一种纯电动汽车全工况定时定量充电控制策略

赵 爽，苏松林，朱勇长，燕逸飞，吴傲雪

一种纯电动汽车全工况定时定量充电控制策略

赵 爽，苏松林，朱勇长，燕逸飞，吴傲雪

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230041）

随着国家大力支持新能源汽车产业发展以及消费者对新能源汽车的认可度不断提高，燃油车将逐渐退出历史舞台，对于纯电动汽车来说，充电是日常必不可少的一项操作，对于谷电和峰电价格不同的合理利用，将会提高用户的体验感并为用户带来用车成本的下降。为了解决前期量产车型市场用户抱怨定时定量充电设置步骤繁琐问题（设置必须插枪），文章提出了一种新型的定时和定量充电控制逻辑，整车充电逻辑完全由整车控制器（VCU）控制，在任何工况下均可设置，操作简便，并且提示用户已设置预约充电时间。相较于原策略，将用户设置操作由6步减少为1步。

整车控制器；车载充电机；组合仪表；车载信息娱乐系统；远程智能终端

对于纯电动汽车来说，充电是每一位用户必须面对的用车操作，而中国目前正在推广实行按照时段不同收取不同费用的“分时电价”收费方式[1]。文献[2]中列出了一种定时定量充电策略，但是策略中需要上电初始化步骤，且策略中的电池管理系统较为复杂。文献[3]中明确指出电动汽车开始充电时，其对电力系统能源需求的增加有着明确的影响。智能充电系统方案可以减轻电动汽车充电对电网的压力[4]。预约充电功能是一种用户可以通过手机端或者HUT端进行设置的一种充电模式，可以根据用户的用车时间自由选择充电开始的时间[5]。结合市场调研及产品迭代升级需求，本文提出了一种新型的定时和定量充电的控制策略，对于整车在任何工况下均可设置，需要保持设置部件车载信息娱乐系统（In-Vehicle Infotainment, IVI）供电，设置成功后会在组合仪表（Instrument Communications Manager, ICM）及IVI上提示用户设置时间。需要说明的是，本文所述定时定量充电不针对快充，快充电流较大充电时间较短，设计定时充电意义较小。

1 原定时定量充电策略

原策略整车充电需下电插枪（充电口盖需要按钮触发打开，此处设置考虑行车安全，防止行驶误触发），原策略设置定时定量充电需要整车处于充电状态，操作步骤为1）用户先下电；2）插入充电枪；3）用户上电后；4）用户通过IVI设置界面设置；5）点击停止充电按钮；6）用户再次下电。其中需要用户操作的有6步，且设置只能在整车处于充电状态才有效。策略如图1所示（用户操作已标为灰色）。

图1 原定时定量充电策略

2 优化后定时定量充电策略

由于本策略应用车型取消了充电口盖按钮触发打开，改为当下主流的手动按压打开，本文所述车型同时增加了On电插枪可充电功能，此策略也简化了设置步骤。

现有汽车电源状态大多数分为3种：下电，ACC（Accessories附件）电（只有IVI供电）和Key_On电（高压继电器闭合，整车上高压）。车载IVI在ACC电和Key_On电的时候，可以进行操作，但是ACC电时整车控制器（Vehicle Control Unit, VCU）没有唤醒，无法与IVI进行通信。本文所述策略，ACC电的时候，用户操作IVI后，通过远程智能终端（Telematics BOX,T-BOX）唤醒VCU并记录用户设置的参数。VCU再结束唤醒，从而达到ACC电和Key_On电均可设置的目标。此控制策略可以做到IVI上电后任何工况下均可设置定时定量充电，下电插枪后VCU会仲裁是否需要充电。图2为定时定量各部件的交互图。

图2 部件交互图

各部件作用：1）ICM：单向通信，显示用户设置信息；2）IVI：双向通信，识别用户操作；3）VCU：双向通信，定时定量充电策略控制单元，识别用户操作；4）T-BOX：双向通信，定时充电执行单元；5）车载充电机（On Board Charger, OBC）：双向通信，充电执行单元。

