電動(dòng)汽車(chē)交流充電系統(tǒng)的構(gòu)成、電氣原理與充電控制策略

隨著新能源電動(dòng)汽車(chē)不斷地走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，市場(chǎng)對(duì)車(chē)輛充電的便利性、效率性和安全性提出了越來(lái)越高的要求，充電方便、快速且安全是用戶(hù)市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的一致需求，本期我們就圍繞電動(dòng)汽車(chē)交流充電系統(tǒng)的組成、電氣原理與控制策略做主要介紹。

目前，電動(dòng)汽車(chē)較普遍的充電方式主要有兩種，一是交流充電方式（慢充），二是直流充電方式（快充），這兩種充電系統(tǒng)的組成、電氣原理與控制方式有許多不同之處。

交流充電指電網(wǎng)給電動(dòng)汽車(chē)輸入的電壓為交流電，通常為單相220V交流電或三相380V交流電，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的充電插頭與插座進(jìn)入安裝在車(chē)輛內(nèi)部的車(chē)載充電機(jī)（On Board Charger；OBC），由OBC把交流電轉(zhuǎn)換為適合動(dòng)力電池的直流電壓，完成交流充電。

其中，參與交流充電的主要設(shè)備有交流充電樁、標(biāo)準(zhǔn)的充電插頭和插座、充電線束、車(chē)載充電機(jī)（OBC）、車(chē)輛控制器（VCU）、電池管理系統(tǒng)（BMS），如圖一所示。

其中交流充電插座與車(chē)載充電機(jī)固定安裝在汽車(chē)上，充電線隨車(chē)配送，交流充電樁固定安裝在停車(chē)場(chǎng)，各個(gè)部件的作用如下。

車(chē)載充電機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)交流充電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其根據(jù)VCU和BMS的控制指令把交流電轉(zhuǎn)化為直流電為電池充電。

交流充電插座是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件，是車(chē)輛連接外部電網(wǎng)的接口，由2個(gè)信號(hào)回路、1個(gè)接地回路、1個(gè)零線回路和3個(gè)火線回路，共7個(gè)插孔組成，其根據(jù)輸入的電壓是220V或380V應(yīng)用相應(yīng)的火線接口。

車(chē)輛控制器實(shí)施汽車(chē)充電狀態(tài)的監(jiān)控，向車(chē)載充電機(jī)發(fā)送控制指令使其開(kāi)始工作或停止工作，并控制其工作時(shí)的輸出電壓和電流，是電動(dòng)汽車(chē)充電的控制大腦。

模式2充電線是連接外部電網(wǎng)和車(chē)輛的充電線，可以為車(chē)載充電機(jī)提供220V交流電源，其線纜上的功能盒可檢測(cè)與電網(wǎng)和車(chē)輛的連接狀態(tài)，具有一定的保護(hù)功能。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，模式2充電線輸入的電流限制在13A以?xún)?nèi)，輸入電壓為220V，所以使用模式2充電線充電時(shí)，車(chē)載充電機(jī)的最大輸入功率僅為2860W，充電時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。

交流充電樁也是車(chē)輛連接外部電網(wǎng)的部件，可直接給車(chē)載充電機(jī)提供220V或380V交流電源。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，交流充電樁的輸出電流大于32A時(shí)，供電電壓必須采用380V，因此使用交流充電樁充電時(shí)，充電功率一般較大，充電時(shí)間會(huì)縮短。

交流充電是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的充電方式，其電氣原理圖、檢測(cè)和控制需要滿(mǎn)足GB/T 18487.1-2015《電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)式充電系統(tǒng)第一部分》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，CC信號(hào)是充電插頭和充電插座是否連接的判斷信號(hào)，同時(shí)車(chē)輛根據(jù)CC的信號(hào)值判斷RC阻值，確定線束的容量，CP信號(hào)是判斷供電設(shè)備的供電能力，通過(guò)PWM值確定，RC電阻值和PWM值都必須滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，且控制器必須按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，以滿(mǎn)足車(chē)輛的充電需求。

如電氣原理圖所示，模式2與交流樁（模式3）充電原理基本相同，只是電網(wǎng)的交流供電方式有所不同，以此，我們來(lái)闡述電動(dòng)汽車(chē)交流充電控制策略與順序。

首先，車(chē)載充電機(jī)檢測(cè)CC和CP信號(hào)，可根據(jù)CC信號(hào)判斷充電線的容量，根據(jù)CP信號(hào)判斷供電設(shè)備的供電能力。當(dāng)車(chē)輛處于停車(chē)休眠狀態(tài)，并且充電插頭連接充電插座時(shí)，車(chē)載充電機(jī)檢測(cè)到CC和CP信號(hào)，自身喚醒，在車(chē)載充電機(jī)自喚醒后，喚醒VCU和BMS。

在VCU和BMS被喚醒后，車(chē)輛開(kāi)始進(jìn)入交流充電模式，并檢測(cè)車(chē)輛是否有故障，電池是否滿(mǎn)電。車(chē)載充電機(jī)反饋充電線束狀態(tài)和供電設(shè)備信息給BMS，BMS根據(jù)車(chē)載充電機(jī)反饋的信息和車(chē)輛狀態(tài)，向車(chē)載充電機(jī)發(fā)送開(kāi)始充電或停止充電指令。

模式2充電線或交流充電樁的供電控制裝置，通過(guò)CP信號(hào)判斷車(chē)輛狀態(tài)，連接或斷開(kāi)K1和K2，即連接或斷開(kāi)交流電的輸入。最后，車(chē)載充電機(jī)根據(jù)接收到的指令，開(kāi)始給車(chē)輛充電或停止充電進(jìn)入休眠。

以上就是整個(gè)交流充電過(guò)程的簡(jiǎn)述，在開(kāi)始充電前，車(chē)輛和交流充電樁都會(huì)首先判斷充電接口是否連接好，才會(huì)判斷是否啟動(dòng)充電，所以為了保證充電的安全，我們必須插槍到位。

雖然電動(dòng)汽車(chē)使用交流充電時(shí)充電速度較慢，但經(jīng)常使用交流充電有利于延長(zhǎng)電池使用壽命，且不易過(guò)熱或發(fā)生故障。直流快充雖然能更快完成充電，但對(duì)電池?fù)p傷較大，也容易發(fā)生過(guò)熱從而起火，因此建議多采用交流充電模式，可有效延長(zhǎng)電池使用壽命，并減少起火事故的發(fā)生。