徐 悅 Xu Yue

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電動汽車用直流快充的策略研究

徐 悅 Xu Yue

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司 汽車工程研究院，廣東 廣州 510640）

結(jié)合某款物流車快充方案的制定，基于國標(biāo)規(guī)定的快充技術(shù)文件，提出并探討了一種快充方案，為了避免國標(biāo)中提出的只有操作人員現(xiàn)場操作后才可斷開充電過程，分析對比4種方案的可行性，確定只有全部喚醒各個低壓控制器才可滿足車輛的用電需求的方案，采用CMA31繼電器來休眠低壓器件ECU，最后制定這種方案下的具體快充流程。對直流快充策略的研究以及以后類似純電驅(qū)動平臺開發(fā)中采用快充方案打下了良好的基礎(chǔ)。

電動汽車；直流快充；快充流程；策略

隨著國家和地方政策的實(shí)施，新能源與節(jié)能汽車越來越受到重視，其中電動汽車由于其零排放、省油等高環(huán)保效益深受消費(fèi)者信賴，然而面對電動汽車的發(fā)展，許多技術(shù)還存在不足和缺陷，如直流快充技術(shù)，快充一方面能快速給汽車補(bǔ)電，提高續(xù)駛里程，另一方面對汽車零部件也提出更高要求，如動力電池，所以針對目前快充技術(shù)現(xiàn)狀，首先分析該技術(shù)的普遍原理，然后對存在的問題提出對策，制定快充流程，最后給出總結(jié)。

1 快充標(biāo)準(zhǔn)

在制定電動汽車直流快充策略中，目前只有以下國標(biāo)可供參考，分別是：

1）GB/T 20234.1—2015電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第1部分：通用要求；

2）GB/T 20234.3—2015電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第3部分：直流充電接口；

3）GB/T 27930—2015電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議。

這3個標(biāo)準(zhǔn)也只是提供快充硬件連接和通信接口協(xié)議，而對快充中如何進(jìn)行信號確認(rèn)，控制器ECU喚醒及休眠方式和休眠順序沒有定義，這就造成在界定控制器具體工作時存在模糊性。

2 快充策略

如圖1所示，對于低壓輔助供電回路繼電器K3、K4，只有當(dāng)操作人員實(shí)施停止充電指令時，才斷開該繼電器，停止給低壓電器供電，低壓器件休眠。如果沒有人員手動斷開充電槍連接，該繼電器不會斷開，喚醒的控制器也不會休眠（標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20234.3）。所以在制定快充策略時，會產(chǎn)生如果沒有操作人員在現(xiàn)場操作，快充不會自動斷開，導(dǎo)致部件一直耗電，對車輛用電平衡策略和安全會造成較大隱患。

圖1 直流充電系統(tǒng)連接接口方案

某款純電驅(qū)動物流車在開發(fā)直流快充過程中，主要存在如下問題：

1）快充過程中VCU（Vehicle Control Unit，整車控制單元）需不需要喚醒；

2）DCDC需不需要喚醒。

針對以上兩個問題，首先調(diào)研了非車載充電設(shè)備輔助電源的供電能力，見表1?，F(xiàn)在大多數(shù)車型啟動時用直流充電設(shè)備電源喚醒，后續(xù)用車載電源供電。各個廠家的輔助電源供電能力基本上大于5A。

各個標(biāo)準(zhǔn)中只有Q/GCD239—2009《非車載充電設(shè)備輔助電源供電能力》規(guī)定，如果供電能力要求大于5A，則需要供電方案與生產(chǎn)廠家單獨(dú)協(xié)商，調(diào)查各個廠家的供電能力基本都大于5A。

在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27930—2015中規(guī)定最后需要關(guān)斷低壓輔助電源。

表1 非車載充電設(shè)備輔助電源供電能力 A

針對物流車CAN（Controller Area Network）總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D分析，VCU通過CAN控制DCDC喚醒工作，VCU與BMS（Battery Manager System，電池管理系統(tǒng)）通過CAN相互進(jìn)行通信。

