電動汽車交流充電系統的構成與電氣原理以及充電控制策略

著新能源電動汽車不斷地走進千家萬戶，市場對車輛充電的便利性、效率性和安全性提出了越來越高的要求，充電方便、快速且安全是用戶市場對電動汽車的一致需求。 本期我們就圍繞電動汽車交流充電系統的組成、電氣原理與控制策略做主要介紹。 目前，電動汽車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。 交流充電指電網給電動汽車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。 交流電通過標準的充電插頭與插座進入安裝在車輛內部的車載充電機（On Board Charger；OBC），由OBC把交流電轉換為適合動力電池的直流電壓，完成交流充電。

其中，參與交流充電的主要設備有交流充電樁、標準的充電插頭和插座、充電線束、車載充電機（OBC）、車輛控制器（VCU）、電池管理系統（BMS）。

其中交流充電插座與車載充電機固定安裝在汽車上，充電線隨車配送，交流充電樁固定安裝在停車場，各個部件的作用如下。

車載充電機是電動汽車交流充電系統的關鍵部件，其根據VCU和BMS的控制指令把交流電轉化為直流電為電池充電。

交流充電插座是國家標準件，是車輛連接外部電網的接口，由2個信號回路、1個接地回路、1個零線回路和3個火線回路，共7個插孔組成，其根據輸入的電壓是220V或380V應用相應的火線接口。

車輛控制器實施汽車充電狀態的監控，向車載充電機發送控制指令使其開始工作或停止工作，并控制其工作時的輸出電壓和電流，是電動汽車充電的控制大腦。

模式2充電線是連接外部電網和車輛的充電線，可以為車載充電機提供220V交流電源，其線纜上的功能盒可檢測與電網和車輛的連接狀態，具有一定的保護功能。

根據標準要求，模式2充電線輸入的電流限制在13A以內，輸入電壓為220V，所以使用模式2充電線充電時，車載充電機的最大輸入功率僅為2860W，充電時間會很長。

交流充電樁也是車輛連接外部電網的部件，可直接給車載充電機提供220V或380V交流電源。 根據標準要求，交流充電樁的輸出電流大于32A時，供電電壓必須采用380V，因此使用交流充電樁充電時，充電功率一般較大，充電時間會縮短。

交流充電是國家標準的充電方式，其電氣原理圖、檢測和控制需要滿足GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導式充電系統第一部分》標準的要求。

根據標準要求，CC信號是充電插頭和充電插座是否連接的判斷信號，同時車輛根據CC的信號值判斷RC阻值，確定線束的容量，CP信號是判斷供電設備的供電能力，通過PWM值確定。

模式2充電的電氣原理圖

RC電阻值和PWM值都必須滿足標準要求，且控制器必須按照標準進行判斷，以滿足車輛的充電需求。

交流樁充電的電氣原理圖

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，只是電網的交流供電方式有所不同，以此，我們來闡述電動汽車交流充電控制策略與順序。

首先，車載充電機檢測CC和CP信號，可根據CC信號判斷充電線的容量，根據CP信號判斷供電設備的供電能力。 當車輛處于停車休眠狀態，并且充電插頭連接充電插座時，車載充電機檢測到CC和CP信號，自身喚醒，在車載充電機自喚醒后，喚醒VCU和BMS。 在VCU和BMS被喚醒后，車輛開始進入交流充電模式，并檢測車輛是否有故障，電池是否滿電。 車載充電機反饋充電線束狀態和供電設備信息給BMS，BMS根據車載充電機反饋的信息和車輛狀態，向車載充電機發送開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CP信號判斷車輛狀態，連接或斷開K1和K2，即連接或斷開交流電的輸入。 最后，車載充電機根據接收到的指令，開始給車輛充電或停止充電進入休眠。

以上就是整個交流充電過程的簡述，在開始充電前，車輛和交流充電樁都會首先判斷充電接口是否連接好，才會判斷是否啟動充電，所以為了保證充電的安全，我們必須插槍到位。

雖然電動汽車使用交流充電時充電速度較慢，但經常使用交流充電有利于延長電池使用壽命，且不易過熱或發生故障。 直流快充雖然能更快完成充電，但對電池損傷較大，也容易發生過熱從而起火，因此建議多采用交流充電模式，可有效延長電池使用壽命，并減少起火事故的發生。

審核編輯：湯梓紅