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廣汽 | 電動汽車用直流快充的策略研究

2020-03-19 18:47:10·  來源：電動學(xué)堂  
　
文章來源：《電動汽車用直流快充的策略研究》作者單位：廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院DOI:10.14175/j.issn.1002-4581.2018.02.004隨著國家和地方政策
文章來源：《 電動汽車用直流快充的策略研究》
作者單位：廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院
DOI:10.14175/j.issn.1002-4581.2018.02.004
 
隨著國家和地方政策的實(shí)施,新能源與節(jié)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(huán)保效益深受消費(fèi)者信賴,然而面對電動汽車的發(fā)展,許多技術(shù)還存在不足和缺陷,如直流快充技術(shù),快充一方面能快速給汽車補(bǔ)電,提高續(xù)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(shù)現(xiàn)狀,首先分析該技術(shù)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(jié)?
 
1 快充標(biāo)準(zhǔn)
在制定電動汽車直流快充策略中,目前只有以下國標(biāo)可供參考,分別是:
1) GB/T20234.1—2015電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第1部分:通用要求;
2) GB/T20234.3—2015電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第3部分:直流充電接口;
3) GB/T27930—2015電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議?
這3個標(biāo)準(zhǔn)也只是提供快充硬件連接和通信接口協(xié)議,而對快充中如何進(jìn)行信號確認(rèn),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(dāng)操作人員實(shí)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(biāo)準(zhǔn)GB/T 20234.3)?所以在制定快充策略時,會產(chǎn)生如果沒有操作人員在現(xiàn)場操作,快充不會自動斷開,導(dǎo)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?
某款純電驅(qū)動物流車在開發(fā)直流快充過程中,主要存在如下問題:
1) 快充過程中VCU(VehicleControlUnit,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(diào)研了非車載充電設(shè)備輔助電源的供電能力,見表1?現(xiàn)在大多數(shù)車型啟動時用直流充電設(shè)備電源喚醒,后續(xù)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(biāo)準(zhǔn)中只有Q/GCD239—2009《非車載充電設(shè)備輔助電源供電能力》規(guī)定,如果供電能力要求大于5A,則需要供電方案與生產(chǎn)廠家單獨(dú)協(xié)商,調(diào)查各個廠家的供電能力基本都大于5A?
在標(biāo)準(zhǔn)GB/T27930—2015中規(guī)定最后需要關(guān)斷低壓輔助電源?
針對物流車CAN(Controller Area Network)總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D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(tǒng))通過CAN相互進(jìn)行通信?
綜合以上,提出以下4種快充策略,見表2?
 
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(jī)制,喚醒VCU用于控制DCDC對12V電池充電,而喚醒DCDC也是對12V電池充電,防止負(fù)載過大發(fā)生虧電,但是單獨(dú)喚醒VCU或者DCDC均不能滿足對負(fù)載供電的要求,單獨(dú)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(fēng)冷風(fēng)扇啟動?各ECU供電等,低壓功耗較大?直流充電機(jī)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(jī)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(qū)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(yīng)有VCU檢測充電槍是否連接進(jìn)行相應(yīng)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(zhuǎn)發(fā)給VCU?
3) 方案4:結(jié)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?yàn)闆]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(guān)零部件接口連接關(guān)系如圖2所示?
 
綜合以上分析,結(jié)合物流車快充開發(fā)需求,針對快充過程中的難點(diǎn)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(jìn)行物理連接,充電槍插合,車輛此時被鎖止,非車載充電機(jī)控制器檢測CC1點(diǎn)電壓是否滿足3.2V≤U1≤4.8V,判斷接口是否連接,然后非車載充電機(jī)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(diǎn)電壓是否滿足5.2V≤U2≤6.8V,判斷接口是否連接,如果確認(rèn)連接,非車載充電機(jī)與BMS握手完成?
2) 充電匹配階段
按照GB/T 27930—2015標(biāo)準(zhǔn)完成非車載充電機(jī)與BMS充電之間的參數(shù)匹配,各零部件自檢無故障,此時BMS閉合充電回路接觸器,執(zhí)行高壓上電,高壓上電成功后進(jìn)入下一階段?
3) 充電階段
此階段非車載充電機(jī)控制器閉合直流供電回路接觸器,VCU發(fā)送允許充電命令,BMS接收后開始充電,非車載充電機(jī)指示充電?
4) 充電結(jié)束
電池充滿后,BMS發(fā)送充滿指令到VCU,VCU接收到后發(fā)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(jié)束,VCU發(fā)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(jié)合某款物流車制定?
4 結(jié)論
介紹了快充技術(shù)在電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用情況,并根據(jù)國標(biāo)的規(guī)定闡述了快充國標(biāo)存在的不足,結(jié)合某款物流車的快充方案分析幾種快充技術(shù)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?
 
 
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