一種純電動(dòng)汽車全工況定時(shí)定量充電控制策略

趙 爽，蘇松林，朱勇長(zhǎng)，燕逸飛，吳傲雪

一種純電動(dòng)汽車全工況定時(shí)定量充電控制策略

趙 爽，蘇松林，朱勇長(zhǎng)，燕逸飛，吳傲雪

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230041）

隨著國(guó)家大力支持新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及消費(fèi)者對(duì)新能源汽車的認(rèn)可度不斷提高，燃油車將逐漸退出歷史舞臺(tái)，對(duì)于純電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，充電是日常必不可少的一項(xiàng)操作，對(duì)于谷電和峰電價(jià)格不同的合理利用，將會(huì)提高用戶的體驗(yàn)感并為用戶帶來(lái)用車成本的下降。為了解決前期量產(chǎn)車型市場(chǎng)用戶抱怨定時(shí)定量充電設(shè)置步驟繁瑣問(wèn)題（設(shè)置必須插槍），文章提出了一種新型的定時(shí)和定量充電控制邏輯，整車充電邏輯完全由整車控制器（VCU）控制，在任何工況下均可設(shè)置，操作簡(jiǎn)便，并且提示用戶已設(shè)置預(yù)約充電時(shí)間。相較于原策略，將用戶設(shè)置操作由6步減少為1步。

整車控制器；車載充電機(jī)；組合儀表；車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)；遠(yuǎn)程智能終端

對(duì)于純電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，充電是每一位用戶必須面對(duì)的用車操作，而中國(guó)目前正在推廣實(shí)行按照時(shí)段不同收取不同費(fèi)用的“分時(shí)電價(jià)”收費(fèi)方式[1]。文獻(xiàn)[2]中列出了一種定時(shí)定量充電策略，但是策略中需要上電初始化步驟，且策略中的電池管理系統(tǒng)較為復(fù)雜。文獻(xiàn)[3]中明確指出電動(dòng)汽車開(kāi)始充電時(shí)，其對(duì)電力系統(tǒng)能源需求的增加有著明確的影響。智能充電系統(tǒng)方案可以減輕電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的壓力[4]。預(yù)約充電功能是一種用戶可以通過(guò)手機(jī)端或者HUT端進(jìn)行設(shè)置的一種充電模式，可以根據(jù)用戶的用車時(shí)間自由選擇充電開(kāi)始的時(shí)間[5]。結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研及產(chǎn)品迭代升級(jí)需求，本文提出了一種新型的定時(shí)和定量充電的控制策略，對(duì)于整車在任何工況下均可設(shè)置，需要保持設(shè)置部件車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)（In-Vehicle Infotainment, IVI）供電，設(shè)置成功后會(huì)在組合儀表（Instrument Communications Manager, ICM）及IVI上提示用戶設(shè)置時(shí)間。需要說(shuō)明的是，本文所述定時(shí)定量充電不針對(duì)快充，快充電流較大充電時(shí)間較短，設(shè)計(jì)定時(shí)充電意義較小。

1 原定時(shí)定量充電策略

原策略整車充電需下電插槍（充電口蓋需要按鈕觸發(fā)打開(kāi)，此處設(shè)置考慮行車安全，防止行駛誤觸發(fā)），原策略設(shè)置定時(shí)定量充電需要整車處于充電狀態(tài)，操作步驟為1）用戶先下電；2）插入充電槍；3）用戶上電后；4）用戶通過(guò)IVI設(shè)置界面設(shè)置；5）點(diǎn)擊停止充電按鈕；6）用戶再次下電。其中需要用戶操作的有6步，且設(shè)置只能在整車處于充電狀態(tài)才有效。策略如圖1所示（用戶操作已標(biāo)為灰色）。

圖1 原定時(shí)定量充電策略

2 優(yōu)化后定時(shí)定量充電策略

由于本策略應(yīng)用車型取消了充電口蓋按鈕觸發(fā)打開(kāi)，改為當(dāng)下主流的手動(dòng)按壓打開(kāi)，本文所述車型同時(shí)增加了On電插槍可充電功能，此策略也簡(jiǎn)化了設(shè)置步驟。

現(xiàn)有汽車電源狀態(tài)大多數(shù)分為3種：下電，ACC（Accessories附件）電（只有IVI供電）和Key_On電（高壓繼電器閉合，整車上高壓）。車載IVI在ACC電和Key_On電的時(shí)候，可以進(jìn)行操作，但是ACC電時(shí)整車控制器（Vehicle Control Unit, VCU）沒(méi)有喚醒，無(wú)法與IVI進(jìn)行通信。本文所述策略，ACC電的時(shí)候，用戶操作IVI后，通過(guò)遠(yuǎn)程智能終端（Telematics BOX,T-BOX）喚醒VCU并記錄用戶設(shè)置的參數(shù)。VCU再結(jié)束喚醒，從而達(dá)到ACC電和Key_On電均可設(shè)置的目標(biāo)。此控制策略可以做到IVI上電后任何工況下均可設(shè)置定時(shí)定量充電，下電插槍后VCU會(huì)仲裁是否需要充電。圖2為定時(shí)定量各部件的交互圖。

