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上汽通用五菱 | 插电式混合动力汽车慢充下电控制逻辑研究

2021-12-10 19:23:38·  来源：电动学堂  作者：​匡小军  
　
文章来源：1.上汽通用五菱汽车股份有限公司2.中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司1概述插电式混动动力汽车兼顾了纯电动和传统燃油汽车的优点。既可实现纯电模
文章来源：1.上汽通用五菱汽车股份有限公司2.中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司
1概述
插电式混动动力汽车兼顾了纯电动和传统燃油汽车的优点。既可实现纯电模式下高性能、零排放行驶，又能通过混合动力模式提高用户体验，解决用户里程焦虑问题。因此，在可预见的一段时期内插电式混合动力汽车将是乘用车市场的主力车型。
插电式混合动力汽车因为新增了一套交流慢充系统，充电的安全性和便利性问题便随之而来。特别是充电结束和下电后的一段时间内，发生充电安全事故的概率远高于其他时段。本文以某插电式混合动力汽车为例，基于插电式混合动力汽车使用的各种工况场景，研究制定了各种状态下的慢充下电控制策略，详细设计了充电结束的控制逻辑，以确保车辆充电的安全性。
2慢充系统架构
在慢充交流充电过程中，车载充电机OBC作为能量转换装置，将电网中的交流电转换成直流电存储在高压动力电池中，慢充过程涉及的高压部件有动力电池（包含电池管理管理系统BMS控制预充、主正、主负继电器完成高压上下电，DCDC直流转换器在高压上电后为整个充电过程提供低压供电，各控制器主要通过CAN总线进行信号交互。


3充电模式应用
综合考虑慢充充电的安全性、便利性及成本问题，该插电式混合动力车型选用方便随车携带，对充电装置要求低，带有缆上控制盒的充电模式2连接方式B进行充电，其控制导引电路如下：


充电插头接入电网后，K1、K2继电器控制电网交流电接入车辆高压回路；CC为充电连接信号，充电枪完全连接后由CC信号触发充电流程；CP信号用作充电电流识别和控制；车载充电机闭合S2开关后可控制启动充电。
4慢充下电控制逻辑设计
4.1正常充电完成下电
动力电池SOC达到标定满电状态后，电池管理系统BMS发送充电完成信号，发起充电完成下电流程。主要控制器下电控制逻辑如下：
（1）整车控制器HCU：充电过程中判断充电枪是否虚接或拔枪。收到BMS充电状态信号为“充电完成后”，发送整车充电请求为“充电完成”，整车运行模式为“下电”，接着请求高压部件停机。待收到BMS主正、主负继电器状态为断开后，发出主动放电指令，进行高压系统残余能量泄放。如钥匙开关档位为OFF，一段时间后无网络管理帧，则HCU进入休眠状态。
（2）电池管理系统BMS：电池SOC达到目标值BMS发送“充电完成”，接着请求
充电电流为0，充电电压请求为当前电池电压。收到HCU下电指令后，BMS断开主正、主负继电器，并反馈主正、主负继电器状态为“断开”。一段时间后无网络管理帧，则BMS进入休眠状态。
（3）车载充电机OBC：充电过程中，OBC输出充电电流给动力电池。收到
HCU“充电完成”信号和BMS请求充电电流和请求充电电压值改变后，OBC断开S2开关停止直流输出，同时OBC当前状态置为“待机”，延时一段时间t（可标定）后无网络管理帧，则OBC进入休眠状态（图3）。


