插電式混合動力汽車慢充下電控制邏輯研究

匡小軍　李濤

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

關(guān)鍵詞：插電式 混合動力 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

插電式混動動力汽車兼顧了純電動和傳統(tǒng)燃油汽車的優(yōu)點。既可實現(xiàn)純電模式下高性能、零排放行駛，又能通過混合動力模式提高用戶體驗，解決用戶里程焦慮問題。因此，在可預(yù)見的一段時期內(nèi)插電式混合動力汽車將是乘用車市場的主力車型。

插電式混合動力汽車因為新增了一套交流慢充系統(tǒng)，充電的安全性和便利性問題便隨之而來。特別是充電結(jié)束和下電后的一段時間內(nèi)，發(fā)生充電安全事故的概率遠高于其他時段。本文以某插電式混合動力汽車為例，基于插電式混合動力汽車使用的各種工況場景，研究制定了各種狀態(tài)下的慢充下電控制策略，詳細設(shè)計了充電結(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)

在慢充交流充電過程中，車載充電機OBC作為能量轉(zhuǎn)換裝置，將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換成直流電存儲在高壓動力電池中，慢充過程涉及的高壓部件有動力電池（包含電池管理系統(tǒng)BMS）、車載充電機OBC、DCDC直流轉(zhuǎn)換器，交流充電插座。混合動力整車控制器HCU作為主控制器管控整個充電過程，電池管理系統(tǒng)BMS控制預(yù)充、主正、主負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充電過程提供低壓供電，各控制器主要通過CAN總線進行信號交互。

3 充電模式應(yīng)用

綜合考慮慢充充電的安全性、便利性及成本問題，該插電式混合動力車型選用方便隨車攜帶，對充電裝置要求低，帶有纜上控制盒的充電模式2連接方式B進行充電，其控制導引電路如下[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，充電槍完全連接后由CC信號觸發(fā)充電流程;CP信號用作充電電流識別和控制;車載充電機閉合S2開關(guān)后可控制啟動充電。

4 慢充下電控制邏輯設(shè)計

4.1 正常充電完成下電

動力電池SOC達到標定滿電狀態(tài)后，電池管理系統(tǒng)BMS發(fā)送充電完成信號，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：充電過程中判斷充電槍是否虛接或拔槍。收到BMS充電狀態(tài)信號為“充電完成后”，發(fā)送整車充電請求為“充電完成”，整車運行模式為“下電”，接著請求高壓部件停機。待收到BMS主正、主負繼電器狀態(tài)為斷開后，發(fā)出主動放電指令，進行高壓系統(tǒng)殘余能量泄放。如鑰匙開關(guān)檔位為OFF，一段時間后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則HCU進入休眠狀態(tài)。

（2）電池管理系統(tǒng)BMS：電池SOC達到目標值BMS發(fā)送“充電完成”，接著請求充電電流為0，充電電壓請求為當前電池電壓。收到HCU下電指令后，BMS斷開主正、主負繼電器，并反饋主正、主負繼電器狀態(tài)為“斷開”。一段時間后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進入休眠狀態(tài)。

（3）車載充電機OBC：充電過程中，OBC輸出充電電流給動力電池。收到HCU“充電完成”信號和BMS請求充電電流和請求充電電壓值改變后，OBC斷開S2開關(guān)停止直流輸出，同時OBC當前狀態(tài)置為“待機”，延時一段時間t（可標定）后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進入休眠狀態(tài)（圖3）。

4.2 預(yù)約充電或220V斷開慢充中斷下電

在車輛使用過程中，時常會出現(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，可能會出現(xiàn)充電過程中，用戶設(shè)置預(yù)充充電，當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。收到OBC當前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為“充電連接準備”，輸入電壓為0后，HCU發(fā)送整車運行模式為“下電”，整車充電請求為“禁止充電”，控制高壓繼電器斷開，接著請求高壓部件停機。待主繼電器斷開后，控制相關(guān)高壓部件進行主動放電，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整車運行模式為“下電”及高壓繼電器斷開指令后，BMS斷開主正、主負繼電器，并反饋主繼電器狀態(tài)為“斷開”。一段時間后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進入休眠狀態(tài)。

（3）車載充電機OBC：OBC收到預(yù)約充電模式信號或CP信號斷開后，會控制S2開關(guān)斷開停止充電電流輸出，發(fā)送輸入電壓信號值為0，OBC當前狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為“充電連接準備”，延時一段時間t（可標定）后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進入休眠狀態(tài)（圖4）。

4.3 無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、延長動力電池壽命，則整車控制器HCU不允許進入慢充充電流程。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判斷動力電池有加熱請求，若車輛配置的PTC加熱器無故障則進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)送整車運行模式為“下電”，控制高壓繼電器斷開，整車充電請求置為“禁止充電”，接著請求高壓部件停機。待主繼電器斷開后，控制相關(guān)高壓部件進行主動放電，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整車運行模式為“下電”指令后，BMS發(fā)送充電電流請求為0，充電電壓請求為當前動力電池電壓。收到高壓繼電器斷開指令后，BMS斷開主正、主負繼電器，并反饋主繼電器狀態(tài)為“斷開”。一段時間后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進入休眠狀態(tài)。

（3）車載充電機OBC：OBC收到HCU整車運行模式為“下電”，整車充電請求為“禁止充電”指令后，OBC停止充電電流輸出，控制S2開關(guān)斷開，發(fā)送OBC當前狀態(tài)為“充電連接準備”。延時一段時間t（可標定）后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進入休眠狀態(tài)（圖5）。

4.4 充電系統(tǒng)故障下電

充電過程中，車輛可能會出現(xiàn)影響充電安全或不能滿足充電狀態(tài)要求的各種問題，如動力電池溫度過高、車載充電機OBC工作故障等。整車控制器HCU綜合判斷當前故障狀態(tài)，當故障等級過高，嚴重影響充電進程時，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判斷有無導致充電下電的故障或故障超時。如發(fā)生相應(yīng)故障，HCU發(fā)送整車運行模式為“下電”，控制高壓繼電器斷開，整車充電請求置為“禁止充電”。同時，HCU給儀表發(fā)送充電系統(tǒng)故障標志位，接著請求高壓部件停機。待主繼電器斷開后，控制相關(guān)高壓部件進行主動放電，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主要負責整個充電過程動力電池狀態(tài)監(jiān)控，將電池系統(tǒng)故障信息發(fā)送給HCU。收到HCU整車運行模式為“下電”指令后，BMS發(fā)送充電電流請求為0，充電電壓請求為當前動力電池電壓。接著控制主正、主負繼電器斷開，待電池包總電流小于閾值，并反饋主繼電器狀態(tài)為“斷開”。一段時間后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進入休眠狀態(tài)。

（3）車載充電機OBC：OBC實時發(fā)送當前故障狀態(tài)給HCU。收到HCU整車運行模式為“下電”，整車充電請求為“禁止充電”指令后，OBC停止充電電流輸出，發(fā)送OBC當前狀態(tài)為“充電連接準備”。控制S2開關(guān)斷開后，發(fā)送OBC當前狀態(tài)為“待機”。延時等待一段時間t（可標定）無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進入休眠狀態(tài)（圖6）。

5 結(jié)論

本文通過詳細考慮實際充電使用場景，完善了插電式混合動力汽車慢充充電下電的控制邏輯設(shè)計，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，可為電動車輛慢充下電邏輯設(shè)計提供一定借鑒。

參考文獻：

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