圖2 部件交互圖

各部件作用：1）ICM：?jiǎn)蜗蛲ㄐ?，顯示用戶設(shè)置信息；2）IVI：雙向通信，識(shí)別用戶操作；3）VCU：雙向通信，定時(shí)定量充電策略控制單元，識(shí)別用戶操作；4）T-BOX：雙向通信，定時(shí)充電執(zhí)行單元；5）車載充電機(jī)（On Board Charger, OBC）：雙向通信，充電執(zhí)行單元。

2.1 優(yōu)化后定量充電

定量充電設(shè)置參數(shù)為結(jié)束充電電量，本文所述定量充電可設(shè)置結(jié)束電量為50%～100%，間隔為10%?？刂撇呗匀鐖D3所示。

圖3 定量充電控制策略圖

介紹各分組部件在定量充電中的作用（包含OBC，IVI，T-BOX及VCU）。

1）OBC：充電機(jī)收到VCU請(qǐng)求充電指令持續(xù)發(fā)送喚醒信號(hào)給VCU。

2）IVI（MP5）：傳遞用戶設(shè)置結(jié)束電量給VCU。

3）T-BOX：ACC電時(shí)，T-BOX檢測(cè)到用戶有設(shè)置電量動(dòng)作，會(huì)喚醒VCU，進(jìn)行充電仲裁，如果不滿足充電條件VCU會(huì)反饋T-BOX結(jié)束喚醒指令。

4）VCU：有ACC電時(shí)和Key_On電時(shí)兩種情況。

ACC電時(shí)，VCU判斷滿足充電條件，會(huì)選擇遠(yuǎn)程充電上電路徑進(jìn)行慢充上電（ACC電沒(méi)有上高壓，需先進(jìn)行高壓上電），然后喚醒車載充電機(jī)，發(fā)送慢充喚醒信號(hào)，VCU將模式由下電模式切換為慢充充電模式；VCU判斷不滿足充電條件，會(huì)發(fā)送遠(yuǎn)程結(jié)束指令給T-BOX斷開(kāi)遠(yuǎn)程喚醒指令，避免網(wǎng)絡(luò)不休眠導(dǎo)致整車饋電。

Key_On電時(shí)：VCU判斷滿足充電條件，不需要進(jìn)行上電。直接喚醒充電機(jī)，發(fā)送慢充喚醒信號(hào)，VCU將模式由上電模式切換為慢充充電模式；Key_On電時(shí)，VCU判斷不滿足充電條件，不執(zhí)行任何操作，維持上電模式。

需要說(shuō)明的是VCU檢測(cè)到用戶設(shè)置結(jié)束電量發(fā)生變化就會(huì)在下電前存儲(chǔ)最后一次設(shè)定的用戶結(jié)束電量值，防止IVI休眠后用戶插槍，沒(méi)有IVI報(bào)文VCU無(wú)法進(jìn)行仲裁。

2.2 優(yōu)化后定時(shí)充電

定量充電設(shè)置參數(shù)為開(kāi)始充電時(shí)間和結(jié)束充電電量，開(kāi)始充電時(shí)間為24 h制。控制策略如圖4所示。

圖4 定時(shí)充電控制策略圖

介紹各分組部件在定時(shí)充電中的作用（包含OBC，ICM，IVI，T-BOX及VCU）。

1）OBC：充電機(jī)收到VCU請(qǐng)求充電指令持續(xù)發(fā)送喚醒信號(hào)給VCU。

2）ICM：定時(shí)充電開(kāi)關(guān)打開(kāi)后，ICM會(huì)提示用戶設(shè)置的信息（在插槍和下電時(shí)候顯示，行駛時(shí)不顯示），包含開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束電量，如圖5所示。

圖5 定時(shí)預(yù)約成功ICM顯示示意圖

3）IVI：傳遞用戶設(shè)置開(kāi)始充電時(shí)間和結(jié)束電量給VCU，同時(shí)如用戶設(shè)置定時(shí)充電，IVI會(huì)進(jìn)行計(jì)時(shí)（T-BOX也可以進(jìn)行計(jì)時(shí)，考慮到T-BOX穩(wěn)定性不如IVI），到設(shè)定時(shí)間會(huì)發(fā)送信號(hào)提示T-BOX開(kāi)始充電，T-BOX發(fā)送遠(yuǎn)程充電指令提示VCU開(kāi)始充電。

4）T-BOX（ACC電時(shí)）：T-BOX檢測(cè)到用戶有設(shè)置開(kāi)始充電時(shí)間和結(jié)束充電電量動(dòng)作，會(huì)喚醒VCU，進(jìn)行充電仲裁，如果不滿足充電條件VCU會(huì)反饋T-BOX結(jié)束喚醒指令。

5）VCU：有ACC電時(shí)和Key_On電時(shí)兩種情況。

ACC電時(shí)：充電判斷同定量充電，不同的是，VCU會(huì)增加判斷用戶是否點(diǎn)擊開(kāi)始充電按鈕。

Key_On電時(shí)：充電判斷與定量充電相同，不同的是，VCU增加了對(duì)時(shí)間有效性的判斷以及設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間在當(dāng)前時(shí)間之后的6 h內(nèi)有效，非6 h內(nèi)VCU判斷為第二天啟動(dòng)充電。

