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电车试验：充电安全——充电控制策略
2022-02-18 14:22:08· 来源：汽车测试网
充电控制策略包括：充电最高电压、最大允许电流、温度限值、单体极值等电池安全极值的安全与保护要求。充电过程中，与BMS 交互充电过程报文，监控充电电压、电流
充电控制策略包括：充电最高电压、最大允许电流、温度限值、单体极值等电池安全极值的安全与保护要求。充电过程中，与BMS 交互充电过程报文，监控充电电压、电流、温度的变化，当超过所限定的允许充电限值时，应及时做停机保护。
针对不同类型的电池的单体极值监测，当单体电压超过允许充电极值时，充电设备应能够上报告警，并及时停止充电。
充电机应能根据充电过程参数，感知动力电池及车载电气设备的工作状态，判断BMS数据的有效性和一致性，防止动力电池发生过充危险。
充电控制策略应利用充电系统的大数据分析能力，对动力电池的安全风险进行预警，防止触发动力电池的安全事故。
一、充电控制
1、充电时序要求
充电时序应符合GB/T 18487.1《电动汽车传导充电系统第1 部分：通用要求》，GB/T27930《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》的充电时序要求。
2、充电过程数据要求
充电过程中状态数据应能准确上报，特别是充电总电压，总电流、极限值、单体值等均按照要求上报，只要车载BMS 发送，双协议模块，充电机均需要正确处理后转发，充电监控需要正确显示。同时，充电监控对于充电总电压，总电流、极限值、单体值均需要定期下发查询。充电中各个时间、充电电量、充电时长的数正确。其中，充电相关BMV（单体电池温度）、BMT（单体电池电压）报文GB/T 27930《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》定义为可选报文，但为了充电设备能够及时发现充电安全风险，需定义为必选报文，并提高发送的频率。
GB/T 27930 中的BMS 和车辆辨识报文(BRM)中车辆识别码VIN 定义为可选报文，但为了充电设备更好的基于车辆本身的属性以及车辆本身的充电历史数据发现充电安全风险，需定义为必选报文。
3、基于充电过程数据的控制策略
充电设备可以利用积累的充电过程大数据建立充电安全防护模型，在充电过程中实时的基于安全防护模型、BMS 数据搭建除了BMS 异常报警之外的第二道防线，当检测到异常情况是，及时停机保护.
（1）充电设备的二重保护控制
充电设备应具备对电池的二重保护功能。
1）在恒流、恒压模式的充电过程中，当检测到输出电压大于车辆最高允许充电总电压或电流响应结束后检测到输出电流大于车辆当前需求电流的110%（当前需求电流值大于等于30A 时）或大于车辆当前需求电流+3A（当前需求电流值小于30A 时），或，当BMS交互数据的单体电压达到电池最高单体电压，并持续一定时间后（15s），充电设备应在1s 内断开K1K2，并发出告警提示。
2）在充电过程中，当BMS 数据的电池最高温度达到电池允许最高温度并持续一定时间后，充电设备应停止充电，并发出告警提示。充电过程中当电池的温升超过电池所允许的温升阈值，充电机应停止充电，并发出告警。
3）充电设备应具备电池过充保护，在检测到充进电池的电量和安时数大于电池的额定容量和能量时，应及时停止充电并报出告警。
4）充电设备应具备对BMS 交互数据出现干扰、数据不更新、数据异常的判断功能，当出现异常数据会导致电池过充、过热、过压、过流时，应采取控制策略或停止充电，防止电池安全风险，并发出告警。当充电过程中累计充电量超过电池额定容量的10%电池的SOC 仍然不发生变化，充电机应停止充电并发出告警。
（2）充电系统利用大数据分析功能控制策略