2.1 优化后定量充电

定量充电设置参数为结束充电电量，本文所述定量充电可设置结束电量为50%～100%，间隔为10%。控制策略如图3所示。

图3 定量充电控制策略图

介绍各分组部件在定量充电中的作用（包含OBC，IVI，T-BOX及VCU）。

1）OBC：充电机收到VCU请求充电指令持续发送唤醒信号给VCU。

2）IVI（MP5）：传递用户设置结束电量给VCU。

3）T-BOX：ACC电时，T-BOX检测到用户有设置电量动作，会唤醒VCU，进行充电仲裁，如果不满足充电条件VCU会反馈T-BOX结束唤醒指令。

4）VCU：有ACC电时和Key_On电时两种情况。

ACC电时，VCU判断满足充电条件，会选择远程充电上电路径进行慢充上电（ACC电没有上高压，需先进行高压上电），然后唤醒车载充电机，发送慢充唤醒信号，VCU将模式由下电模式切换为慢充充电模式；VCU判断不满足充电条件，会发送远程结束指令给T-BOX断开远程唤醒指令，避免网络不休眠导致整车馈电。

Key_On电时：VCU判断满足充电条件，不需要进行上电。直接唤醒充电机，发送慢充唤醒信号，VCU将模式由上电模式切换为慢充充电模式；Key_On电时，VCU判断不满足充电条件，不执行任何操作，维持上电模式。

需要说明的是VCU检测到用户设置结束电量发生变化就会在下电前存储最后一次设定的用户结束电量值，防止IVI休眠后用户插枪，没有IVI报文VCU无法进行仲裁。

2.2 优化后定时充电

定量充电设置参数为开始充电时间和结束充电电量，开始充电时间为24 h制。控制策略如图4所示。

图4 定时充电控制策略图

介绍各分组部件在定时充电中的作用（包含OBC，ICM，IVI，T-BOX及VCU）。

1）OBC：充电机收到VCU请求充电指令持续发送唤醒信号给VCU。

2）ICM：定时充电开关打开后，ICM会提示用户设置的信息（在插枪和下电时候显示，行驶时不显示），包含开始时间和结束电量，如图5所示。

图5 定时预约成功ICM显示示意图

3）IVI：传递用户设置开始充电时间和结束电量给VCU，同时如用户设置定时充电，IVI会进行计时（T-BOX也可以进行计时，考虑到T-BOX稳定性不如IVI），到设定时间会发送信号提示T-BOX开始充电，T-BOX发送远程充电指令提示VCU开始充电。

4）T-BOX（ACC电时）：T-BOX检测到用户有设置开始充电时间和结束充电电量动作，会唤醒VCU，进行充电仲裁，如果不满足充电条件VCU会反馈T-BOX结束唤醒指令。

5）VCU：有ACC电时和Key_On电时两种情况。

ACC电时：充电判断同定量充电，不同的是，VCU会增加判断用户是否点击开始充电按钮。

Key_On电时：充电判断与定量充电相同，不同的是，VCU增加了对时间有效性的判断以及设置启动时间在当前时间之后的6 h内有效，非6 h内VCU判断为第二天启动充电。

同样VCU下电前会存储用户设置定时时间和结束电量。

用户设置定时充电结束后，如果不想继续等待，可以通过如图6所示按钮，点击开始充电，此时T-BOX会直接发送远程充电指令提醒VCU开始充电，同时按钮显示会变成停止充电（按钮显示受VCU控制）。定时充电设置成功后，用户插枪ICM不显示充电时间，只显示定时充电相关信息[6]。

图6 预约信息及按钮显示图

3 本策略优势

本文所述策略相较于原策略减少了用户操作5步，极大提高用户便利性。用户只需要在IVI工作时进行一次设置即可，不需要重复进行设置，且设置也没有任何工况限制。

研究表明，温度对电池的充放电效率有很强的影响[7]，如果电池不在适宜温度范围工作，高温或低温以及温差过大会严重影响电动汽车电源性能和使用寿命[8]。预约充电可保证用户在用车时，电池包温度处在合理温度范围。

目前各大充电桩也提出了预约充电的方法但是充电桩进行预约充电的方式需要插上充电枪以后且需要维持网络信号良好状态下进行预约充电[9]。由于计时模块为IVI，不受通信信号影响，诸如地下车库信号差，比远程充电（通过手机进行预约充电）更加可靠。

预约充电为用户节约大量用车成本，按照文献[10]中提到的分时电价表进行估算，如表1所示。

表1 电动汽车充电分时电价

时段充电价格/(元/kWh) 00:00－07:000.4 07:00－09:001.2 09:00－13:002.0 13:00－17:000.4 17:00－21:002.0 21:00－24:001.2

