1、背景
与传统油车相比,纯电车有太多的优势,但是纯电需要考虑充电时间的长短以及电池的使用寿命。然而相比较而言,混动有好多的备选方案比如插电式、增程式等,除了满足比电车较远的续航外,充电等待时间大大缩短。
在纯电领域,很难优化充电时间以及电池使用寿命,因为电池的寿命与充电倍率有关,一般充电倍率越大,循环使用的次数就越小,同样的电池使用寿命就越短。
因此,为了保证电池的循环充电次数能在8001000之间,通常充电倍率应该在0.5C0.25C之间,采用国家电网供电,利用车载充电机为动力电池充电,这属于慢充方案,配套的公共设施是交流充电桩。
1.1、交流插头
为了应对紧急情况,希望在15 ~ 30min分钟内能把电池充满到最大容量的80%,对应的充电倍率应该在2C ~ 4C之间,这属于快充方案,配套的公共设施是直流充电桩。直流充电桩对电池损害比较大,车主花费在更换电池上的成本就会增大,所以如果不是很紧急的情况,应该尽量减少直流充电桩的使用。
如上图图一,交流充电桩输出由7根线组成,分别是: 交流电源线路:L1、L2、L3; 设备地线:PE; 中线:N; 连接确认线路:CC; 控制引导线路:CP。 交流充电桩就是通过这7根线给电动汽车进行充电
1.2、 直流插头
如上图二,直流电源线路:DC+、DC-; 设备地线:PE; 充电通信线路:S+、S-; 充电连接确认线路:CC1、CC2; 低压辅助电源线路:A+、A-。 直流充电桩就是通过这9根线给电动汽车进行充电
1.3、国内外的充电桩原理大同小异,但外形略有区别
2、详解交流充电桩的接口技术
交流充电桩通过车载充电机为电池充电,相对于直流充电桩而言,交流充电桩成本低,结构简单,对蓄电池更友好,适合大范围面积进行普及推广,接下来将由浅入深介绍一下交流充电桩的接口技术。
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交流充电桩(包括国标和非国标)的主要功能就是将单相电或者三相电引出来,充电桩只起到电流中转站的作用,后续的整流+DC/DC变换都是由车载充电机完成。
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国标交流充电桩就是在上图所示的原始交流充电桩基础上,添加了一些商业化模块(比如人机交互界面、计费模块、报警模块等)和控制引导电路,控制引导电路是交流充电桩接口技术的核心内容。并且为了单相电和三相电都能兼容,国标交流充电桩接口最终采用的7端子结构,其端子分布方式如下图所示:
2.1、各端子功能定义
充电模式3连接方式B的典型控制导引电路图:
控制导引电路主要作用是用来确认充电接口和充电插座是否连接,然后在充电过程中进行周期性检测,以判断继续充电还是停止充电等。
2.2、下面详细介绍控制导引电路的工作原理:
- 连接确认
(1)车辆控制装置通过检测PE和监测点3之间的电阻值来确认车辆插头和车辆插座是否连接;
(2)充电桩侧的供电控制装置通过检测监测点4或检测点1的电压值来判断供电插头和供电插座是否连接。
- 充电开始
当车辆接口和供电接口都确认连接后,充电桩将开关S1从12V连接状态切换到PWM状态,并等待车辆控制装置闭合开关S2,此时测检点1峰值电压9V,CP端产生1KHz的PWM波,其占空比代表充电桩额定电流大小。当车辆侧开关S2闭合,代表车辆已经充电准备就绪了,此时检测点1的电压峰值为6V。确认车辆就绪后,充电桩闭合接触器K1和K2,使交流回路导通,充电开始。整个过程中检测点1的电压状态如下:
- 充电过程周期检测
在充电过程中,充电桩对检测点进行周期性检测,以确认充电连接装置的连接状态和车辆是否处于可充电状态,检测周期不大于50ms。
(1) 在充电过程中,充电控制装置不断检测检测点4和检测点1,如果检测到供电接口断开,则供电控制装置开关S1切换到12V并断开交流供电回路;
(2) 在充电过程中,车辆控制装置不断检测检测点2和检测点3,如果判断车辆接口断开,则车辆控制装置控制车载充电机停止充电,并断开开关S2。
- 充电结束
大致原理如上所述,控制导引电路是充电桩接口技术的灵魂,这对于电动汽车设计者以及使用者至关重要,更为详细的内容请参考国标GBT 20234-2011。