同樣VCU下電前會(huì)存儲(chǔ)用戶設(shè)置定時(shí)時(shí)間和結(jié)束電量。

用戶設(shè)置定時(shí)充電結(jié)束后，如果不想繼續(xù)等待，可以通過(guò)如圖6所示按鈕，點(diǎn)擊開(kāi)始充電，此時(shí)T-BOX會(huì)直接發(fā)送遠(yuǎn)程充電指令提醒VCU開(kāi)始充電，同時(shí)按鈕顯示會(huì)變成停止充電（按鈕顯示受VCU控制）。定時(shí)充電設(shè)置成功后，用戶插槍ICM不顯示充電時(shí)間，只顯示定時(shí)充電相關(guān)信息[6]。

圖6 預(yù)約信息及按鈕顯示圖

3 本策略優(yōu)勢(shì)

本文所述策略相較于原策略減少了用戶操作5步，極大提高用戶便利性。用戶只需要在IVI工作時(shí)進(jìn)行一次設(shè)置即可，不需要重復(fù)進(jìn)行設(shè)置，且設(shè)置也沒(méi)有任何工況限制。

研究表明，溫度對(duì)電池的充放電效率有很強(qiáng)的影響[7]，如果電池不在適宜溫度范圍工作，高溫或低溫以及溫差過(guò)大會(huì)嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車電源性能和使用壽命[8]。預(yù)約充電可保證用戶在用車時(shí)，電池包溫度處在合理溫度范圍。

目前各大充電樁也提出了預(yù)約充電的方法但是充電樁進(jìn)行預(yù)約充電的方式需要插上充電槍以后且需要維持網(wǎng)絡(luò)信號(hào)良好狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)約充電[9]。由于計(jì)時(shí)模塊為IVI，不受通信信號(hào)影響，諸如地下車庫(kù)信號(hào)差，比遠(yuǎn)程充電（通過(guò)手機(jī)進(jìn)行預(yù)約充電）更加可靠。

預(yù)約充電為用戶節(jié)約大量用車成本，按照文獻(xiàn)[10]中提到的分時(shí)電價(jià)表進(jìn)行估算，如表1所示。

表1 電動(dòng)汽車充電分時(shí)電價(jià)

時(shí)段充電價(jià)格/(元/kWh) 00:00－07:000.4 07:00－09:001.2 09:00－13:002.0 13:00－17:000.4 17:00－21:002.0 21:00－24:001.2

通過(guò)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，用戶設(shè)置非谷電充電電價(jià)成本比谷電高3～5倍，也降低了高峰期公用充電樁充電的等待時(shí)間和服務(wù)費(fèi)[11]。

4 總結(jié)

綜上，本文所述定時(shí)定量策略充分考慮了用戶使用場(chǎng)景，且結(jié)合了ACC電定時(shí)定量充電，目前國(guó)內(nèi)屬于首創(chuàng)，數(shù)據(jù)截止2022年全年已實(shí)現(xiàn)搭載此功能量產(chǎn)車型44 387臺(tái)[12]，用戶對(duì)此功能使用情況的市場(chǎng)反應(yīng)良好，且平臺(tái)化移植到公司其他車型，給公司帶來(lái)了規(guī)?；男б?。

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[10] 吳甲武,邱曉燕,潘胤吉,等.基于改進(jìn)雞群算法的電動(dòng)汽車有序充電策略研究[J].電測(cè)與儀表,2019,56(9): 97-103.

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[12] 二手車小胖說(shuō).2022年度最全汽車銷量排行榜（建議收藏）[EB/OL].(2023-01-23)[2023-02-23].https://new. qq.com/rain/a/20230123A01BZL00.

A Control Strategy of Timing and Quantitative Charging for Pure Electric Vehicle under All Operating Conditions

ZHAO Shuang, SU Songlin, ZHU Yongchang, YAN Yifei, WU Aoxue

( Technical Center of Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230041, China )

With the strong support of the state for the development of new energy vehicles and the continuous improvement of consumers' recognition of new energy vehicles, fuel vehicles will gradually withdraw from the historical stage. For pure electric vehicles, charging is an indispensable daily operation. The rational utilization of different prices of valley and peak power will improve the user's experience and bring about a reduction in vehicle costs. In order to solve the complaints of users in the mass production vehicle market in the early stage about the cumbersome steps of setting the timing and quantitative charging (the charging gun must be inserted when setting), this paper proposes a new type of control logic for timing and quantitative charging. The vehicle charging logic is completely arbitrated by vehicle control unit (VCU), which can be set under any working condition, also the operation is simple, and the user is prompted to set the scheduled charging time. Compared with the original policy, the user setting operation is reduced from 6 steps to 1 step.

Vehicle control unit; On board charger; Instrument cluster; In-vehicle infotainmen; Telematics BOX

U462

A

1671-7988(2023)19-06-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.002

趙爽（1991－），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)樾履茉雌囌嚳刂坪退惴?，E-mail:282120399@qq.com。