4.2预约充电或220V断开慢充中断下电
在车辆使用过程中，时常会出现未充满状态下用户拔充电枪，或电网供电中断的情
况。此外，该款车型配置有预约充电功能，可能会出现充电过程中，用户设置预充充电，当前充电需要中断的情况。主要控制器下电控制逻辑如下：
（1）整车控制器HCU：用户设置预约充电后，HCU将发送“预约充电模式”信号。收到OBC当前状态转换为“充电连接准备”，输入电压为0后，HCU发送整车运行模式为“下电”，整车充电请求为“禁止充电”，控制高压继电器断开，接着请求高压部件停机。待主继电器断开后，控制相关高压部件进行主动放电，将高压系统电压降至安全电压以下。
（2）电池管理系统BMS：收到HCU整车运行模式为“下电”及高压继电器断开指令后，BMS断开主正、主负继电器，并反馈主继电器状态为“断开”。一段时间后无网络管理帧，则BMS进入休眠状态。
（3）车载充电机OBC：OBC收到预约充电模式信号或CP信号断开后，会控制S2开关断开停止充电电流输出，发送输入电压信号值为0，OBC当前状态信号转换为“充电连接准备”，延时一段时间t（可标定）后无网络管理帧，则OBC进入休眠状态（图４）。
4.3无法充电加热慢充中断下电
在某些极端工况下，可能出现充电过程中需要加热电池的情况。若该款车型未配置PTC加热器，为保证充电安全、延长动力电池寿命，则整车控制器HCU不允许进入慢充充电流程。若该款车型配置的PTC加热器有故障，则整车控制器HCU控制慢充中断进入下电流程。主要控制器下电控制逻辑如下：
（1）整车控制器HCU：HCU判断动力电池有加热请求，若车辆配置的PTC加热器无故障则进入充电上电电池加热流程。若车辆配置的PTC加热器有故障，则HCU发送整车运行模式为“下电”，控制高压继电器断开，整车充电请求置为“禁止充电”，接着请求高压部件停机。待主继电器断开后，控制相关高压部件进行主动放电，将高压系统电压降至安全电压以下。
（2）电池管理系统BMS：收到HCU整车运行模式为“下电”指令后，BMS发送充电电流请求为0，充电电压请求为当前动力电池电压。收到高压继电器断开指令后，BMS
断开主正、主负继电器，并反馈主继电器状态为“断开”。一段时间后无网络管理帧，则BMS进入休眠状态。
（3）车载充电机OBC：OBC收到HCU整车运行模式为“下电”，整车充电请求为“禁止充电”指令后，OBC停止充电电流输出，控制S2开关断开，发送OBC当前状态为“充电连接准备”。延时一段时间t（可标定）后无网络管理帧，则OBC进入休眠状态（图５）。


4.4充电系统故障下电
充电过程中，车辆可能会出现影响充电安全或不能满足充电状态要求的各种问题，如动力电池温度过高、车载充电机OBC工作故障等。整车控制器HCU综合判断当前故障状态，当故障等级过高，严重影响充电进程时，HCU控制充电系统停止充电并完成高压下电。主要控制器下电控制逻辑如下：
（1）整车控制器HCU：HCU判断有无导致充电下电的故障或故障超时。如发生相应故障，HCU发送整车运行模式为“下电”，控制高压继电器断开，整车充电请求置为“禁止充电”。同时，HCU给仪表发送充电系统故障标志位，接着请求高压部件停机。待主继电器断开后，控制相关高压部件进行主动放电，将高压系统电压降至安全电压以下。
（2）电池管理系统BMS：BMS主要负责整个充电过程动力电池状态监控，将电池系统故障信息发送给HCU。收到HCU整车运行模式为“下电”指令后，BMS发送充电电流请求为0，充电电压请求为当前动力电池电压。接着控制主正、主负继电器断开，待电池包总电流小于阈值，并反馈主继电器状态为“断开”。一段时间后无网络管理帧，则BMS进入休眠状态。
（3）车载充电机OBC：OBC实时发送当前故障状态给HCU。收到HCU整车运行模式为“下电”，整车充电请求为“禁止充电”指令后，OBC停止充电电流输出，发送OBC当前状态为“充电连接准备”。控制S2开关断开后，发送OBC当前状态为“待机”。延时等待一段时间t（可标定）无网络管理帧，则OBC进入休眠状态（图６）。


5结论
本文通过详细考虑实际充电使用场景，完善了插电式混合动力汽车慢充充电下电的控制逻辑设计，满足具有预约充电功能的新能源汽车各种充电状态下的慢充下电需求，可为电动车辆慢充下电逻辑设计提供一定借鉴。 
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