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電車試驗：充電安全——充電控制策略

2022-02-18 14:22:08·  來源：汽車測試網  
　
充電控制策略包括：充電最高電壓、最大允許電流、溫度限值、單體極值等電池安全極值的安全與保護要求。充電過程中，與BMS 交互充電過程報文，監(jiān)控充電電壓、電流
充電控制策略包括：充電最高電壓、最大允許電流、溫度限值、單體極值等電池安全極值的安全與保護要求。充電過程中，與BMS 交互充電過程報文，監(jiān)控充電電壓、電流、溫度的變化，當超過所限定的允許充電限值時，應及時做停機保護。
針對不同類型的電池的單體極值監(jiān)測，當單體電壓超過允許充電極值時，充電設備應能夠上報告警，并及時停止充電。
充電機應能根據(jù)充電過程參數(shù)，感知動力電池及車載電氣設備的工作狀態(tài)，判斷BMS數(shù)據(jù)的有效性和一致性，防止動力電池發(fā)生過充危險。
充電控制策略應利用充電系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析能力，對動力電池的安全風險進行預警，防止觸發(fā)動力電池的安全事故。
一、充電控制
1、充電時序要求
充電時序應符合GB/T 18487.1《電動汽車傳導充電系統(tǒng)第1 部分：通用要求》，GB/T27930《電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》的充電時序要求。
2、充電過程數(shù)據(jù)要求
充電過程中狀態(tài)數(shù)據(jù)應能準確上報，特別是充電總電壓，總電流、極限值、單體值等均按照要求上報，只要車載BMS 發(fā)送，雙協(xié)議模塊，充電機均需要正確處理后轉發(fā)，充電監(jiān)控需要正確顯示。同時，充電監(jiān)控對于充電總電壓，總電流、極限值、單體值均需要定期下發(fā)查詢。充電中各個時間、充電電量、充電時長的數(shù)正確。其中，充電相關BMV（單體電池溫度）、BMT（單體電池電壓）報文GB/T 27930《電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》定義為可選報文，但為了充電設備能夠及時發(fā)現(xiàn)充電安全風險，需定義為必選報文，并提高發(fā)送的頻率。
GB/T 27930 中的BMS 和車輛辨識報文(BRM)中車輛識別碼VIN 定義為可選報文，但為了充電設備更好的基于車輛本身的屬性以及車輛本身的充電歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)充電安全風險，需定義為必選報文。
3、基于充電過程數(shù)據(jù)的控制策略
充電設備可以利用積累的充電過程大數(shù)據(jù)建立充電安全防護模型，在充電過程中實時的基于安全防護模型、BMS 數(shù)據(jù)搭建除了BMS 異常報警之外的第二道防線，當檢測到異常情況是，及時停機保護.
（1）充電設備的二重保護控制
充電設備應具備對電池的二重保護功能。
1）在恒流、恒壓模式的充電過程中，當檢測到輸出電壓大于車輛最高允許充電總電壓或電流響應結束后檢測到輸出電流大于車輛當前需求電流的110%（當前需求電流值大于等于30A 時）或大于車輛當前需求電流+3A（當前需求電流值小于30A 時），或，當BMS交互數(shù)據(jù)的單體電壓達到電池最高單體電壓，并持續(xù)一定時間后（15s），充電設備應在1s 內斷開K1K2，并發(fā)出告警提示。
2）在充電過程中，當BMS 數(shù)據(jù)的電池最高溫度達到電池允許最高溫度并持續(xù)一定時間后，充電設備應停止充電，并發(fā)出告警提示。充電過程中當電池的溫升超過電池所允許的溫升閾值，充電機應停止充電，并發(fā)出告警。
3）充電設備應具備電池過充保護，在檢測到充進電池的電量和安時數(shù)大于電池的額定容量和能量時，應及時停止充電并報出告警。
4）充電設備應具備對BMS 交互數(shù)據(jù)出現(xiàn)干擾、數(shù)據(jù)不更新、數(shù)據(jù)異常的判斷功能，當出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)會導致電池過充、過熱、過壓、過流時，應采取控制策略或停止充電，防止電池安全風險，并發(fā)出告警。當充電過程中累計充電量超過電池額定容量的10%電池的SOC 仍然不發(fā)生變化，充電機應停止充電并發(fā)出告警。
（2）充電系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)分析功能控制策略
