电动汽车用直流快充的策略研究

2018-05-02XuYue

北京汽车 2018年2期

徐悦 Xu Yue

电动汽车用直流快充的策略研究

徐悦 Xu Yue

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 510640）

结合某款物流车快充方案的制定，基于国标规定的快充技术文件，提出并探讨了一种快充方案，为了避免国标中提出的只有操作人员现场操作后才可断开充电过程，分析对比4种方案的可行性，确定只有全部唤醒各个低压控制器才可满足车辆的用电需求的方案，采用CMA31继电器来休眠低压器件ECU，最后制定这种方案下的具体快充流程。对直流快充策略的研究以及以后类似纯电驱动平台开发中采用快充方案打下了良好的基础。

电动汽车；直流快充；快充流程；策略

随着国家和地方政策的实施，新能源与节能汽车越来越受到重视，其中电动汽车由于其零排放、省油等高环保效益深受消费者信赖，然而面对电动汽车的发展，许多技术还存在不足和缺陷，如直流快充技术，快充一方面能快速给汽车补电，提高续驶里程，另一方面对汽车零部件也提出更高要求，如动力电池，所以针对目前快充技术现状，首先分析该技术的普遍原理，然后对存在的问题提出对策，制定快充流程，最后给出总结。

1 快充标准

在制定电动汽车直流快充策略中，目前只有以下国标可供参考，分别是：

1）GB/T 20234.1—2015电动汽车传导充电用连接装置第1部分：通用要求；

2）GB/T 20234.3—2015电动汽车传导充电用连接装置第3部分：直流充电接口；

3）GB/T 27930—2015电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议。

这3个标准也只是提供快充硬件连接和通信接口协议，而对快充中如何进行信号确认，控制器ECU唤醒及休眠方式和休眠顺序没有定义，这就造成在界定控制器具体工作时存在模糊性。

2 快充策略

如图1所示，对于低压辅助供电回路继电器K3、K4，只有当操作人员实施停止充电指令时，才断开该继电器，停止给低压电器供电，低压器件休眠。如果没有人员手动断开充电枪连接，该继电器不会断开，唤醒的控制器也不会休眠（标准GB/T 20234.3）。所以在制定快充策略时，会产生如果没有操作人员在现场操作，快充不会自动断开，导致部件一直耗电，对车辆用电平衡策略和安全会造成较大隐患。

图1 直流充电系统连接接口方案

某款纯电驱动物流车在开发直流快充过程中，主要存在如下问题：

1）快充过程中VCU（Vehicle Control Unit，整车控制单元）需不需要唤醒；

2）DCDC需不需要唤醒。

针对以上两个问题，首先调研了非车载充电设备辅助电源的供电能力，见表1。现在大多数车型启动时用直流充电设备电源唤醒，后续用车载电源供电。各个厂家的辅助电源供电能力基本上大于5A。

各个标准中只有Q/GCD239—2009《非车载充电设备辅助电源供电能力》规定，如果供电能力要求大于5A，则需要供电方案与生产厂家单独协商，调查各个厂家的供电能力基本都大于5A。

在标准GB/T 27930—2015中规定最后需要关断低压辅助电源。

表1 非车载充电设备辅助电源供电能力 A

针对物流车CAN（Controller Area Network）总线网络拓扑图分析，VCU通过CAN控制DCDC唤醒工作，VCU与BMS（Battery Manager System，电池管理系统）通过CAN相互进行通信。

综合以上，提出以下4种快充策略，见表2。

表2 4种快充策略

分析各方案的可行性。

1）方案1、2：由于BMS控制快充过程，DCDC与BMS没有通信机制，唤醒VCU用于控制DCDC对12V电池充电，而唤醒DCDC也是对12 V电池充电，防止负载过大发生亏电，但是单独唤醒VCU或者DCDC均不能满足对负载供电的要求，单独只唤醒一个两者之间不能通信，无法工作。所以快充时，VCU和DCDC只唤醒一个的方案不可行。

2）方案3：充电时，考虑液冷水泵/风冷风扇启动、各ECU供电等，低压功耗较大。直流充电机不能完全满足，需要唤醒DCDC；而DCDC由VCU控制，高压继电器闭合指令由VCU控制，考虑到高压安全，IPU（Integer Power Unit，电机控制器）也需唤醒，HVIL（High Voltage Inter-lock，高压互锁）回路控制继电器的驱动电源端，而HVIL回路的12V使能由VCU控制，从长久方案考虑，充电时不行车，应有VCU检测充电枪是否连接进行相应控制，基于此，VCU需要唤醒。物流车目前方案是由BMS检测充电枪是否连接然后转发给VCU。

3）方案4：结合以上分析可知，方案4中两者均不唤醒不可行。

在方案3中，需要采用CMA31继电器，因为没有大电流二极管，快充时在高压快充的低压输出与蓄电池正极之间增加一个继电器，快充充电枪一插上，BMS等4个ECU的常火就切换到快充的低压输出端。该继电器原理图及相关零部件接口连接关系如图2所示。

图2 CMA31继电器原理

综合以上分析，结合物流车快充开发需求，针对快充过程中的难点提出快充时需要唤醒VCU和DCDC的策略，考虑到高压安全需要唤醒其他ECU。

3 快充流程

基于快充策略制定的快充流程如图3所示。

1）充电握手阶段

首先进行物理连接，充电枪插合，车辆此时被锁止，非车载充电机控制器检测CC1点电压是否满足3.2 V≤U1≤4.8 V，判断接口是否连接，然后非车载充电机自检，完成后闭合低压辅助供电回路接触器，VCU、IPU、DCDC和BMS唤醒，接着BMS检测CC2点电压是否满足5.2 V≤U2≤6.8 V，判断接口是否连接，如果确认连接，非车载充电机与BMS握手完成。