綜合以上，提出以下4種快充策略，見表2。

表2 4種快充策略

分析各方案的可行性。

1）方案1、2：由于BMS控制快充過程，DCDC與BMS沒有通信機(jī)制，喚醒VCU用于控制DCDC對12V電池充電，而喚醒DCDC也是對12 V電池充電，防止負(fù)載過大發(fā)生虧電，但是單獨(dú)喚醒VCU或者DCDC均不能滿足對負(fù)載供電的要求，單獨(dú)只喚醒一個兩者之間不能通信，無法工作。所以快充時，VCU和DCDC只喚醒一個的方案不可行。

2）方案3：充電時，考慮液冷水泵/風(fēng)冷風(fēng)扇啟動、各ECU供電等，低壓功耗較大。直流充電機(jī)不能完全滿足，需要喚醒DCDC；而DCDC由VCU控制，高壓繼電器閉合指令由VCU控制，考慮到高壓安全，IPU（Integer Power Unit，電機(jī)控制器）也需喚醒，HVIL（High Voltage Inter-lock，高壓互鎖）回路控制繼電器的驅(qū)動電源端，而HVIL回路的12V使能由VCU控制，從長久方案考慮，充電時不行車，應(yīng)有VCU檢測充電槍是否連接進(jìn)行相應(yīng)控制，基于此，VCU需要喚醒。物流車目前方案是由BMS檢測充電槍是否連接然后轉(zhuǎn)發(fā)給VCU。

3）方案4：結(jié)合以上分析可知，方案4中兩者均不喚醒不可行。

在方案3中，需要采用CMA31繼電器，因?yàn)闆]有大電流二極管，快充時在高壓快充的低壓輸出與蓄電池正極之間增加一個繼電器，快充充電槍一插上，BMS等4個ECU的?；鹁颓袚Q到快充的低壓輸出端。該繼電器原理圖及相關(guān)零部件接口連接關(guān)系如圖2所示。

圖2 CMA31繼電器原理

綜合以上分析，結(jié)合物流車快充開發(fā)需求，針對快充過程中的難點(diǎn)提出快充時需要喚醒VCU和DCDC的策略，考慮到高壓安全需要喚醒其他ECU。

3 快充流程

基于快充策略制定的快充流程如圖3所示。

1）充電握手階段

首先進(jìn)行物理連接，充電槍插合，車輛此時被鎖止，非車載充電機(jī)控制器檢測CC1點(diǎn)電壓是否滿足3.2 V≤U1≤4.8 V，判斷接口是否連接，然后非車載充電機(jī)自檢，完成后閉合低壓輔助供電回路接觸器，VCU、IPU、DCDC和BMS喚醒，接著BMS檢測CC2點(diǎn)電壓是否滿足5.2 V≤U2≤6.8 V，判斷接口是否連接，如果確認(rèn)連接，非車載充電機(jī)與BMS握手完成。

圖3 某款物流車快充流程圖

2）充電匹配階段

按照GB/T 27930—2015標(biāo)準(zhǔn)完成非車載充電機(jī)與BMS充電之間的參數(shù)匹配，各零部件自檢無故障，此時BMS閉合充電回路接觸器，執(zhí)行高壓上電，高壓上電成功后進(jìn)入下一階段。

3）充電階段

此階段非車載充電機(jī)控制器閉合直流供電回路接觸器，VCU發(fā)送允許充電命令，BMS接收后開始充電，非車載充電機(jī)指示充電。

4）充電結(jié)束

電池充滿后，BMS發(fā)送充滿指令到VCU，VCU接收到后發(fā)送斷開繼電器指令，并退出充電模式，此時BMS斷開充電繼電器，充電結(jié)束，VCU發(fā)出高壓下電指令，BMS收到VCU下高壓電指令后，高低壓停止輸出，CAN停止。

以上為快充流程的4個階段，結(jié)合某款物流車制定。

4 結(jié) 論

介紹了快充技術(shù)在電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用情況，并根據(jù)國標(biāo)的規(guī)定闡述了快充國標(biāo)存在的不足，結(jié)合某款物流車的快充方案分析幾種快充技術(shù)方案的可行性，并確定零部件喚醒策略，制定具體的快充流程。

[1]電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第一部分：通用要求：GBT20234.1-2015[S].

[2]電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第三部分：直流充電接口：GBT20234.3-2015[S].

[3]電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議：GBT27930-2015[S].

2017-11-16

U469.72+2

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2018.02.004

1002-4581（2018）02-0011-04