魏莉莉，褚言軍，肖林海

（北汽福田汽車股份有限公司，山東 濰坊 261000）

電動汽車進(jìn)行充電時可以通過直流充電樁和交流充電樁進(jìn)行充電，國標(biāo)對兩種充電連接控制導(dǎo)引原理、通信協(xié)議、充電槍尺寸邊界均進(jìn)行了規(guī)范化。通過直流充電樁進(jìn)行充電時，直流充電樁通過直流充電控制導(dǎo)引電路、CAN通信 （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》）實(shí)現(xiàn)充電連接確認(rèn)、電池包信息和充電樁信息的交互，這種充電形式基于CAN總線進(jìn)行信息交互，容易實(shí)現(xiàn)車輛與充電樁信息的傳遞，方便車輛充電信息的收集和分析。通過交流充電樁進(jìn)行充電時，通過CC、CP控制回路實(shí)現(xiàn)充電連接確認(rèn)、準(zhǔn)備就緒、最大充電限值、充電狀態(tài)保持、充電結(jié)束等信息傳遞。這種充電形式通過CC、CP控制導(dǎo)引電路進(jìn)行狀態(tài)判斷，充電樁無法獲取車輛的VIN、動力電池狀態(tài)等信息，即無法識別哪輛車在充電，不能對各車輛的充電信息進(jìn)行管理。

1 系統(tǒng)分析

國標(biāo)GB／T 18487.1—2015《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第一部分：通用要求》規(guī)定的充電模式3連接方式C的控制導(dǎo)引連接電路原理如圖1所示。CC信號用于充電槍的連接確認(rèn)及線纜的過電流能力確認(rèn)，CP信號用于激活車載充電機(jī)或車載控制裝置 （如電池管理系統(tǒng)）等，通過CP回路的PWM信號判斷充電樁的輸出能力。為方便分析，本文以CC、CP信號全部接入車載充電機(jī) （以下稱OBC）來進(jìn)行研究。

圖1 充電模式3連接方式C的控制導(dǎo)引連接電路原理圖

充電開始過程大致如下：當(dāng)充電槍連接后，充電樁S1開關(guān)+12V側(cè)，OBC被激活，充電樁通過判斷檢測點(diǎn)1的電壓判斷充電槍是否已連接，確認(rèn)連接后將S1開關(guān)切換至PWM。OBC通過判斷檢測點(diǎn)3與PE之間的電阻值來判斷充電槍是否完全連接以及線纜的載電流能力，通過判斷檢測點(diǎn)2的PWM占空比信號確認(rèn)充電樁的供電能力，在OBC自檢、確認(rèn)連接、并判斷電池組處于可充電狀態(tài)時，OBC閉合開關(guān)S2，車輛準(zhǔn)備就緒完成，充電柱通過檢測點(diǎn)1收到車輛準(zhǔn)備就緒狀態(tài)后控制K1、K2閉合輸出高壓。

由于充電槍接口和充電插座接口為國標(biāo)規(guī)范接口，無法增加其他控制導(dǎo)引電路或CAN線，可考慮增加整車控制器 （以下簡稱VCU）PWM輸出引腳與CP線的連接回路，如圖2所示。充電槍連接后，在交流充電準(zhǔn)備過程中S1開關(guān)切換到PWM之前，通過VCU的PWM引腳輸出一定頻率的占空比信號來發(fā)送整車的VIN等車輛信息。整車信息發(fā)送完畢后，再將S1開關(guān)切換至PWM進(jìn)行后續(xù)充電流程。發(fā)送PWM波的控制器也可以是車載其他控制器，如OBC、BMS（電池管理系統(tǒng)）等，考慮到主機(jī)廠一般會在VCU中寫入VIN號，并且VCU會獲取車輛的電池、電機(jī)等狀態(tài)信息，用VCU實(shí)現(xiàn)PWM信號輸出可減少其他信號轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)節(jié)。

