN2，連續(xù)3次檢測到PIN2有低電平判斷為電子鎖故障。

4.1.2 解鎖過程

在LOCK狀態(tài)下，PIN3接+12 V／24 V，PIN1接GND，通電1 s，執(zhí)行下鎖動(dòng)作；1 s后，OBC檢測PIN2有低電平，則認(rèn)為電子鎖處于開鎖狀態(tài)。若未檢測到低電平則延時(shí)200 ms重復(fù)解鎖動(dòng)作并檢測PIN2低電平，連續(xù)3次未檢測到判斷為故障，上報(bào)CAN總線，OBC檢測到開鎖信號后，斷開UNLOCK線圈負(fù)，使 PIN1懸空。

4.2 解鎖策略

在充電中，BMS檢測到整車儀表板上交流充電電子鎖解鎖開關(guān)的高電平信號時(shí)，BMS收到后判斷為人為要求停止充電，此時(shí)BMS請求停止充電，發(fā)送停止充電命令給OBC，同時(shí)將請求電壓和電流降為0，BMS檢測到電流降到1 A以下（CAN報(bào)文）之后請求斷開交流充電接觸器，VCU接收到交流充電接觸器斷開并將狀態(tài)反饋給BMS；同時(shí)OBC接收到命令后停止充電，100 ms以內(nèi)將電流降到1 A以內(nèi)，斷開S2開關(guān)并將電子鎖解鎖，通過CAN總線反饋給BMS，BMS收到電子鎖解鎖狀態(tài)，請求斷開主負(fù)，VCU允許后，BMS延時(shí)2 s斷主負(fù)，喚醒信號丟失后，BMS發(fā)CAN命令給OBC休眠后BMS休眠，OBC收到休眠命令后延時(shí)5 s休眠。

充滿電后，OBC會自動(dòng)解開電子鎖。

圖4 下電流程圖

圖5 電子鎖接線圖

5 交流充電相關(guān)報(bào)文定義

5.1 報(bào)文結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)定主要參考CAN2.0B和J1939的相關(guān)規(guī)定。使用CAN擴(kuò)展幀的29位標(biāo)識符并進(jìn)行了重新定義，表1為29位標(biāo)識符的分配表，通信速率為250 kb／s，采用Intel格式，采用單幀報(bào)文，周期發(fā)送機(jī)制。如表1所示，優(yōu)先級為3位，可以有8個(gè)優(yōu)先級；R一般固定為0；DP現(xiàn)固定為0；8位的PF為報(bào)文的代碼；8位的PS為目標(biāo)地址或組擴(kuò)展；8位的SA為發(fā)送此報(bào)文的源地址；本文設(shè)定BMS地址是80，OBC地址是244。

表1 標(biāo)識符分配表

5.2 報(bào)文定義

根據(jù)上文的策略分析，BMS發(fā)送OBC報(bào)文見表2，OBC發(fā)送BMS報(bào)文見表3。

6 交流充電安全應(yīng)對措施

1）OBC判斷電子鎖故障時(shí)，OBC通過CAN總線反饋給BMS，BMS允許進(jìn)行充電，充電電流不限制 （與無電子鎖時(shí)充電電流大小一樣）。整車不配置交流充電電子鎖時(shí)，OBC和BMS不報(bào)電子鎖失效的故障碼。

2）交流充電完成后OBC接收到BMS停止充電后解鎖，OBC通過CAN總線反饋電子鎖解鎖狀態(tài)給BMS，BMS判斷主負(fù)斷開、電子鎖已解鎖后，整車ON擋信號不作為BMS解鎖的條件。

3）整車沒有12 V／24 V（包括鉛酸電池沒電等情況）時(shí)，直接機(jī)械解鎖或者更換整車鉛酸電池 （帶電）。

4）機(jī)械解鎖時(shí)，需要先關(guān)閉直流充電樁或交流充電樁的交流供電電源。

7 總結(jié)

本文詳細(xì)論述了純電動(dòng)汽車交流充電控制策略，重點(diǎn)對基于OBC檢測CC／CP、控制電子鎖的上下電策略進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并通過流程圖的方式來說明，以便加深理解。本控制策略已經(jīng)在新能源汽車上實(shí)現(xiàn)功能，為大功率車載充電技術(shù)的普及應(yīng)用提供一種可行的方案。

表2 BMS發(fā)送OBC報(bào)文

表3 OBC發(fā)送BMS報(bào)文