一文講清楚電動汽車充電系統(tǒng)

充電系統(tǒng)是新能源汽車主要的能源供給系統(tǒng)，為保障車輛持續(xù)行駛提供動力能源。

電動汽車的充電系統(tǒng)是新能源轉型的關鍵組成部分，直接影響著車輛的使用體驗與效率。根據(jù)電動汽車動力蓄電池的技術特性和使用性質，其充電模式主要分為常規(guī)充電、快速充電和快速換電三種。

常規(guī)充電(慢充)：使用交流電，由外部電網提供220V民用單相交流電給電動汽車車載充電機，再由車載充電機給動力電池充電，充滿電一般需要5~8h。

快速充電：使用直流進行充電，由地面充電樁直接輸出直流電給車載動力電池充電，在20~30min的時間里，可為動力電池充電50%~80%。

更換電池充電(換電)：直接更換電動汽車的動力電池組來達到充電的目的。

新能源汽車充電系統(tǒng)架構

在上圖示意的架構中，主要由高壓網絡、低壓網絡以及通信網絡組成。其中快充高壓網絡是由動力電池經由PDU通過快充接口與外部直流充電樁相連接的，慢充高壓網絡是通過OBC將外部交流慢充樁的交流電轉換為動力電池所需的直流電以實現(xiàn)對動力電池的充電，而在低壓充電網絡上是通過DC/DC將動力電池的高壓電轉換為12V/24V進而為蓄電池充電的。

由于低壓蓄電池的存在，為如BMS、VCU、儀表等用電器提供了可用電源，這些控制節(jié)點在系統(tǒng)工作時，通過硬線信號或報文指令信號對OBC及DC/DC實現(xiàn)相關控制，且在其工作的全過程中通過CAN信號實現(xiàn)信息的交互，對充放電過程進行監(jiān)控并動態(tài)調整充放電過程的電壓、電流等參數(shù)以確保其過程的安全穩(wěn)定。

慢速充電系統(tǒng)原理

電動汽車慢速充電系統(tǒng)主要由供電設備(交流充電樁或家用交流電源)、充電槍、慢充充電接口、車載充電機、高壓線束、高壓控制盒、動力電池、整車控制器(VCU)元和低壓控制線束等部件組成。交流充電系統(tǒng)的特點為充電功率小、充電時間長，但充電設備成本低。

大部分純電動汽車的交流充電口都是采用國標統(tǒng)一標準的充電口其結構與定義如下圖：

慢充充電使用交流電，由外部電網提供220V民用單相交流電給電動汽車車載充電機，再由車載充電機給動力電池充電，充滿電一般需要5~8h。

慢充示意圖

其工作的大體流程是，當充電槍接入汽車后，OBC通過檢測點對電壓及PWM信號的檢測以判斷充電槍的完全連接。在OBC確認完全連接后，向BMS發(fā)送充電請求信號，BMS通過對動力電池狀態(tài)進行檢測后向OBC反饋并在相應階段執(zhí)行系統(tǒng)高壓上下電流程，OBC通過檢測其輸出端的電壓值，在滿足充電要求后則開始正式工作。車端各節(jié)點的交互流程可參考如下步驟：

(1)交流供電。將充電槍連接到交流充電樁或家用16A供電插座，充電樁經充電槍向電動汽車輸入交流電。

(2)充電喚醒。充電槍通過CC充電連接確認后，車載充電機向整車控制器(VCU)、電池管理系統(tǒng)(BMS)發(fā)出連接確認信號和充電喚醒信號，整車控制器(VCU)喚醒儀表顯示連接狀

態(tài)。

(3)檢測充電需求。電池管理系統(tǒng)(BMS)檢測動力電池是否需要充電，并計算所需充電電流。

(4)發(fā)送充電指令。電池管理系統(tǒng)(BMS)向車載充電機發(fā)送充電指令，動力電池管理模塊控制動力蓄電池正、負接觸器閉合，開始進行充電。

(5)充電過程。車載充電機將外部設備提供的220V交流電整流為高壓直流電儲存到動力蓄電池。

(6)停止充電。電池管理系統(tǒng)(BMS)檢測到充電完成后，給車載充電機發(fā)送指令，車載充電機停止工作，電池正、負繼電器斷開，充電結束。

慢充充電原理

快速充電系統(tǒng)原理

電動汽車快速充電系統(tǒng)主要由直流充電樁、快充接口、高壓控制盒、動力電池、整車控制器、高壓線束和低壓控制線束等組成。直流快速充電系統(tǒng)的特點為充電功率大、充電時間短，但充電設備成本高。

