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0 引言

近幾年，在國家政策的支持下，新能源汽車產(chǎn)銷量保持了較快增長，隨著規(guī)模效應(yīng)，國家逐步降低對新能源汽車的補(bǔ)貼，新能源行業(yè)也啟動(dòng)新一輪優(yōu)勝劣汰，對于新能源整車企業(yè)，成本壓力越來越大。新能源汽車發(fā)展時(shí)間較短，零部件質(zhì)量，軟件質(zhì)量也是整車開發(fā)的難點(diǎn)。

針對這些問題，確定了小三電的技術(shù)方案：將主正、負(fù)接觸器從PDU中移到動(dòng)力電池內(nèi)部，PDU只為PTC、EAC、無線充電等較小功率的高壓電器配電；把車載充電和和DCDC變換器的功率模塊和控制模塊拆分，功率模塊由具備豐富經(jīng)驗(yàn)的電源生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，控制模塊的軟、硬件由整車企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，整車企業(yè)定義控制模塊和功率模塊的接口。

這種方案把既要滿足汽車行業(yè)規(guī)范要求，又要滿足電源規(guī)范要求的復(fù)雜車載充電機(jī)、DCDC做了簡化成為功率模塊和控制模塊；功率模塊只需要滿足電源相關(guān)規(guī)范，有更多工業(yè)電源廠家可以進(jìn)入，有利于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?#xff0c;產(chǎn)品質(zhì)量也得到保證；控制模塊的功能集成在VCU或是域控制器內(nèi)，整車企業(yè)可利用成熟的軟件開發(fā)流程，設(shè)計(jì)解決復(fù)雜的充電系統(tǒng)邏輯，從而減少了與充電機(jī)供應(yīng)商的溝通成本，大大提高的軟件可靠性。

1 技術(shù)分析及企業(yè)調(diào)研

欣銳科技、威邁斯、杭州富特三家國車載電源企業(yè)，占國內(nèi)68%的市場份額，32%的份額被其它車載電源企業(yè)瓜分。特斯拉和國內(nèi)的如廣汽、吉利、蔚來、奇瑞等各家的技術(shù)方案各不相同。小型化、集成化、高功率密度化就市場需求的方向，把小三電成為更利于規(guī)?；漠a(chǎn)品的企業(yè)，將會(huì)在下一輪競爭中勝出。

1.1 車載充電機(jī)和DCDC的技術(shù)方案

電動(dòng)汽車的OBC主要由功率電路(PFC+移相全橋[1]/LLC)和控制電路組成，可分為單向OBC和雙向OBC，單向OBC只能給動(dòng)力電池充電，雙向OBC可以把動(dòng)力電池的直流電逆變成為家用220V交流電。OBC+DCDC磁集成，如圖1所示。OBC、DC共用控制電路、DC輸出全橋電路、DC輸出濾波電路，能夠降低成本，減小體積。

OBC和DC總成在整車上動(dòng)用難度和工作量很大，邏輯單片機(jī)外圍電路需要滿足ISO16750相關(guān)的要求，邏輯功能要匹配整車進(jìn)行調(diào)整定義，充電機(jī)的狀態(tài)機(jī)定義，充電上、下電時(shí)序，電子鎖控制及檢測電路與整車的電子鎖的驅(qū)動(dòng)方式及驗(yàn)證。使單件和軟、硬件研發(fā)成本高昂。

1.2 高壓配電盒方案分析

高壓配電盒即PDU，由于PDU與整車電氣布置相關(guān)，每個(gè)車型的PDU都有差異，所以PDU難以形成標(biāo)準(zhǔn)品。市場上主流方式有兩種：一種是針對具體車型定制開發(fā)PDU產(chǎn)品；另一種方式是將PDU功能集成到其他零部件中，如針對具體車型定制開發(fā)OBC+DC+PDU多合一產(chǎn)品。

特斯拉把PDU集成到動(dòng)力電池中，整車少了PDU這個(gè)零件，減少了開發(fā)成本；比亞迪E5把OBC，DCDC，電機(jī)控制器，動(dòng)力電池繼電器，配電等部集成在一起；吉利與比亞迪比起來，PDU中少了電機(jī)控制器。

