電動汽車用直流快充的策略研究

徐 悅 Xu Yue

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電動汽車用直流快充的策略研究

徐 悅 Xu Yue

（廣州汽車集團股份有限公司 汽車工程研究院，廣東 廣州 510640）

結合某款物流車快充方案的制定，基于國標規定的快充技術文件，提出并探討了一種快充方案，為了避免國標中提出的只有操作人員現場操作后才可斷開充電過程，分析對比4種方案的可行性，確定只有全部喚醒各個低壓控制器才可滿足車輛的用電需求的方案，采用CMA31繼電器來休眠低壓器件ECU，最后制定這種方案下的具體快充流程。對直流快充策略的研究以及以后類似純電驅動平臺開發中采用快充方案打下了良好的基礎。

電動汽車；直流快充；快充流程；策略

隨著國家和地方政策的實施，新能源與節能汽車越來越受到重視，其中電動汽車由于其零排放、省油等高環保效益深受消費者信賴，然而面對電動汽車的發展，許多技術還存在不足和缺陷，如直流快充技術，快充一方面能快速給汽車補電，提高續駛里程，另一方面對汽車零部件也提出更高要求，如動力電池，所以針對目前快充技術現狀，首先分析該技術的普遍原理，然后對存在的問題提出對策，制定快充流程，最后給出總結。

1 快充標準

在制定電動汽車直流快充策略中，目前只有以下國標可供參考，分別是：

1）GB/T 20234.1—2015電動汽車傳導充電用連接裝置第1部分：通用要求；

2）GB/T 20234.3—2015電動汽車傳導充電用連接裝置第3部分：直流充電接口；

3）GB/T 27930—2015電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議。

這3個標準也只是提供快充硬件連接和通信接口協議，而對快充中如何進行信號確認，控制器ECU喚醒及休眠方式和休眠順序沒有定義，這就造成在界定控制器具體工作時存在模糊性。

2 快充策略

如圖1所示，對于低壓輔助供電回路繼電器K3、K4，只有當操作人員實施停止充電指令時，才斷開該繼電器，停止給低壓電器供電，低壓器件休眠。如果沒有人員手動斷開充電槍連接，該繼電器不會斷開，喚醒的控制器也不會休眠（標準GB/T 20234.3）。所以在制定快充策略時，會產生如果沒有操作人員在現場操作，快充不會自動斷開，導致部件一直耗電，對車輛用電平衡策略和安全會造成較大隱患。

圖1 直流充電系統連接接口方案

某款純電驅動物流車在開發直流快充過程中，主要存在如下問題：

1）快充過程中VCU（Vehicle Control Unit，整車控制單元）需不需要喚醒；

2）DCDC需不需要喚醒。

針對以上兩個問題，首先調研了非車載充電設備輔助電源的供電能力，見表1。現在大多數車型啟動時用直流充電設備電源喚醒，后續用車載電源供電。各個廠家的輔助電源供電能力基本上大于5A。

各個標準中只有Q/GCD239—2009《非車載充電設備輔助電源供電能力》規定，如果供電能力要求大于5A，則需要供電方案與生產廠家單獨協商，調查各個廠家的供電能力基本都大于5A。

在標準GB/T 27930—2015中規定最后需要關斷低壓輔助電源。

表1 非車載充電設備輔助電源供電能力 A

針對物流車CAN（Controller Area Network）總線網絡拓撲圖分析，VCU通過CAN控制DCDC喚醒工作，VCU與BMS（Battery Manager System，電池管理系統）通過CAN相互進行通信。

綜合以上，提出以下4種快充策略，見表2。

表2 4種快充策略

分析各方案的可行性。

1）方案1、2：由于BMS控制快充過程，DCDC與BMS沒有通信機制，喚醒VCU用于控制DCDC對12V電池充電，而喚醒DCDC也是對12 V電池充電，防止負載過大發生虧電，但是單獨喚醒VCU或者DCDC均不能滿足對負載供電的要求，單獨只喚醒一個兩者之間不能通信，無法工作。所以快充時，VCU和DCDC只喚醒一個的方案不可行。

2）方案3：充電時，考慮液冷水泵/風冷風扇啟動、各ECU供電等，低壓功耗較大。直流充電機不能完全滿足，需要喚醒DCDC；而DCDC由VCU控制，高壓繼電器閉合指令由VCU控制，考慮到高壓安全，IPU（Integer Power Unit，電機控制器）也需喚醒，HVIL（High Voltage Inter-lock，高壓互鎖）回路控制繼電器的驅動電源端，而HVIL回路的12V使能由VCU控制，從長久方案考慮，充電時不行車，應有VCU檢測充電槍是否連接進行相應控制，基于此，VCU需要喚醒。物流車目前方案是由BMS檢測充電槍是否連接然后轉發給VCU。

3）方案4：結合以上分析可知，方案4中兩者均不喚醒不可行。

在方案3中，需要采用CMA31繼電器，因為沒有大電流二極管，快充時在高壓快充的低壓輸出與蓄電池正極之間增加一個繼電器，快充充電槍一插上，BMS等4個ECU的常火就切換到快充的低壓輸出端。該繼電器原理圖及相關零部件接口連接關系如圖2所示。

圖2 CMA31繼電器原理

綜合以上分析，結合物流車快充開發需求，針對快充過程中的難點提出快充時需要喚醒VCU和DCDC的策略，考慮到高壓安全需要喚醒其他ECU。

3 快充流程

基于快充策略制定的快充流程如圖3所示。

1）充電握手階段

首先進行物理連接，充電槍插合，車輛此時被鎖止，非車載充電機控制器檢測CC1點電壓是否滿足3.2 V≤U1≤4.8 V，判斷接口是否連接，然后非車載充電機自檢，完成后閉合低壓輔助供電回路接觸器，VCU、IPU、DCDC和BMS喚醒，接著BMS檢測CC2點電壓是否滿足5.2 V≤U2≤6.8 V，判斷接口是否連接，如果確認連接，非車載充電機與BMS握手完成。

圖3 某款物流車快充流程圖

2）充電匹配階段

按照GB/T 27930—2015標準完成非車載充電機與BMS充電之間的參數匹配，各零部件自檢無故障，此時BMS閉合充電回路接觸器，執行高壓上電，高壓上電成功后進入下一階段。

3）充電階段

此階段非車載充電機控制器閉合直流供電回路接觸器，VCU發送允許充電命令，BMS接收后開始充電，非車載充電機指示充電。

4）充電結束

電池充滿后，BMS發送充滿指令到VCU，VCU接收到后發送斷開繼電器指令，并退出充電模式，此時BMS斷開充電繼電器，充電結束，VCU發出高壓下電指令，BMS收到VCU下高壓電指令后，高低壓停止輸出，CAN停止。

以上為快充流程的4個階段，結合某款物流車制定。

4 結 論

介紹了快充技術在電動汽車領域的應用情況，并根據國標的規定闡述了快充國標存在的不足，結合某款物流車的快充方案分析幾種快充技術方案的可行性，并確定零部件喚醒策略，制定具體的快充流程。

[1]電動汽車傳導充電用連接裝置第一部分：通用要求：GBT20234.1-2015[S].

[2]電動汽車傳導充電用連接裝置第三部分：直流充電接口：GBT20234.3-2015[S].

[3]電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議：GBT27930-2015[S].

2017-11-16

U469.72+2

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2018.02.004

1002-4581（2018）02-0011-04