快充系統(tǒng)示例圖

大部分純電動汽車的直流充電口都是采用國標統(tǒng)一標準的九星孔充電口其結構與定義如下圖：

直流充電主要是通過充電站的充電柜將直流高壓電直接通過直流充電口給動力電池充電?？斐湎到y(tǒng)由快充樁、電纜組件、快充充電接口、電動汽車構成，電網接入380V工業(yè)用電，經過快充樁的轉換裝置將380V交流電轉換為高壓直流電，通過車輛快充口，直接進入電池包快充樁的ECU單元與車輛的BMS之間進行通訊，保證充電過程中的安全、可靠。其典型接口如下圖：

如電動汽車整車電源處于ON檔高壓電時，需先進行高壓斷電后再進行充電。當快充設備連接到整車快充充電口，快充系統(tǒng)充電設備發(fā)送充電喚醒信號給BMS，BMS根據(jù)動力電池的可充電功率，向快充系統(tǒng)充電設備發(fā)送充電電流指令。同時，BMS 吸合系統(tǒng)高壓正極繼電器和高壓負極繼電器，動力電池開始充電。

直流快充工作過程

1準備階段

將直流充電接頭與直流充電口連接后，直流充電樁內檢測點（U1）通過其自身電阻和CC1、車身接地形成回路，車身內檢測點（U2）通過電阻、端子CC2與充電樁設備接地形成回路，分別完成工作電路的連接。直流充電系統(tǒng)中的非車載充電機控制裝置監(jiān)測檢測點的電壓值達到4V時，則確認充電線路完全連接。

2自檢階段

充電系統(tǒng)完成連接后，充電樁閉合對應的繼電器K1、K2，低壓輔助供電回路導通，12V低壓電則通過輔助電源內端子與車輛形成通路。車輛控制裝置通過監(jiān)測檢測點2的電壓值，當電壓達到6V時，車輛控制裝置與充電樁之間通過S+、S-通訊連接線發(fā)送通信信號，確認充電準備完成，同時控制開關K1、K2閉合，進行絕緣測試，保證充電過程的安全進行絕緣測試完成后，開關K1、K2斷開，自檢階段完成。

3充電階段

車輛控制裝置閉合控制器K5、K6，充電樁驗證充電條件是否滿足，即與原數(shù)據(jù)通訊時相比電壓差小于5%，并且車輛電池電壓處于充電機最高輸出電壓與最低輸出電壓之間，充電樁控制開關K1、K2閉合，形成直流充電回路。在充電過程中，車輛與充電樁會通過S+、S一端子持續(xù)地進行數(shù)據(jù)通訊，并發(fā)送實時充電需求，按照動力電池充電狀態(tài)及時調整充電電壓和充電電流。

4.充電完成

車輛控制裝置實時監(jiān)測動力電池的充電狀態(tài)或通過是否收到“充電機中止充電報文”的指令來判斷是否完成充電。當滿足充電完成的條件、或者接收到駕駛員的停止充電指令時，系統(tǒng)確認充電電流小于5A后，車輛控制裝置斷開開關K5、K6，充電機控制裝置斷開K1、K2，最后斷開K3、K4，完成充電過程。

快充系統(tǒng)充電條件

（1）充電連接確認信號CC1、CC2正常。

（2）BMS供電電源12V正常。

（3）充電喚醒信號l2V輸出正常。

（4）充電樁、整車控制器、BMS之間通信正常。

（5）動力電池電芯溫度大于5℃，小于45℃。

（6）動力電池單體電壓的最高與最低電壓壓差小于300mV。

（7）單體電池最高溫度與最低溫度差小于15℃。

（8）絕緣性能>500Ω/V。

（9）實際單體最高電壓不大于額定單體電壓0.4V。高、低壓電路連接正常（遠程開關關閉狀態(tài)）。

來源：新能源汽車電控開發(fā)與測試