基于电动汽车交流充电控制导引电路的整车信息交互研究

魏莉莉，褚言军，肖林海

（北汽福田汽车股份有限公司，山东 潍坊 261000）

电动汽车进行充电时可以通过直流充电桩和交流充电桩进行充电，国标对两种充电连接控制导引原理、通信协议、充电枪尺寸边界均进行了规范化。通过直流充电桩进行充电时，直流充电桩通过直流充电控制导引电路、CAN通信 （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》）实现充电连接确认、电池包信息和充电桩信息的交互，这种充电形式基于CAN总线进行信息交互，容易实现车辆与充电桩信息的传递，方便车辆充电信息的收集和分析。通过交流充电桩进行充电时，通过CC、CP控制回路实现充电连接确认、准备就绪、最大充电限值、充电状态保持、充电结束等信息传递。这种充电形式通过CC、CP控制导引电路进行状态判断，充电桩无法获取车辆的VIN、动力电池状态等信息，即无法识别哪辆车在充电，不能对各车辆的充电信息进行管理。

1 系统分析

国标GB／T 18487.1—2015《电动汽车传导充电系统第一部分：通用要求》规定的充电模式3连接方式C的控制导引连接电路原理如图1所示。CC信号用于充电枪的连接确认及线缆的过电流能力确认，CP信号用于激活车载充电机或车载控制装置 （如电池管理系统）等，通过CP回路的PWM信号判断充电桩的输出能力。为方便分析，本文以CC、CP信号全部接入车载充电机 （以下称OBC）来进行研究。

图1 充电模式3连接方式C的控制导引连接电路原理图

充电开始过程大致如下：当充电枪连接后，充电桩S1开关+12V侧，OBC被激活，充电桩通过判断检测点1的电压判断充电枪是否已连接，确认连接后将S1开关切换至PWM。OBC通过判断检测点3与PE之间的电阻值来判断充电枪是否完全连接以及线缆的载电流能力，通过判断检测点2的PWM占空比信号确认充电桩的供电能力，在OBC自检、确认连接、并判断电池组处于可充电状态时，OBC闭合开关S2，车辆准备就绪完成，充电柱通过检测点1收到车辆准备就绪状态后控制K1、K2闭合输出高压。

由于充电枪接口和充电插座接口为国标规范接口，无法增加其他控制导引电路或CAN线，可考虑增加整车控制器 （以下简称VCU）PWM输出引脚与CP线的连接回路，如图2所示。充电枪连接后，在交流充电准备过程中S1开关切换到PWM之前，通过VCU的PWM引脚输出一定频率的占空比信号来发送整车的VIN等车辆信息。整车信息发送完毕后，再将S1开关切换至PWM进行后续充电流程。发送PWM波的控制器也可以是车载其他控制器，如OBC、BMS（电池管理系统）等，考虑到主机厂一般会在VCU中写入VIN号，并且VCU会获取车辆的电池、电机等状态信息，用VCU实现PWM信号输出可减少其他信号转发环节。

图2 整车控制器PWM输出与CP信号连接示意图

2 PWM波的信息传递实现

假设在充电之前整车需要将VIN号LVAC220B6HS000105发送至充电桩，VCU需将字母和数字依据ASCII码对照表进行转换，然后转换为二进制进行发送。常用的字符和字母的ASCII码对照表如表1所示，对照表1中每个数字或字母用6位或7位二进制表示，通过PWM波形式发送时，每个字母或数字用8位二进制表示，不足8位的高位补0。

所发送的PWM信号的格式如下。

表1 常用字符和字母的ASCII码对照表

1）PWM波分为3种占空比格式：20%、50%和80%。其中，占空比20%的PWM波对应二进制的0；占空比80%的PWM波对应二进制的1；而占空比50%的PWM波仅作为PWM信号开始和结束的间隔符使用，不作为数字或字母的解析位。

2）PWM波由4部分组成：信号起始段、VIN数据传输段、CheckSum校验 （4位）、结束段。信号开始段为2个连续发送的占空比50%的PWM信号；VIN数据传输段由17*8=136个周期的PWM波组成；CheckSum校验位由4个PWM信号组成；VIN传输完成标识段为3个占空比50%的PWM信号，如图3所示。

图3 PWM波格式

3）车辆VIN重复发送3次，整个传输过程的示意图如图4所示。

4）整个VIN的发送共需145个PWM周期，需要重复发送3次VIN号，共需435个周期。PWM信号发送频率为100Hz，所以整个VIN信号的发送时间不到5s。

CheckSum校验位采用“和”校验，VIN传输段数据中 （17*8）“1”的个数相加转换为二进制取低4位作为校验码。在接收方收到数据时，如果“1”的个数“和”的低4位与校验码相同，表示传送正确，否则表示传送错误。

3 交流充电的兼容性分析

这种通过PWM波发送整车信息的形式需要充电桩、OBC、VCU软件做适应性的更改，充电连接后充电桩S1开关需要延迟从+12V向PWM切换，同时具备识别VCU发送的PWM波格式的功能；OBC需要将CP的信号状态通过CAN总线告知VCU，VCU根据CP信号状态决定是否发送PWM信号，防止充电桩和VCU同时发送PWM信号导致CP信号状态无效。但是这种适应性更改的同时整车仍需能够使用通用的交流充电桩充电，控制流程图如图5所示，红色虚线框部分是充电桩、OBC、VCU在需要发送整车信息时的控制交互流程。

图4 PWM波传输过程示意图

图5 优化后的慢充控制流程简图 （红色虚框为整车信息交互部分）

4 结束语

本文阐述的CC、CP信号在电气原理中是按照全部接入OBC进行分析的，也可以接入到其他车载控制装置进行分析，但原理是相似的。这种利用车载控制器 （本文以VCU为例）输出PWM进行传送整车信息的形式，只增加一根导线回路，车辆及充电桩改动成本少，通过软件的优化就可以实现专用充电桩和通用充电桩的兼容，能够方便物流、租赁公司对每辆电动车的充电成本等数据进行管理分析，对公司运营管理起到一定的作用。