綜合多家整車企業(yè)的PDU方案，成本最優(yōu)靠性最好的特斯拉，國內(nèi)整車企業(yè)的整合能力達(dá)不到特斯拉的水平，但有一定的改進(jìn)空間。

1.3 充電系統(tǒng)控制分析

國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)在2015年12月發(fā)布了GB/T18487.1-2015電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求，定義了充電接口原理和時(shí)序，于2017年10月發(fā)布了GB/T34657.2-2017電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范第2部分：車輛。

國標(biāo)建議的控制引電電路原理如圖2所示，解決新能源汽車和充電樁的充電兼容性，但是整車內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的方案卻各有不同。檢測點(diǎn)2、3的檢測電路有放在充電機(jī)、BMS、整車控制器內(nèi)部，這就要求OBC的零件生產(chǎn)企業(yè)要設(shè)計(jì)多種電路來匹配不同整車企業(yè)的需求，軟件策略也同樣需要調(diào)整，從行業(yè)高度分析，不利于降低開發(fā)及單件成本。

1.4 調(diào)研分析小結(jié)

新能源汽車的核心零件可分為三部分：動(dòng)力電池，電驅(qū)(電機(jī)控制器，電機(jī)，減速器)，小三電(PDU+DC+OBC)；原因每一部分的技術(shù)與其它部分相對獨(dú)立，且有整合提升空間。

不同車型小三電的組合方式不同，PDU原理不同，連接器不同，功率需求不同，控制引導(dǎo)電路實(shí)現(xiàn)方式不同，導(dǎo)致不能通過規(guī)?；档统杀?。因此，如何把小三電有機(jī)分解易于規(guī)模化是行業(yè)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2 小三電技術(shù)方案

2.1 高壓配電盒方案

設(shè)計(jì)小三電中PDU的方案之前，首先是整車的高壓原理，如圖3所示，主正、負(fù)接觸器集成在動(dòng)力電池內(nèi)部，優(yōu)點(diǎn)在于安全，集成在BDU內(nèi)部，可以模塊化。

電驅(qū)與直接連接不通過PDU，優(yōu)點(diǎn)是避免了電驅(qū)與其它高電壓器間的電磁干擾，行車過程中，電驅(qū)會(huì)產(chǎn)生較大的干擾，可能影響到壓縮壓機(jī)控制器，DCDC等。其它的高壓電器連接PDU，這樣PDU與動(dòng)力電池的電纜只需要用到6mm2，大大降低高壓電纜的成本。

小三電的故障率較低時(shí)，便可以跟特斯拉一樣做到動(dòng)力電池內(nèi)部。

2.2 小三電的硬件方案

車載電源與民用電源的差別在于應(yīng)用環(huán)境和參考標(biāo)準(zhǔn)不同，OBC與DCDC需要低電壓控制器的標(biāo)準(zhǔn)，如EMC需滿足CISPR25的Class3，同時(shí)OBC又屬于連接低壓供電系統(tǒng)的設(shè)備，需滿足CISPR16的ClassB，零件供應(yīng)商須精通兩個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，設(shè)計(jì)難度很大，相當(dāng)于設(shè)置了一個(gè)很高的門檻，只有很少幾個(gè)供應(yīng)商可以做好，對提升行業(yè)技術(shù)能力不利。

如果把OBC的功率模塊和控制模塊分開是不是可行，功率模塊的電性能參考連接低電壓供電系統(tǒng)設(shè)備，結(jié)合整車對振動(dòng)試驗(yàn)如ISO16750-3要求；控制模塊同時(shí)整車低壓系統(tǒng)和功率模塊交互，控制模塊的功能可以集成在VCU中，控制模塊用于對功率模塊的控制，如功率模塊的開關(guān)控制、輸出功率控制、診斷功能、對控制模塊的保護(hù)功能、熱管理、與整車交互的功能軟件等，控制模塊的軟件由車載控制器軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)豐富的整車來做，如果功能上可以實(shí)現(xiàn)，那么把復(fù)雜的OBC和DCDC分解成，功能單一的功率模塊和控制模塊(集成于VCU)成為可能。

