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浅析充电桩的接口技术
2020-03-24 18:18:37

本文将介绍两种国标充电桩——交流充电桩接口和直流充电桩接口,并围绕常用的交流充电接口,介绍相关的接口技术。

一、充电桩接口基本介绍

跟传统油车相比,纯电动车有很多优点,这里就不一一列举,但纯电动车有一个麻烦的地方是需要考虑充电时间长短和使用寿命。混合动力领域有好多折中方案比如插电式,增程式等,这样不需要较大的电池容量,相比于纯电动车,缩短了充电等待时间(并且使用汽油/柴油而提高了续航里程)。

而在纯电动车领域,很难单方面优化充电时间或电池使用寿命,鱼和熊掌不可兼得,因为电池的寿命和充电倍率大小有关,一般情况下充放电倍率越大,循环使用次数就越小。

为了保证电池的循环充电次数能在800~1000之间,通常充电倍率应该在0.5C~0.25C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。

交流充电桩接口

为了应对紧急情况,希望在15~30n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。

直流充电桩接口

国内外的充电桩原理大同小异,但外形略有区别,如下:

二、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,适合大范围推广,接下来将由浅入深介绍一下交流充电桩的接口技术。

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结构,其端子分布方式如下图所示:

各端子功能定义:

充电模式3连接方式B的典型控制引导电路图:

控制引导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。

下面详细介绍控制引导电路的工作原理:

1、连接确认

(1)车辆控制装置通过检测PE和监测点3之间的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。

2、充电开始

当车辆接口和供电接口都确认连接后,充电桩将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:

3、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。

4、充电结束

大致原理如上所述,控制引导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。


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