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广汽 | 电动汽车用直流快充的策略研究

2020-03-19 18:47:10·  来源：电动学堂  
　
文章来源：《电动汽车用直流快充的策略研究》作者单位：广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院DOI:10.14175/j.issn.1002-4581.2018.02.004随着国家和地方政策
文章来源：《 电动汽车用直流快充的策略研究》
作者单位：广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院
DOI:10.14175/j.issn.1002-4581.2018.02.004
 
随着国家和地方政策的实施,新能源与节能汽车越来越受到重视,其中电动汽车由于其零排放､省油等高环保效益深受消费者信赖,然而面对电动汽车的发展,许多技术还存在不足和缺陷,如直流快充技术,快充一方面能快速给汽车补电,提高续驶里程,另一方面对汽车零部件也提出更高要求,如动力电池,所以针对目前快充技术现状,首先分析该技术的普遍原理,然后对存在的问题提出对策,制定快充流程,最后给出总结｡
 
1 快充标准
在制定电动汽车直流快充策略中,目前只有以下国标可供参考,分别是:
1) GB/T20234.1—2015电动汽车传导充电用连接装置第1部分:通用要求;
2) GB/T20234.3—2015电动汽车传导充电用连接装置第3部分:直流充电接口;
3) GB/T27930—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｡
这3个标准也只是提供快充硬件连接和通信接口协议,而对快充中如何进行信号确认,控制器ECU唤醒及休眠方式和休眠顺序没有定义,这就造成在界定控制器具体工作时存在模糊性｡
2 快充策略
 
如图1所示,对于低压辅助供电回路继电器K3､K4,只有当操作人员实施停止充电指令时,才断开该继电器,停止给低压电器供电,低压器件休眠｡如果没有人员手动断开充电枪连接,该继电器不会断开,唤醒的控制器也不会休眠(标准GB/T 20234.3)｡所以在制定快充策略时,会产生如果没有操作人员在现场操作,快充不会自动断开,导致部件一直耗电,对车辆用电平衡策略和安全会造成较大隐患｡
某款纯电驱动物流车在开发直流快充过程中,主要存在如下问题:
1) 快充过程中VCU(VehicleControlUnit,整车控制单元)需不需要唤醒;
2) DCDC需不需要唤醒｡
 
针对以上两个问题,首先调研了非车载充电设备辅助电源的供电能力,见表1｡现在大多数车型启动时用直流充电设备电源唤醒,后续用车载电源供电｡各个厂家的辅助电源供电能力基本上大于5A｡
各个标准中只有Q/GCD239—2009《非车载充电设备辅助电源供电能力》规定,如果供电能力要求大于5A,则需要供电方案与生产厂家单独协商,调查各个厂家的供电能力基本都大于5A｡
在标准GB/T27930—2015中规定最后需要关断低压辅助电源｡
针对物流车CAN(Controller Area Network)总线网络拓扑图分析,VCU通过CAN控制DCDC唤醒工作,VCU与BMS(Battery Manager System,电池管理系统)通过CAN相互进行通信｡
综合以上,提出以下4种快充策略,见表2｡
 
分析各方案的可行性｡
1) 方案1､2:由于BMS控制快充过程,DCDC与BMS没有通信机制,唤醒VCU用于控制DCDC对12V电池充电,而唤醒DCDC也是对12V电池充电,防止负载过大发生亏电,但是单独唤醒VCU或者DCDC均不能满足对负载供电的要求,单独只唤醒一个两者之间不能通信,无法工作｡所以快充时,VCU和DCDC只唤醒一个的方案不可行｡
2) 方案3:充电时,考虑液冷水泵/风冷风扇启动､各ECU供电等,低压功耗较大｡直流充电机不能完全满足,需要唤醒DCDC;而DCDC由VCU控制,高压继电器闭合指令由VCU控制,考虑到高压安全,IPU(Integer Power Unit,电机控制器)也需唤醒,HVIL(High Voltage Inter-lock,高压互锁)回路控制继电器的驱动电源端,而HVIL回路的12V使能由VCU控制,从长久方案考虑,充电时不行车,应有VCU检测充电枪是否连接进行相应控制,基于此,VCU需要唤醒｡物流车目前方案是由BMS检测充电枪是否连接然后转发给VCU｡
3) 方案4:结合以上分析可知,方案4中两者均不唤醒不可行｡
在方案3中,需要采用CMA31继电器,因为没有大电流二极管,快充时在高压快充的低压输出与蓄电池正极之间增加一个继电器,快充充电枪一插上,BMS等4个ECU的常火就切换到快充的低压输出端｡该继电器原理图及相关零部件接口连接关系如图2所示｡
 
综合以上分析,结合物流车快充开发需求,针对快充过程中的难点提出快充时需要唤醒VCU和DCDC的策略,考虑到高压安全需要唤醒其他ECU｡
3 快充流程
基于快充策略制定的快充流程如图3所示｡
 
1) 充电握手阶段
首先进行物理连接,充电枪插合,车辆此时被锁止,非车载充电机控制器检测CC1点电压是否满足3.2V≤U1≤4.8V,判断接口是否连接,然后非车载充电机自检,完成后闭合低压辅助供电回路接触器,VCU､IPU､DCDC和BMS唤醒,接着BMS检测CC2点电压是否满足5.2V≤U2≤6.8V,判断接口是否连接,如果确认连接,非车载充电机与BMS握手完成｡
2) 充电匹配阶段
按照GB/T 27930—2015标准完成非车载充电机与BMS充电之间的参数匹配,各零部件自检无故障,此时BMS闭合充电回路接触器,执行高压上电,高压上电成功后进入下一阶段｡
3) 充电阶段
此阶段非车载充电机控制器闭合直流供电回路接触器,VCU发送允许充电命令,BMS接收后开始充电,非车载充电机指示充电｡
4) 充电结束
电池充满后,BMS发送充满指令到VCU,VCU接收到后发送断开继电器指令,并退出充电模式,此时BMS断开充电继电器,充电结束,VCU发出高压下电指令,BMS收到VCU下高压电指令后,高低压停止输出,CAN停止｡
以上为快充流程的4个阶段,结合某款物流车制定｡
4 结论
介绍了快充技术在电动汽车领域的应用情况,并根据国标的规定阐述了快充国标存在的不足,结合某款物流车的快充方案分析几种快充技术方案的可行性,并确定零部件唤醒策略,制定具体的快充流程｡
 
 
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