圖2 整車控制器PWM輸出與CP信號連接示意圖

2 PWM波的信息傳遞實(shí)現(xiàn)

假設(shè)在充電之前整車需要將VIN號LVAC220B6HS000105發(fā)送至充電樁，VCU需將字母和數(shù)字依據(jù)ASCII碼對照表進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制進(jìn)行發(fā)送。常用的字符和字母的ASCII碼對照表如表1所示，對照表1中每個數(shù)字或字母用6位或7位二進(jìn)制表示，通過PWM波形式發(fā)送時，每個字母或數(shù)字用8位二進(jìn)制表示，不足8位的高位補(bǔ)0。

所發(fā)送的PWM信號的格式如下。

表1 常用字符和字母的ASCII碼對照表

1）PWM波分為3種占空比格式：20%、50%和80%。其中，占空比20%的PWM波對應(yīng)二進(jìn)制的0；占空比80%的PWM波對應(yīng)二進(jìn)制的1；而占空比50%的PWM波僅作為PWM信號開始和結(jié)束的間隔符使用，不作為數(shù)字或字母的解析位。

2）PWM波由4部分組成：信號起始段、VIN數(shù)據(jù)傳輸段、CheckSum校驗(yàn) （4位）、結(jié)束段。信號開始段為2個連續(xù)發(fā)送的占空比50%的PWM信號；VIN數(shù)據(jù)傳輸段由17*8=136個周期的PWM波組成；CheckSum校驗(yàn)位由4個PWM信號組成；VIN傳輸完成標(biāo)識段為3個占空比50%的PWM信號，如圖3所示。

圖3 PWM波格式

3）車輛VIN重復(fù)發(fā)送3次，整個傳輸過程的示意圖如圖4所示。

4）整個VIN的發(fā)送共需145個PWM周期，需要重復(fù)發(fā)送3次VIN號，共需435個周期。PWM信號發(fā)送頻率為100Hz，所以整個VIN信號的發(fā)送時間不到5s。

CheckSum校驗(yàn)位采用“和”校驗(yàn)，VIN傳輸段數(shù)據(jù)中 （17*8）“1”的個數(shù)相加轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制取低4位作為校驗(yàn)碼。在接收方收到數(shù)據(jù)時，如果“1”的個數(shù)“和”的低4位與校驗(yàn)碼相同，表示傳送正確，否則表示傳送錯誤。

3 交流充電的兼容性分析

這種通過PWM波發(fā)送整車信息的形式需要充電樁、OBC、VCU軟件做適應(yīng)性的更改，充電連接后充電樁S1開關(guān)需要延遲從+12V向PWM切換，同時具備識別VCU發(fā)送的PWM波格式的功能；OBC需要將CP的信號狀態(tài)通過CAN總線告知VCU，VCU根據(jù)CP信號狀態(tài)決定是否發(fā)送PWM信號，防止充電樁和VCU同時發(fā)送PWM信號導(dǎo)致CP信號狀態(tài)無效。但是這種適應(yīng)性更改的同時整車仍需能夠使用通用的交流充電樁充電，控制流程圖如圖5所示，紅色虛線框部分是充電樁、OBC、VCU在需要發(fā)送整車信息時的控制交互流程。

圖4 PWM波傳輸過程示意圖

圖5 優(yōu)化后的慢充控制流程簡圖 （紅色虛框?yàn)檎囆畔⒔换ゲ糠郑?/p>

4 結(jié)束語

本文闡述的CC、CP信號在電氣原理中是按照全部接入OBC進(jìn)行分析的，也可以接入到其他車載控制裝置進(jìn)行分析，但原理是相似的。這種利用車載控制器 （本文以VCU為例）輸出PWM進(jìn)行傳送整車信息的形式，只增加一根導(dǎo)線回路，車輛及充電樁改動成本少，通過軟件的優(yōu)化就可以實(shí)現(xiàn)專用充電樁和通用充電樁的兼容，能夠方便物流、租賃公司對每輛電動車的充電成本等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理分析，對公司運(yùn)營管理起到一定的作用。