通过对比可发现，用户设置非谷电充电电价成本比谷电高3～5倍，也降低了高峰期公用充电桩充电的等待时间和服务费[11]。

4 总结

综上，本文所述定时定量策略充分考虑了用户使用场景，且结合了ACC电定时定量充电，目前国内属于首创，数据截止2022年全年已实现搭载此功能量产车型44 387台[12]，用户对此功能使用情况的市场反应良好，且平台化移植到公司其他车型，给公司带来了规模化的效益。

[1] 罗浩,王佩,黄振兴.一种基于T-Box的电动汽车远程预约充电策略[J].汽车实用技术,2021,46(9):12-13.

[2] 戴军,冯超,刘宇,等.一种纯电动汽车定时、定量充电的控制系统及方法:CN103580248B[P].2016-04-27.

[3] CORTEZZI F C M, DA SILVA JOTA P R.Residential Load Curve Analysis during Electric Vehicle Charg- ing[J].Journal of Power and Energy Engineering,2017, 5(3):49-61.

[4] LAGOMARSINO M,KAM M V D,PARRA D,et al. Do I Need to Charge Right Now? Tailored Choice Architecture Design Can Increase Preferences for Ele- ctric Vehicle Smart Charging[J].Energy Policy,2022, 162:112818.

[5] 吴麦青,宋丹丹,贺庆书.基于新能源汽车的预约充电设计与应用[J].汽车制造业,2022(2):14-15.

[6] 赵爽,陶冉,邵善敏,等.充电时间确定方法、设备、存储介质及装置:CN112172592B[P].2021-10-15.

[7] CHEN S Q,BAO N S,GARG A,et al.A Fast Charging- cooling Coupled Scheduling Method for a Liquid Cooling-based Thermal Management System for Lithium-ion Batteries[J].Engineering,2021,7(8):1165- 1176.

[8] ZHAO Y J,LIAO P,ZHU J X.Research on the Cooling System of Nickel-hydrogen (Ni-MH) Battery Package for Hybrid Electric Vehicle[J].Chinese Journal of Power Sources,2019,43(6):1010-1012.

[9] 黄秋光,张亮,庄济宁,等.基于车联网网络连接的在线预约充电系统设计[J].科学技术创新,2021(3):70- 71.

[10] 吴甲武,邱晓燕,潘胤吉,等.基于改进鸡群算法的电动汽车有序充电策略研究[J].电测与仪表,2019,56(9): 97-103.

[11] SHU S,HUI Y,NING D.Machine Learning-based Cha- rging Network Operation Service Platform Reservation Charging Service System[C]//Proceedings of the 2018 International Conference on Signal Processing and Machine Learning.New York:Association for Compu- ting Machinery,2018:1-5.

[12] 二手车小胖说.2022年度最全汽车销量排行榜（建议收藏）[EB/OL].(2023-01-23)[2023-02-23].https://new. qq.com/rain/a/20230123A01BZL00.

A Control Strategy of Timing and Quantitative Charging for Pure Electric Vehicle under All Operating Conditions

ZHAO Shuang, SU Songlin, ZHU Yongchang, YAN Yifei, WU Aoxue

( Technical Center of Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230041, China )

With the strong support of the state for the development of new energy vehicles and the continuous improvement of consumers' recognition of new energy vehicles, fuel vehicles will gradually withdraw from the historical stage. For pure electric vehicles, charging is an indispensable daily operation. The rational utilization of different prices of valley and peak power will improve the user's experience and bring about a reduction in vehicle costs. In order to solve the complaints of users in the mass production vehicle market in the early stage about the cumbersome steps of setting the timing and quantitative charging (the charging gun must be inserted when setting), this paper proposes a new type of control logic for timing and quantitative charging. The vehicle charging logic is completely arbitrated by vehicle control unit (VCU), which can be set under any working condition, also the operation is simple, and the user is prompted to set the scheduled charging time. Compared with the original policy, the user setting operation is reduced from 6 steps to 1 step.

Vehicle control unit; On board charger; Instrument cluster; In-vehicle infotainmen; Telematics BOX

U462

A

1671-7988(2023)19-06-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.002

赵爽（1991－），男，硕士，工程师，研究方向为新能源汽车整车控制和算法，E-mail:282120399@qq.com。