一种纯电动汽车车载充电策略

肖 聪，刘 新，伍 岳，吴 龙，朱金宝

（东风汽车股份有限公司商品研发院，湖北 武汉 430056）

1 引言

随着新能源技术的发展，越来越多的纯电动汽车得到了普及，而充电系统为纯电汽车的动力能源补给提供保障，其中车载交流充电技术是目前主流研究的方向之一。车载充电机（OBC）通过AC-DC技术实现220 V交流电转直流电进行输出，能非常方便地为纯电动汽车电池充电。

为了提高交流充电效率与速度，大功率车载充电机的发展必将是趋势。目前市场上的绝大多数OBC产品的功率都以6.6 kW为主，而且11 kW及以上的OBC产品也在国内开始研发使用，并逐步成为主流。根据GB／T18487.1-2015规定，额定电流大于16 A的供电设备必须要提供锁止机构，即采用6.6 kW及以上的OBC产品的纯电动汽车必须装有电子锁止装置，因此针对国标要求，本文提出一种基于OBC检测充电连接确认（CC）信号、控制引导 （CP）信号，并控制电子锁的交流充电策略。

2 交流充电系统原理

交流充电系统主要相关的设备包括电池管理系统 （BMS）、OBC、交流充电接口、仪表解锁开关等，交流充电接口依据GB／T20234.2-2015定义，电子锁置于交流充电接口内。OBC检测CC、CP信号并反馈给BMS，再依据BMS提供的数据，按照GB／T18487.1-2015规定，OBC动态调节充电电压或电流参数，执行相应的动作，完成充电过程。充电结束后，为了使驾驶员方便对电子锁解锁，在仪表处安装解锁开关。电气系统原理图如图1所示。

图1 交流充电原理图

3 交流充电控制策略

根据交流充电原理，本节主要介绍上下电控制策略。

3.1 唤醒过程

插入交流充电枪，OBC激活并自检。检测到CC信号正常后，OBC自动闭合电子锁并检查上锁状态。当OBC检测到CP信号和电子锁状态正常后，闭合S2开关。当OBC检测到CC信号正常时输出+12 V／24 V唤醒 BMS。准备流程图如图2所示。

图2 上电准备流程图

3.2 充电过程

BMS激活并自检，无故障后，就检查BMS与OBC通信是否正常。上电条件都准备就绪后，BMS吸合主负接触器，接收到OBC通过 CAN总线发送的CC号正常，同时检测到充电口温度正常，BMS下发开机指令或者加热指令，并且下发大于0的需求电压和需求电流，闭合交流充电接触器就开始充电。充电流程图如图3所示。

3.3 下电过程

图3 充电流程图

在停车充电的过程中，当遇到可恢复故障 （输出未接／输出反接／输出短接／温度过高等）、CC半连接、CP异常、停电 （CC正常，CP和AC异常，S2闭合）、刷卡断电、CC未连接、锁死故障或者收到BMS指令时，OBC会根据不同的情况进行处理，根据图4详细描述下电流程。

4 电子锁控制策略

4.1 电子锁电气原理

本文采用三芯电子锁，电子锁接线图如图5所示。

4.1.1 上锁过程

先在UNLOCK状态做判断，使PIN1接GND，BMS检测到PIN2有低电平，则认为电子锁处于开锁状态 （若检测不到PIN2有低电平，则认为电子锁有故障，不进行上锁动作）。然后在LOCK状态下，使PIN1接+12 V／24 V，PIN3接GND，通电1 s，执行上锁动作；1 s后给PIN1接GND并检测，若检测PIN2仍有低电平，在延时200 ms后重新进行上锁动作并检测PIN2，连续3次检测到PIN2有低电平判断为电子锁故障。

4.1.2 解锁过程

在LOCK状态下，PIN3接+12 V／24 V，PIN1接GND，通电1 s，执行下锁动作；1 s后，OBC检测PIN2有低电平，则认为电子锁处于开锁状态。若未检测到低电平则延时200 ms重复解锁动作并检测PIN2低电平，连续3次未检测到判断为故障，上报CAN总线，OBC检测到开锁信号后，断开UNLOCK线圈负，使 PIN1悬空。

4.2 解锁策略

在充电中，BMS检测到整车仪表板上交流充电电子锁解锁开关的高电平信号时，BMS收到后判断为人为要求停止充电，此时BMS请求停止充电，发送停止充电命令给OBC，同时将请求电压和电流降为0，BMS检测到电流降到1 A以下（CAN报文）之后请求断开交流充电接触器，VCU接收到交流充电接触器断开并将状态反馈给BMS；同时OBC接收到命令后停止充电，100 ms以内将电流降到1 A以内，断开S2开关并将电子锁解锁，通过CAN总线反馈给BMS，BMS收到电子锁解锁状态，请求断开主负，VCU允许后，BMS延时2 s断主负，唤醒信号丢失后，BMS发CAN命令给OBC休眠后BMS休眠，OBC收到休眠命令后延时5 s休眠。

充满电后，OBC会自动解开电子锁。

图4 下电流程图

图5 电子锁接线图

5 交流充电相关报文定义

5.1 报文结构

数据链路层的规定主要参考CAN2.0B和J1939的相关规定。使用CAN扩展帧的29位标识符并进行了重新定义，表1为29位标识符的分配表，通信速率为250 kb／s，采用Intel格式，采用单帧报文，周期发送机制。如表1所示，优先级为3位，可以有8个优先级；R一般固定为0；DP现固定为0；8位的PF为报文的代码；8位的PS为目标地址或组扩展；8位的SA为发送此报文的源地址；本文设定BMS地址是80，OBC地址是244。

表1 标识符分配表

5.2 报文定义

根据上文的策略分析，BMS发送OBC报文见表2，OBC发送BMS报文见表3。

6 交流充电安全应对措施

1）OBC判断电子锁故障时，OBC通过CAN总线反馈给BMS，BMS允许进行充电，充电电流不限制 （与无电子锁时充电电流大小一样）。整车不配置交流充电电子锁时，OBC和BMS不报电子锁失效的故障码。

2）交流充电完成后OBC接收到BMS停止充电后解锁，OBC通过CAN总线反馈电子锁解锁状态给BMS，BMS判断主负断开、电子锁已解锁后，整车ON挡信号不作为BMS解锁的条件。

3）整车没有12 V／24 V（包括铅酸电池没电等情况）时，直接机械解锁或者更换整车铅酸电池 （带电）。

4）机械解锁时，需要先关闭直流充电桩或交流充电桩的交流供电电源。

7 总结

本文详细论述了纯电动汽车交流充电控制策略，重点对基于OBC检测CC／CP、控制电子锁的上下电策略进行了详细的介绍，并通过流程图的方式来说明，以便加深理解。本控制策略已经在新能源汽车上实现功能，为大功率车载充电技术的普及应用提供一种可行的方案。

表2 BMS发送OBC报文

表3 OBC发送BMS报文