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1、电动汽车的充电系统探究摘要：文章主要介绍纯电动汽车的充电系统，包括沟通充电系统和直流充电系统，简述两种充电系统的组成部件、电气原理和控制策略，作为后续设计提供参考。关键词：电动汽车；充电系统；工作形式；车载充电机；充电接口随着纯电动汽车的使用越来越广，充电需求越来越多，市场对车辆的充电安全性和便利性提出越来越高的要求，便利、安全且快速的充电是市场对车辆的一致需求。本文主要介绍纯电动汽车的充电系统的组成、电气原理和控制策略。纯电动汽车的充电系统方式主要有两种，一是沟通充电方式，即为慢充，二是直流充电方式，即为快充，两种充电方式的组成、电气原理和控制方式各不一样。2沟通充电系统2.1沟通充电的组成
2、沟通充电指电网输入给车辆的电压为沟通电，能够是220VAC单向电或380VAC三相电。沟通电通过标准充电插头和充电插座，进入车载充电机，车载充电机再把沟通电转化为直流电，给动力电池充电，完成基本的沟通充电。沟通充电的部件主要有车载充电机、沟通充电插座沟通充电插座线束、充电线、沟通充电桩或220V沟通电源和车辆控制器VCU、BMS等组成，如图1为各部件示图。其中沟通充电插座和车载充电机固定在车辆上，充电线随车配送，沟通充电桩固定在停车场，各部件的作用如下：1车载充电机是沟通充电系统的关键部件，其根据控制指令把沟通电转化为直流电给电池充电。2沟通充电插座是国家标准件，是车辆连接外部电网的接口，其接
3、口有2个信号回路，1个接地回路，1个零线回路和3个火线回路，共7个接口，根据输入的电压是220VAC或380VAC，应用相应的火线接口。3车辆控制器是施行监控车辆的状态，并发出控制指令给车载充电机，使其工作或停止工作，控制其工作电流和电压等，是车辆充电的控制大脑。4形式2充电线是连接外部电网和车辆的充电线，直接给车载充电机提供220VAC电源。其线缆上的功能盒可检测车辆和电网状态，连接或断开给车辆的供电，具有一定的保护功能。根据标准要求其输入的充电电流限制在13A以内，输入电压为220VAC，所以采用形式2的充电线充电时，车载充电机的输入最大功率为2860W，即充电时间会延长。5沟通充电桩也是
4、车辆连接外部电网的部件，直接给车载充电机提供220VAC或380VAC电源。其也具有检测车辆和电网状态，连接或断开给车辆供电的功能。充电桩的供电电压有220VAC和380VAC，根据充电桩的输出功率而定。根据标准要求，如沟通充电桩的输出电流大于32A时，供电电压必须采用380VAC。因而采用沟通充电桩充电时，充电功率较大，即充电时间会缩短。2.2沟通充电的电气原理沟通充电方式总共有三种充电形式，分别为形式1、形式2和形式3。根据国家标准要求和充电安全，其中形式1严禁使用，形式3一般采用连接方式C的形式，其形式2和形式3连接方式C的沟通充电工作原理电气图如图2和图3所示。沟通充电是国家标准的充电
5、方式，其电气原理图、检测和控制要知足标准GB/T18487.1-2015（电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求）的要求，如图2和图3所示。除了知足国家标准要求外，不同汽车厂会根据项目需求，增加充电提示或显示的功能，方便客户的查看充电状态。根据标准要求，CC信号是充电插头和充电插座能否连接的判定信号，同时车辆根据CC的信号值，判定RC阻值，确定线束的容量。CP信号是判定供电设备的供电能力，通过PWM值确定。电气原理图中的各电阻值和PWM值都必须知足标准要求，且控制器必须根据标准进行判定，以知足车辆在市场上的充电需求。2.3沟通充电的控制策略根据图2和图3所示，无论是形式2还是形式3，原理图基本
6、一样，只是电网的沟通供电方式不同。以某项目的为例，简述其控制策略，其电气原理图、检测和控制即知足标准要求，同时为了便于客户使用，沟通充电的控制策略和顺序如下：车载充电机检测CC和CP信号，车载充电机可根据CC信号判定充电线的容量，根据CP信号，判定供电设备的供电能力。车辆处于休眠或停车状态时，当充电插头插上充电插座时，车载充电机检测到CC或CP，本身唤醒。车载充电机自唤醒后，唤醒VCU和BMS。VCU和BMS被唤醒后，开场进入沟通充电形式，并检测车辆状态，即车辆能否有故障，电池能否满电。车载充电机反应充电线束状态和供电设备信息给BMS。BMS根据车载充电机反应的信息和车辆的状态，发送开场充电或
