匡小軍　李濤

摘 要：隨著汽車電動(dòng)化的普及，電動(dòng)汽車充電的安全性和便利性越來(lái)越受關(guān)注。本文主要闡述了一種插電式混合動(dòng)力汽車慢充充電原理及其下電控制策略，說(shuō)明基于其充電系統(tǒng)架構(gòu)和不同工況場(chǎng)景下的下電控制邏輯設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：插電式 混合動(dòng)力 慢充 控制邏輯

Research on the Power Down Control Logic of Plug-in Hybrid Electric Vehicles under Slow Charging

Kuang Xiaojun Li Tao

Abstract：With the popularization of vehicle electrification， the safety and convenience of electric vehicle charging have attracted more and more attention. This article mainly describes a plug-in hybrid electric vehicle's slow charging principle and its power down control strategy， and explains the power down control logic design based on its charging system architecture and different working conditions.

Key words：plug-in， hybrid， slow charging， control logic

1 概述

插電式混動(dòng)動(dòng)力汽車兼顧了純電動(dòng)和傳統(tǒng)燃油汽車的優(yōu)點(diǎn)。既可實(shí)現(xiàn)純電模式下高性能、零排放行駛，又能通過(guò)混合動(dòng)力模式提高用戶體驗(yàn)，解決用戶里程焦慮問(wèn)題。因此，在可預(yù)見(jiàn)的一段時(shí)期內(nèi)插電式混合動(dòng)力汽車將是乘用車市場(chǎng)的主力車型。

插電式混合動(dòng)力汽車因?yàn)樾略隽艘惶捉涣髀湎到y(tǒng)，充電的安全性和便利性問(wèn)題便隨之而來(lái)。特別是充電結(jié)束和下電后的一段時(shí)間內(nèi)，發(fā)生充電安全事故的概率遠(yuǎn)高于其他時(shí)段。本文以某插電式混合動(dòng)力汽車為例，基于插電式混合動(dòng)力汽車使用的各種工況場(chǎng)景，研究制定了各種狀態(tài)下的慢充下電控制策略，詳細(xì)設(shè)計(jì)了充電結(jié)束的控制邏輯，以確保車輛充電的安全性。

2 慢充系統(tǒng)架構(gòu)

在慢充交流充電過(guò)程中，車載充電機(jī)OBC作為能量轉(zhuǎn)換裝置，將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換成直流電存儲(chǔ)在高壓動(dòng)力電池中，慢充過(guò)程涉及的高壓部件有動(dòng)力電池（包含電池管理系統(tǒng)BMS）、車載充電機(jī)OBC、DCDC直流轉(zhuǎn)換器，交流充電插座。混合動(dòng)力整車控制器HCU作為主控制器管控整個(gè)充電過(guò)程，電池管理系統(tǒng)BMS控制預(yù)充、主正、主負(fù)繼電器完成高壓上下電，DCDC直流轉(zhuǎn)換器在高壓上電后為整個(gè)充電過(guò)程提供低壓供電，各控制器主要通過(guò)CAN總線進(jìn)行信號(hào)交互。

3 充電模式應(yīng)用

綜合考慮慢充充電的安全性、便利性及成本問(wèn)題，該插電式混合動(dòng)力車型選用方便隨車攜帶，對(duì)充電裝置要求低，帶有纜上控制盒的充電模式2連接方式B進(jìn)行充電，其控制導(dǎo)引電路如下[1]：

充電插頭接入電網(wǎng)后，K1、K2繼電器控制電網(wǎng)交流電接入車輛高壓回路;CC為充電連接信號(hào)，充電槍完全連接后由CC信號(hào)觸發(fā)充電流程;CP信號(hào)用作充電電流識(shí)別和控制;車載充電機(jī)閉合S2開(kāi)關(guān)后可控制啟動(dòng)充電。

4 慢充下電控制邏輯設(shè)計(jì)

4.1 正常充電完成下電

動(dòng)力電池SOC達(dá)到標(biāo)定滿電狀態(tài)后，電池管理系統(tǒng)BMS發(fā)送充電完成信號(hào)，發(fā)起充電完成下電流程。主要控制器下電控制邏輯如下：

