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上汽通用五菱 | 插電式混合動(dòng)力汽車慢充下電控制邏輯研究

2021-12-10 19:23:38·  來源：電動(dòng)學(xué)堂  作者：?匡小軍  
　
文章來源：1.上汽通用五菱汽車股份有限公司2.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司1概述插電式混動(dòng)動(dòng)力汽車兼顧了純電動(dòng)和傳統(tǒng)燃油汽車的優(yōu)點(diǎn)。既可實(shí)現(xiàn)純電模
文章來源：1.上汽通用五菱汽車股份有限公司2.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司
1概述
插電式混動(dòng)動(dòng)力汽車兼顧了純電動(dòng)和傳統(tǒng)燃油汽車的優(yōu)點(diǎn)。既可實(shí)現(xiàn)純電模式下高性能、零排放行駛，又能通過混合動(dòng)力模式提高用戶體驗(yàn)，解決用戶里程焦慮問題。因此，在可預(yù)見的一段時(shí)期內(nèi)插電式混合動(dòng)力汽車將是乘用車市場的主力車型。
插電式混合動(dòng)力汽車因?yàn)樾略隽艘惶捉涣髀湎到y(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(shí)間內(nèi)，發(fā)生充電安全事故的概率遠(yuǎn)高于其他時(shí)段。本文以某插電式混合動(dòng)力汽車為例，基于插電式混合動(dòng)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(xì)設(shè)計(jì)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(jī)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(chǔ)在高壓動(dòng)力電池中，慢充過程涉及的高壓部件有動(dòng)力電池（包含電池管理管理系統(tǒng)BMS控制預(yù)充、主正、主負(fù)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(gè)充電過程提供低壓供電，各控制器主要通過CAN總線進(jìn)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(dòng)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(jìn)行充電，其控制導(dǎo)引電路如下：


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(jī)閉合S2開關(guān)后可控制啟動(dòng)充電。
4慢充下電控制邏輯設(shè)計(jì)
4.1正常充電完成下電
動(dòng)力電池SOC達(dá)到標(biāo)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(yùn)行模式為“下電”，接著請求高壓部件停機(jī)。待收到BMS主正、主負(fù)繼電器狀態(tài)為斷開后，發(fā)出主動(dòng)放電指令，進(jìn)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(shí)間后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則HCU進(jìn)入休眠狀態(tài)。
（2）電池管理系統(tǒng)BMS：電池SOC達(dá)到目標(biāo)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(dāng)前電池電壓。收到HCU下電指令后，BMS斷開主正、主負(fù)繼電器，并反饋主正、主負(fù)繼電器狀態(tài)為“斷開”。一段時(shí)間后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)。
（3）車載充電機(jī)OBC：充電過程中，OBC輸出充電電流給動(dòng)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(shí)OBC當(dāng)前狀態(tài)置為“待機(jī)”，延時(shí)一段時(shí)間t（可標(biāo)定）后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進(jìn)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(shí)常會(huì)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(huì)出現(xiàn)充電過程中，用戶設(shè)置預(yù)充充電，當(dāng)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(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為“充電連接準(zhǔn)備”，輸入電壓為0后，HCU發(fā)送整車運(yùn)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(jī)。待主繼電器斷開后，控制相關(guān)高壓部件進(jìn)行主動(dòng)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(yùn)行模式為“下電”及高壓繼電器斷開指令后，BMS斷開主正、主負(fù)繼電器，并反饋主繼電器狀態(tài)為“斷開”。一段時(shí)間后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)。
（3）車載充電機(jī)OBC：OBC收到預(yù)約充電模式信號或CP信號斷開后，會(huì)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(dāng)前狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換為“充電連接準(zhǔn)備”，延時(shí)一段時(shí)間t（可標(biāo)定）后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進(jìn)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(dòng)力電池壽命，則整車控制器HCU不允許進(jìn)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(jìn)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(dòng)力電池有加熱請求，若車輛配置的PTC加熱器無故障則進(jìn)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(yùn)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(jī)。待主繼電器斷開后，控制相關(guān)高壓部件進(jìn)行主動(dòng)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(yùn)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(dāng)前動(dòng)力電池電壓。收到高壓繼電器斷開指令后，BMS
斷開主正、主負(fù)繼電器，并反饋主繼電器狀態(tài)為“斷開”。一段時(shí)間后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)。
（3）車載充電機(jī)OBC：OBC收到HCU整車運(yùn)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(dāng)前狀態(tài)為“充電連接準(zhǔn)備”。延時(shí)一段時(shí)間t（可標(biāo)定）后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進(jìn)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(huì)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(dòng)力電池溫度過高、車載充電機(jī)OBC工作故障等。整車控制器HCU綜合判斷當(dāng)前故障狀態(tài)，當(dāng)故障等級過高，嚴(yán)重影響充電進(jìn)程時(shí)，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(dǎo)致充電下電的故障或故障超時(shí)。如發(fā)生相應(yīng)故障，HCU發(fā)送整車運(yùn)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(shí)，HCU給儀表發(fā)送充電系統(tǒng)故障標(biāo)志位，接著請求高壓部件停機(jī)。待主繼電器斷開后，控制相關(guān)高壓部件進(jìn)行主動(dòng)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(fù)責(zé)整個(gè)充電過程動(dòng)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(yùn)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(dāng)前動(dòng)力電池電壓。接著控制主正、主負(fù)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(shí)間后無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則BMS進(jìn)入休眠狀態(tài)。
（3）車載充電機(jī)OBC：OBC實(shí)時(shí)發(fā)送當(dāng)前故障狀態(tài)給HCU。收到HCU整車運(yùn)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(dāng)前狀態(tài)為“充電連接準(zhǔn)備”?？刂芐2開關(guān)斷開后，發(fā)送OBC當(dāng)前狀態(tài)為“待機(jī)”。延時(shí)等待一段時(shí)間t（可標(biāo)定）無網(wǎng)絡(luò)管理幀，則OBC進(jìn)入休眠狀態(tài)（圖６）。


5結(jié)論
本文通過詳細(xì)考慮實(shí)際充電使用場景，完善了插電式混合動(dòng)力汽車慢充充電下電的控制邏輯設(shè)計(jì)，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(dòng)車輛慢充下電邏輯設(shè)計(jì)提供一定借鑒。 
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