7、停止充电指令给车载充电机。充电线或沟通充电桩的供电控制装置，通过CP信号判定车辆状态，连接或断开K1和K2，即连接或断开沟通电的输入。车载充电机根据接收到的指令，开场或停止工作，给车辆充电或停止充电进入休眠。以上是充电经过的控制简述，而在整个充电的伊始，车辆和沟通充电桩或充电线都会先判定充电接口能否连接完好，车辆才会判定能否启动充电，所以客户必须插抢到位，此也是为了保证充电安全。在使用上，客户只需插抢，无需执行其他操作，车辆随即进入充电形式，开场充电，提高了客户使用的便利性。在实际使用中，假如车辆在充电经过，当电网没有电时，车辆会自动进入休眠，减少本身的能耗；当又来电时，车辆也会自动唤醒，并检
8、测车辆状态，如车辆未满电时会继续充电，如已满电，会停止充电并进入休眠，减少能量消耗。例如形式3充电方式，其充电经过的电压变化如图4所示。3直流充电系统3.1直流充电的组成直流充电是指外部电网输入给车辆的电压为直流电，即直流充电桩把380VAC三相电转化为直流电，通过标准直流充电插头和充电插座输送给车辆，直接给动力电池充电，完成基本的直流充电。直流充电的部件主要有直流充电插座直流充电插座线束、车辆控制器VCU、BMS和直流充电桩等，如图5所示。其中直流充电插座固定在车辆上，直接连接动力电池，直流充电桩固定在停车场，各部件的作用如下：1直流充电插座是国家标准件，是车辆连接外部电网的接口，其有1路C
9、AN通讯回路2个接口，1路低压辅助供电回路2个接口，2个信号回路，1个接地回路和1正1负的2个高压回路，共9个接口。2车辆控制器是实时监控车辆状态，并根据国家标准GB/T27930-2015（电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议）协议格式和内容，发出控制指令给直流充电桩，使其工作或停止工作，控制其输出电流和电压等，是车辆充电的控制大脑。3直流充电桩是一个大功率的非车载充电机，其把380VAC沟通电转化为直流电后，通过标准充电插头和充电插座连接，直接给动力电池充电。其工作功率一般都较大，因而大大缩短充电时间。3.2直流充电的电气原理直流充电方式只要一种形式，即为国标所述的充电形
10、式4，其电气原理图如图6所示。直流充电是国家标准的充电方式，其电气原理图、检测和控制要知足标准GB/T18487.1-2015（电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求）的要求，如图6所示。根据标准要求，CC1信号是直流充电桩判定充电插头和充电插座能否连接的信号；CC2是车辆判定充电插头和插座能否连接的信号；S+和S-是CAN信号通道；A+和A-是辅助电源，以乘用车为例是12V，以大巴车为例是24V。直流充电桩可通过A+和A-提供辅助电源，但在标准里并未强调一定要使用此辅助电源，车辆可根据实际需求应用。电气原理图中的各电阻值都必须知足标准要求，且控制器必须根据标准进行判定，以知足车辆在市场上的充
11、电需求。3.3直流充电的控制策略直流充电的电气原理图不仅要知足标准要求，且与车辆的控制器的通讯协议也必须符合国标格式和内容，车辆才可实如今市场上充电。以某个项目为例，充电是给动力电池充电，为了便于执行控制，直接使用动力电池的BMS与直流充电桩进行信息交互和检测，VCU只作为辅助判定，其控制策略和顺序如下：车辆未使用A+和A-辅助电源，由于此电源为车辆外部电压，其可靠性不稳定，因而未使用。BMS检测CC2信号和通过S+和S-与直流充电桩进行信息交互。车辆在休眠或停车状态时，当直流充电插头和直流充电插座插合时，BMS检测到CC2信号，自唤醒。BMS自唤醒后唤醒VCU，车辆进入直流充电形式。直流充电
12、桩通过检测到CC1信号，判定充电插座和插头能否连接完全。BMS和直流充电桩进行信息交互。BMS根据直流充电桩反应的信息和车辆状态进行判定，发送开场充电或停止充电给直流充电桩。直流充电桩根据CC1信号和BMS反应信息，执行充电或停止充电。当充电完成或停止充电后，整车进入休眠，减少能量的消耗。以上是简单的控制经过，在使用和操作要求上与沟通充电类似。但直流充电经过，当停止充电后，需重新拔枪再插抢，才可进行第二次充电，此方式区别于沟通充电，也是为了保证充电安全。其充电经过的电压变化如图7所示。无论是纯电动汽车或可充电混合动力汽车的充电系统，基本都根据标准要求执行，才能知足车辆在市场上的充电需求。沟通充电电流相对较小，有利于电池的使用寿命，且不易过热和发生故障。直流充电固然能更快的完成充电，但对车辆的电池损伤较大，也易发生过热，进而起火，因而建议车辆多采用沟通充电形式，可有效延长电池寿命和减少事故发生。除了标准要求外，车辆控制器需实时监控车辆的状态，例如电池能否过热、过压、过充、过流、绝缘阻值能否下降等，是整车厂需要完善的控制策略，以保证充电安全。