（1）整車控制器HCU：充電過(guò)程中判斷充電槍是否虛接或拔槍。收到BMS充電狀態(tài)信號(hào)為“充電完成后”，發(fā)送整車充電請(qǐng)求為“充電完成”，整車運(yùn)行模式為“下電”，接著請(qǐng)求高壓部件停機(jī)。待收到BMS主正、主負(fù)繼電器狀態(tài)為斷開(kāi)后，發(fā)出主動(dòng)放電指令，進(jìn)行高壓系統(tǒng)殘余能量泄放。如鑰匙開(kāi)關(guān)檔位為OFF，一段時(shí)間后無(wú)網(wǎng)絡(luò)管理幀，則HCU進(jìn)入休眠狀態(tài)。

（2）電池管理系統(tǒng)BMS：電池SOC達(dá)到目標(biāo)值BMS發(fā)送“充電完成”，接著請(qǐng)求充電電流為0，充電電壓請(qǐng)求為當(dāng)前電池電壓。收到HCU下電指令后，BMS斷開(kāi)主正、主負(fù)繼電器，并反饋主正、主負(fù)繼電器狀態(tài)為“斷開(kāi)”。一段時(shí)間后無(wú)網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)。

（3）車載充電機(jī)OBC：充電過(guò)程中，OBC輸出充電電流給動(dòng)力電池。收到HCU“充電完成”信號(hào)和BMS請(qǐng)求充電電流和請(qǐng)求充電電壓值改變后，OBC斷開(kāi)S2開(kāi)關(guān)停止直流輸出，同時(shí)OBC當(dāng)前狀態(tài)置為“待機(jī)”，延時(shí)一段時(shí)間t（可標(biāo)定）后無(wú)網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進(jìn)入休眠狀態(tài)（圖3）。

4.2 預(yù)約充電或220V斷開(kāi)慢充中斷下電

在車輛使用過(guò)程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)未充滿狀態(tài)下用戶拔充電槍，或電網(wǎng)供電中斷的情況。此外，該款車型配置有預(yù)約充電功能，可能會(huì)出現(xiàn)充電過(guò)程中，用戶設(shè)置預(yù)充充電，當(dāng)前充電需要中斷的情況。主要控制器下電控制邏輯如下：

（1）整車控制器HCU：用戶設(shè)置預(yù)約充電后，HCU將發(fā)送“預(yù)約充電模式”信號(hào)。收到OBC當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為“充電連接準(zhǔn)備”，輸入電壓為0后，HCU發(fā)送整車運(yùn)行模式為“下電”，整車充電請(qǐng)求為“禁止充電”，控制高壓繼電器斷開(kāi)，接著請(qǐng)求高壓部件停機(jī)。待主繼電器斷開(kāi)后，控制相關(guān)高壓部件進(jìn)行主動(dòng)放電，將高壓系統(tǒng)電壓降至安全電壓以下。

（2）電池管理系統(tǒng)BMS：收到HCU整車運(yùn)行模式為“下電”及高壓繼電器斷開(kāi)指令后，BMS斷開(kāi)主正、主負(fù)繼電器，并反饋主繼電器狀態(tài)為“斷開(kāi)”。一段時(shí)間后無(wú)網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)。

（3）車載充電機(jī)OBC：OBC收到預(yù)約充電模式信號(hào)或CP信號(hào)斷開(kāi)后，會(huì)控制S2開(kāi)關(guān)斷開(kāi)停止充電電流輸出，發(fā)送輸入電壓信號(hào)值為0，OBC當(dāng)前狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為“充電連接準(zhǔn)備”，延時(shí)一段時(shí)間t（可標(biāo)定）后無(wú)網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進(jìn)入休眠狀態(tài)（圖4）。

4.3 無(wú)法充電加熱慢充中斷下電

在某些極端工況下，可能出現(xiàn)充電過(guò)程中需要加熱電池的情況。若該款車型未配置PTC加熱器，為保證充電安全、延長(zhǎng)動(dòng)力電池壽命，則整車控制器HCU不允許進(jìn)入慢充充電流程。若該款車型配置的PTC加熱器有故障，則整車控制器HCU控制慢充中斷進(jìn)入下電流程。主要控制器下電控制邏輯如下：