按上述思路，我們在現(xiàn)在的小三電的OBC部分和VCU做了改制，把OBC原有的，CC、CP電路，電子鎖驅(qū)動(dòng)及檢測等硬件及功能屏蔽，只留了以下硬件接口，參見表1所示，更改后的充電機(jī)總成參見圖4所示。

VCU為自主設(shè)計(jì)，已經(jīng)預(yù)留了CC、CP檢測，電子鎖驅(qū)動(dòng)及狀態(tài)檢測等功能，唯一需要增加的是由VCU與功率模塊的功率使能信號(hào)，VCU如圖5所示。

2.3 軟件方案

OBC的軟件包括三個(gè)功能，一是ACDC變換及基本的自我保護(hù)功能，二是把狀態(tài)信號(hào)報(bào)給VCU，VCU做診斷，三是通過CAN和Enable硬線實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。

上、下電邏輯如下：CP喚醒VCU后，VCU通過CAN喚醒OBC，VCU檢測CC和CP的狀態(tài)正常后閉合S2，此時(shí)充電樁輸出交流220V，VCU給出OBC功率控制高電平，OBC根據(jù)VCU給出的電壓、電流請求正常輸出。當(dāng)充電完成或是充電故障，VCU拉低功率使能信號(hào)，OBC停止輸出，之后整車走休眠流程，具體流程圖參見圖6所示，由于流電子鎖控制較簡單不是核心內(nèi)容，程圖不體現(xiàn)。

3 實(shí)車測試結(jié)果

完成小三電中OBC部分、VCU、低壓線束的更改之后，進(jìn)行了整車聯(lián)調(diào)，調(diào)試過程中遇到的按下充電槍按鈕S3交流輸入電流不能在100ms內(nèi)降為0的技術(shù)難點(diǎn)；

國標(biāo)要求：“判斷開關(guān)S3由閉合變?yōu)閿嚅_(狀態(tài)B)，則車輛控制裝置控制車載充電機(jī)在100ms內(nèi)停止充電，然后斷開S2。”對于帶有CC、CP檢測能傳統(tǒng)OBC都能實(shí)現(xiàn)，但對于CC、CP由VCU檢測的小三電系統(tǒng)是非常大的挑戰(zhàn)，調(diào)試時(shí)，只能達(dá)到200ms滿足不了國標(biāo)要求。本人提出解決方案：

(1)將Enable硬線信號(hào)，由原方案中的喚醒功能改為功率輸入的使能功能；VCU檢測到CC為半連接，立即將Enable拉低；OBC檢測到Enable低電平，即停止OBC輸出，取消原方案中下電軟關(guān)斷，再關(guān)閉PFC部分。

(2)硬件信號(hào)檢測優(yōu)化，VCU檢測CC半連接和OBC檢測Enable硬線信號(hào)的debounce(防抖動(dòng))時(shí)間由之前的50mS減少到10mS。

(3)軟件策略優(yōu)化，把VCU對OBC的開關(guān)控制信號(hào)只用作正常下電時(shí)的關(guān)斷控制，S3半連接時(shí)不通過此開關(guān)信號(hào)控制。經(jīng)過兩周的調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)充電功能，上、下電時(shí)序如圖7所示。

4 結(jié)論

國家通過政策支持新能源汽車快速發(fā)展了近十年，汽車產(chǎn)銷量已達(dá)到100萬輛以上，通過對整車企業(yè)和小三電供應(yīng)商的調(diào)研和技術(shù)分析，我們發(fā)現(xiàn)各家的技術(shù)方案差異較大，不利于規(guī)?；档统杀竞涂煽啃?#xff1b;為解決這個(gè)問題，我們提出將復(fù)雜的車載電源，分解成功率模塊和控制模塊，功率模塊可以交給電源企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，類似于直流充電樁的電源模塊，控制模塊由VCU替代。

在現(xiàn)有的小三電產(chǎn)品上更改的OBC的電路和軟件，并裝車驗(yàn)證，上、下電時(shí)序符合整車的功能性能要求，功能驗(yàn)證可行，將OBC的硬件電路改進(jìn)，去掉多余的部分，再進(jìn)行全面的DV試驗(yàn)驗(yàn)證。

文章來源：《天際汽車科技集團(tuán)有限公司》

DOI:10.16589/j.cnki.cn11-3571/tn.2020.16.012

總結(jié)

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