一种纯电动物流汽车充电问题优化方案

孙李璠，王景松，葛俊夏，万明丽，鲁书建

（郑州比克新能源汽车有限公司，河南 郑州 451400）

随着国内新能源汽车的迅速发展，电动汽车的稳定性、方便性越来越引起人们的关注，对于纯电动汽车的充电系统使用要求会更高，在我司车辆推出的使用过程中，前期出现充电问题导致无法满足客户需求。因此在设计优化充电问题时不仅要考虑充电时间尽量小，而且必须保证汽车充电使用的稳定性。

本文主要针对某款纯电动物流汽车的充电系统特点，通过设计优化进行车辆充电系统的系统升级，解决客户使用过程中的问题并达到后续设计优化的思路引导。

1 某款纯电动物流汽车的充电问题

我司车辆主要以物流车为主，其市场分布具有以下特点：①主要用于物流行业；②分布相对密集；③充电时间集中；④客户充电使用环境不一致；⑤客户充电接线存在参差不齐现象；⑥使用充电方式多样化。

针对以上特点，主要暴露出来的使用问题有以下几个方面：①交网配电接线方式混乱，出现未搭铁、过温、短路、漏电等保护故障；②多台车充电过程中出现交网电压降低，充电电流增大，出现16A三角插头灼烧现象；③车辆恒功率充电，当电压下降，易报过流故障。

2 充电问题的优化方案

根据国标GBT 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》的要求，交流充电必须具备漏电保护、短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护、缺地检测、过温保护。

关于纯电动物流车在市场应用中的问题，主要分三方面进行优化处理，主要包括：①交网配电要求的统一规定；②三角插头端增加过温保护；③在确保硬件不变的情况下，将“恒功率模式”充电改为相对“输入恒流模式”充电。

3 交网配电要求

中国低压电网采用三相四线制，即A、B、C三相加上中性线 （零线）N，三相中任一项作为火线L与零线N组成单相电，慢充电路由火线L、零线N及搭铁线PE组成，根据售后反馈，跳枪多为居民区用电，因居民区三相用电分支较多，电压不均衡且波动较大，易引起过流现象。因此交网配电要求应满足以下原则。

1） 单台车充电时，线径L=2.5～4 mm2、N=2.5～4 mm2、PE=2.5～4 mm2，空气开关需选用C32规格以上，16 A插座需为工业级。接线方式为配电柜-空气开关-16 A插座。

2） 多台车充电时，线径L＞n×6 mm2、N＞n×6 mm2、PE=6 mm2、L1=L2=L3=L4=L5…Ln=2.5～4 mm2、N1=N2=N3=N4=N5…Nn=2.5～4 mm2。空气开关需选用载流能力满足总体电流需求：I＞n×16 A规格以上，16 A插座需为工业级；接线方式为配电柜-空气开关-电工母排工作。

4 16 A三角插头温控

现阶段，我司BMS采用恒功率充电，当交网电压下降时，电流增大，若交流输入电流大于过流阈值 （16 A），充电枪上的控制盒会报过流故障，停止工作，具体计算如下。BMS需求功率：

PBMS=V交额×Icp

式中：V交额——BMS默认的交网额定电压220VAC；Icp——占空比×100×0.6（国标）。

根据OBC输出功率P输出=PBMS，可计算出交流输入OBC的功率：

式中：η——OBC整机效率，0.9。

当多台车同时充电或特殊时期交网电压下降时，由于恒功率充电模式，会导致I输入上升，当输入电流不大于阈值16 A时，长时间大电流充电，导致三角插头接合处发热严重，当温度高于一定程度时，会出现灼烧现象。

对此进行优化设计：在三角插头处增加热敏电阻进行16 A三角插头导体温度的检测，当控制盒检测到温度传感器的温度超过85±5℃，持续时间大于10 s，控制盒应进入温度保护状态，切断电源线上的电流；当温度回落75±5℃以下，持续时间大于10 s，或温度保持在75±5℃，持续时间大于10 s，控制盒恢复工作状态，恢复电源线上的电流，不限恢复次数。具体接线示意图见图1。

图1 接线示意图

5 充电模式的优化

为优化已经投入市场的车辆，我司采用的原则是：在保证硬件及通信协议字节宽度不变的前提下，进行软件控制方面的优化，主要从设计方案、方案验证、问题处理三个方面进行。

5.1 设计方案

将恒功率充电模式改为输入恒流充电模式，我司充电机工作采用CAN激活方式，通过控制单元发送开机指令及相应需求，直流电流改进前简易流程见图2。

图2所示当车辆充电时，VCU接收到CC信号，VCU判断电缆允许的最大电流，并通过CAN发送至BMS；同时激活BMS、仪表、DCDC；BMS将充电继电器吸合，根据CP信号判断出供电设备的最大电流，结合电池、VCU所发送的电缆最大电流，综合判断出请求直流充电电流并通过CAN发送至OBC；OBC根据BMS所请求直流电流及自身功率开始给电池充电；当达到停止充电条件，BMS断开相应继电器。

优化设计方案为BMS将充电继电器吸合，根据CP信号判断出供电设备的最大电流，结合电池、VCU所发送的电缆最大电流综合判断出最大允许交流输入电流并通过CAN发送至OBC；OBC根据BMS所请求最大允许交流输入电流及自身功率开始给电池充电；当达到停止充电条件，BMS断开相应继电器。

图2 修改前简易流程图

具体通信协议优化点：①增加OBC发送至BMS交流输入电压；②增加BMS发送至OBC最大允许输入交流电流；③将BMS发送至OBC充电所需电流改为直流侧最大允许输出电流。具体见图3～图6。

图3 OBC发送至BMS部分信息

图4 增加后OBC发送至BMS部分信息

图5 BMS发送至BMS部分信息

图6 增加后BMS发送至BMS部分信息

5.2 方案验证

通过将充电机程序进行更改，BMS程序进行更改，对程序进行不同电压、不同充电枪的测试，具体测试数据曲线见图7和图8。

图7 占空比为21.66%模式13 A充电枪测试曲线

图8 占空比为21.66%模式16 A充电枪测试曲线

通过测试数据绘制的曲线可以看出，输入交流电流基本趋于直线，则可以确定输入交流电流可以达到相对恒流输入。

5.3 问题处理

在充电测试期间限流输入15.6 A时，开机启动，钳流表显示输入电流达到34 A左右，随后降到要求范围。

通过实验室模拟试验条件，带电池启动，充电电压374 V左右 （CV模式电子负载），用电流枪和钳流表同时检测输入电流。钳流表显示34 A左右读数，示波器检测到有100 ms左右的大电流输入，示波器波形见图9。

原因分析：软件对输入电流的限制，是自检功能完成后，才进行输入电流限制，会有一定时间的延时，所以上电一瞬间会有一个大输入电流，随后软件检测到超过要求的输入电流，启动限制输入电流到要求范围。

更新软件后，钳流表和示波器都未检测到有大电流输入，示波器波形见图10。

软件优先对输入电流进行最大限制，实时检测和控制，解决输入电流脉冲问题。

6 结论

图9 瞬间启动大电流波形

图10 更新软件后的波形图

本文针对我司现有纯电动汽车的充电特点，按照GB／T 18487.1-2015、GB／T 27930-2015的设计要求优化适合我司车辆的充电方式，通过以上三个大方面的优化，基本可以解决硬件故障以外的充电问题：①交流配电的要求解决用户接线混乱的现象；②16 A三角插头增加温控传感器，可以解决因三角插头发热严重导致灼烧现象；③“恒功率充电”优化为“输入恒流充电”可以解决在不同电压范围正常充电问题。