充電系統(tǒng)應充分利用充電大數(shù)據(jù)分析的作用，建立電池特性溯源及健康狀況信息檢索的數(shù)據(jù)支撐作用，識別車輛充電過程中的風險。基于縱向充電歷史數(shù)據(jù)的電池特性溯源和同類車型橫向數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的充電安全模型，有助于對充電過程進行安全策略的調控，降低電池事故風險，延緩電池健康指標衰減，并對車輛未來的健康狀況進行預測。
安全防護模型需要考慮實現(xiàn)的目標以及包含的維度包括：
1）結合車型的電池衰減特征、車輛的歷史充電數(shù)據(jù)等估算出車輛電池容量的衰減程度,并結合車輛的充電行為特征、車輛的運營類型等對電池未來的容量衰減趨勢做出預測。
2）車輛由于運行環(huán)境、運營類型、充電習慣、運行習慣的不同會導致車輛觸發(fā)各個安全核心指標的周期、變化速率或者本身的實際閾值數(shù)據(jù)不同。為了實現(xiàn)盡可能提前對車輛的異常指標發(fā)現(xiàn)并預警，需要對安全的核心指標的閾值建立對應的模型，需要包含的安全指標以及模型計算的分析維度參考如下：
電池充電過程中最高溫度的閾值、溫升速率的閾值、最大溫差的閾值、最大壓差的閾值、SOC 速率的閾值、單體過壓的閾值、電池過充的閾值需要結合車型、城市、時間以及車輛自身的歷史充電數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)特征進行動態(tài)確定。
3）充電系統(tǒng)應能基于車型某區(qū)域長時間的歷史充電數(shù)據(jù),計算車型充電安全指標的基準值數(shù)據(jù)。
充電系統(tǒng)應能基于車輛的歷史數(shù)據(jù),計算車輛和同區(qū)域、同時間同車型的相同安全指標的基準值的偏離度。
充電系統(tǒng)應能根據(jù)車輛與車型的基準值的偏離程度將車輛分為低風險車輛、高風險車輛、無風險車輛，并能預警電池的故障種類。
二、故障、異常狀況監(jiān)測及保護
（1）應具備充電系統(tǒng)發(fā)生各項故障時，通過合理處理策略保證充電安全；
（2）對安全監(jiān)控參數(shù)超限發(fā)生后，充電監(jiān)控系統(tǒng)向充電機發(fā)出緊急停機指令，充電機需要執(zhí)行停機；
（3）充電樁控制系統(tǒng)對充電回路中每個繼電器、接觸器、熔斷器做檢測，檢測器件是否正常，并作出故障告警；
（4）每個充電回路帶有防反二極管，防止充電設備內部故障時，引起故障擴大；
（5）充電中實施槍頭溫度檢測，當槍頭溫度過高時可中斷充電；
（6）將有關信息存儲到網絡數(shù)據(jù)庫，須確保網絡數(shù)據(jù)庫有效，如存儲失敗需給出錯誤信息。
三、故障分類及處理
嚴重故障，直接影響人身安全級別故障。如絕緣故障、漏電故障等。當發(fā)生嚴重故障時，設備或者充電模塊須立即停機，等待專業(yè)維護人員維修；
電池熱失控：可能引起電池總電壓過充、電池單體電壓過充、電池容量過充、電池溫過高等導致電池熱失控風險的故障，應立即停止充電，并主動告警，并在充電系統(tǒng)中后臺中記錄。
一般故障，不涉及人身安全但需及時維護的故障。主要為設備安全級別故障，如連接器故障（導引電路檢測到故障），充電機檢測到充電電流不匹配等。當發(fā)生一般故障時，充電設備停止本次充電，并做好故障記錄（需重新插拔充電電纜后，才能進行下一次充電）。
告警提示，需要引起操作人員注意的相關問題。如充電握手階段、配置階段的超時、充電過程超時等。當充電設備處于告警提示狀態(tài)時，充電設備中止充電，待故障現(xiàn)象排除后自動恢復充電（檢測到故障狀態(tài)解除后，重新通信握手開始充電）。
表6-1 故障分類


根據(jù)充電結束的要求，可以分為正常停止充電、故障停止充電以及緊急停止充電。
正常停止充電：用戶、車輛或供電設備中止充電過程，并非由故障導致停機。包括用戶、車輛或供電設備正常主動中止充電。
故障停止充電：充電設備或車輛檢測到故障而中止充電過程，當發(fā)生輸出過壓保護、通信線異常故障時，供電設備分別在1s 和10s 內打開接觸器K1、K2、K3、K4。
緊急停止充電：供電設備或車輛檢測到故障而緊急中止充電過程，如出現(xiàn)安全危險。
當發(fā)生控制導引信號異常、保護接地連續(xù)性丟失、不能繼續(xù)充電故障時，供電設備應在100ms 打開接觸器K1 和K2。
企業(yè)標準設計時，應遵循上述原則。
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