（1）整車控制器HCU：HCU判斷動(dòng)力電池有加熱請(qǐng)求，若車輛配置的PTC加熱器無(wú)故障則進(jìn)入充電上電電池加熱流程。若車輛配置的PTC加熱器有故障，則HCU發(fā)送整車運(yùn)行模式為“下電”，控制高壓繼電器斷開(kāi)，整車充電請(qǐng)求置為“禁止充電”，接著請(qǐng)求高壓部件停機(jī)。待主繼電器斷開(kāi)后，控制相關(guān)高壓部件進(jìn)行主動(dòng)放電，將高壓系統(tǒng)電壓降至安全電壓以下。

（2）電池管理系統(tǒng)BMS：收到HCU整車運(yùn)行模式為“下電”指令后，BMS發(fā)送充電電流請(qǐng)求為0，充電電壓請(qǐng)求為當(dāng)前動(dòng)力電池電壓。收到高壓繼電器斷開(kāi)指令后，BMS斷開(kāi)主正、主負(fù)繼電器，并反饋主繼電器狀態(tài)為“斷開(kāi)”。一段時(shí)間后無(wú)網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)。

（3）車載充電機(jī)OBC：OBC收到HCU整車運(yùn)行模式為“下電”，整車充電請(qǐng)求為“禁止充電”指令后，OBC停止充電電流輸出，控制S2開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，發(fā)送OBC當(dāng)前狀態(tài)為“充電連接準(zhǔn)備”。延時(shí)一段時(shí)間t（可標(biāo)定）后無(wú)網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進(jìn)入休眠狀態(tài)（圖5）。

4.4 充電系統(tǒng)故障下電

充電過(guò)程中，車輛可能會(huì)出現(xiàn)影響充電安全或不能滿足充電狀態(tài)要求的各種問(wèn)題，如動(dòng)力電池溫度過(guò)高、車載充電機(jī)OBC工作故障等。整車控制器HCU綜合判斷當(dāng)前故障狀態(tài)，當(dāng)故障等級(jí)過(guò)高，嚴(yán)重影響充電進(jìn)程時(shí)，HCU控制充電系統(tǒng)停止充電并完成高壓下電。主要控制器下電控制邏輯如下：

（1）整車控制器HCU：HCU判斷有無(wú)導(dǎo)致充電下電的故障或故障超時(shí)。如發(fā)生相應(yīng)故障，HCU發(fā)送整車運(yùn)行模式為“下電”，控制高壓繼電器斷開(kāi)，整車充電請(qǐng)求置為“禁止充電”。同時(shí)，HCU給儀表發(fā)送充電系統(tǒng)故障標(biāo)志位，接著請(qǐng)求高壓部件停機(jī)。待主繼電器斷開(kāi)后，控制相關(guān)高壓部件進(jìn)行主動(dòng)放電，將高壓系統(tǒng)電壓降至安全電壓以下。

（2）電池管理系統(tǒng)BMS：BMS主要負(fù)責(zé)整個(gè)充電過(guò)程動(dòng)力電池狀態(tài)監(jiān)控，將電池系統(tǒng)故障信息發(fā)送給HCU。收到HCU整車運(yùn)行模式為“下電”指令后，BMS發(fā)送充電電流請(qǐng)求為0，充電電壓請(qǐng)求為當(dāng)前動(dòng)力電池電壓。接著控制主正、主負(fù)繼電器斷開(kāi)，待電池包總電流小于閾值，并反饋主繼電器狀態(tài)為“斷開(kāi)”。一段時(shí)間后無(wú)網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)。

（3）車載充電機(jī)OBC：OBC實(shí)時(shí)發(fā)送當(dāng)前故障狀態(tài)給HCU。收到HCU整車運(yùn)行模式為“下電”，整車充電請(qǐng)求為“禁止充電”指令后，OBC停止充電電流輸出，發(fā)送OBC當(dāng)前狀態(tài)為“充電連接準(zhǔn)備”?？刂芐2開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，發(fā)送OBC當(dāng)前狀態(tài)為“待機(jī)”。延時(shí)等待一段時(shí)間t（可標(biāo)定）無(wú)網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進(jìn)入休眠狀態(tài)（圖6）。

5 結(jié)論

本文通過(guò)詳細(xì)考慮實(shí)際充電使用場(chǎng)景，完善了插電式混合動(dòng)力汽車慢充充電下電的控制邏輯設(shè)計(jì)，滿足具有預(yù)約充電功能的新能源汽車各種充電狀態(tài)下的慢充下電需求，可為電動(dòng)車輛慢充下電邏輯設(shè)計(jì)提供一定借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 18487.1-2015，電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求[S].