充电系统应充分利用充电大数据分析的作用，建立电池特性溯源及健康状况信息检索的数据支撑作用，识别车辆充电过程中的风险。基于纵向充电历史数据的电池特性溯源和同类车型横向数据统计分析的充电安全模型，有助于对充电过程进行安全策略的调控，降低电池事故风险，延缓电池健康指标衰减，并对车辆未来的健康状况进行预测。
安全防护模型需要考虑实现的目标以及包含的维度包括：
1）结合车型的电池衰减特征、车辆的历史充电数据等估算出车辆电池容量的衰减程度,并结合车辆的充电行为特征、车辆的运营类型等对电池未来的容量衰减趋势做出预测。
2）车辆由于运行环境、运营类型、充电习惯、运行习惯的不同会导致车辆触发各个安全核心指标的周期、变化速率或者本身的实际阈值数据不同。为了实现尽可能提前对车辆的异常指标发现并预警，需要对安全的核心指标的阈值建立对应的模型，需要包含的安全指标以及模型计算的分析维度参考如下：
电池充电过程中最高温度的阈值、温升速率的阈值、最大温差的阈值、最大压差的阈值、SOC 速率的阈值、单体过压的阈值、电池过充的阈值需要结合车型、城市、时间以及车辆自身的历史充电数据的大数据特征进行动态确定。
3）充电系统应能基于车型某区域长时间的历史充电数据,计算车型充电安全指标的基准值数据。
充电系统应能基于车辆的历史数据,计算车辆和同区域、同时间同车型的相同安全指标的基准值的偏离度。
充电系统应能根据车辆与车型的基准值的偏离程度将车辆分为低风险车辆、高风险车辆、无风险车辆，并能预警电池的故障种类。
二、故障、异常状况监测及保护
（1）应具备充电系统发生各项故障时，通过合理处理策略保证充电安全；
（2）对安全监控参数超限发生后，充电监控系统向充电机发出紧急停机指令，充电机需要执行停机；
（3）充电桩控制系统对充电回路中每个继电器、接触器、熔断器做检测，检测器件是否正常，并作出故障告警；
（4）每个充电回路带有防反二极管，防止充电设备内部故障时，引起故障扩大；
（5）充电中实施枪头温度检测，当枪头温度过高时可中断充电；
（6）将有关信息存储到网络数据库，须确保网络数据库有效，如存储失败需给出错误信息。
三、故障分类及处理
严重故障，直接影响人身安全级别故障。如绝缘故障、漏电故障等。当发生严重故障时，设备或者充电模块须立即停机，等待专业维护人员维修；
电池热失控：可能引起电池总电压过充、电池单体电压过充、电池容量过充、电池温过高等导致电池热失控风险的故障，应立即停止充电，并主动告警，并在充电系统中后台中记录。
一般故障，不涉及人身安全但需及时维护的故障。主要为设备安全级别故障，如连接器故障（导引电路检测到故障），充电机检测到充电电流不匹配等。当发生一般故障时，充电设备停止本次充电，并做好故障记录（需重新插拔充电电缆后，才能进行下一次充电）。
告警提示，需要引起操作人员注意的相关问题。如充电握手阶段、配置阶段的超时、充电过程超时等。当充电设备处于告警提示状态时，充电设备中止充电，待故障现象排除后自动恢复充电（检测到故障状态解除后，重新通信握手开始充电）。
表6-1 故障分类
根据充电结束的要求，可以分为正常停止充电、故障停止充电以及紧急停止充电。
正常停止充电：用户、车辆或供电设备中止充电过程，并非由故障导致停机。包括用户、车辆或供电设备正常主动中止充电。
故障停止充电：充电设备或车辆检测到故障而中止充电过程，当发生输出过压保护、通信线异常故障时，供电设备分别在1s 和10s 内打开接触器K1、K2、K3、K4。
紧急停止充电：供电设备或车辆检测到故障而紧急中止充电过程，如出现安全危险。
当发生控制导引信号异常、保护接地连续性丢失、不能继续充电故障时，供电设备应在100ms 打开接触器K1 和K2。
企业标准设计时，应遵循上述原则。
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