在《GB/T 18487.1-2015电动汽车传导充电系统》标准中,详细阐述了四种不同的充电模式:
模式1:这种充电模式涉及可随车携带的交流充电设备,其充电线缆上并未配备控制保护盒(IC-CPD)。
然而,根据最新标准,此模式已被废弃。
模式2:同样,这也是一种可随车使用的交流充电设备,但与模式1不同的是,其充电线缆上增设了控制保护盒(IC-CPD)。
该控制保护盒不仅具备控制引导功能,还可选配剩余电流保护功能,提供更全面的安全保障。
模式3:这是本文重点关注的交流充电桩模式,它进一步细分为连接方式B和连接方式C。
在连接方式B中,交流充电枪线可以从充电桩上方便地取下;而连接方式C则要求交流枪线固定在充电桩上,这种设计在市场上更为常见。
在《GB/T 18487.1-2015电动汽车传导充电系统》标准中,模式4,即直流充电桩,通过CAN报文进行控制引导,与交流充电系统(模式2和模式3)的控制引导方式不同。对于交流充电系统,控制引导是通过模拟电平实现的。在电路原理上,模式2、模式3的连接方式B以及连接方式C具有相似性。下面展示的是模式3连接方式C的控制引导电路原理图。
在交流充电系统中,确认插枪物理连接的“握手”信号至关重要,它包括CC信号和充电引导的CP信号。图2展示了模式3连接方式C的控制引导电路原理图,从中我们可以看到车辆插头(充电枪枪头)内部的关键元件,如电阻R4、RC和机械开关S3。当用户操作车辆插头上的机械按钮时,S3的状态会发生改变:按下时断开,松开时闭合。这些信号和元件共同构成了交流充电系统中的控制引导电路,确保了充电过程的顺利进行。同时,交流充电接口的详细信息可参见相关图表。
在交流充电过程中,充电枪与车辆慢充枪座的连接状态至关重要。为了确认这一状态,车辆控制装置(包含CC/CP电路板)会检测图2中连接点3处的CC阻值。这一阻值的变化将连接状态划分为三种:完全连接、半连接和未连接。
具体来说,当CC阻值等于RC时,表示充电枪已完全连接;若阻值等于R4与RC之和,则为半连接状态;而当阻值为无穷大时,则表示未连接。在完全连接状态下,车辆控制装置还会进一步通过RC阻值的大小来判断充电电缆的额定容量,以确保充电过程的准确与高效。
1.5kΩ:对应10A(适用于普通10A交流插座)
80Ω:对应16A(适用于家用空调插座)
220Ω:对应32A(适用于交流充电桩)
00Ω:对应63A
请注意,车辆蓄电池的电压可能会影响CC检测的结果,导致异常现象。
供电控制装置通过图2中检测点1处的电平值来确认充电枪的连接状态。当充电枪未连接时,S1接通+12V端,检测点1处电压为+12V。一旦充电枪连接,车辆端的R1(1KΩ)与交流桩内的R3(2.74KΩ)将进行分压,使得检测点1处的电平值变为约9V(有效范围为8.2V~9V),此时S1将接通PWM端。车辆自检完成后若无故障,则闭合S2,检测点1处的电压值再次变为约6V。
确认连接后,充电电子锁需在供电前锁定车辆插头。交流充电接口配备的电磁锁位于车辆接口内,其作用是通过弹针卡住充电枪头或S3开关,确保充电枪无法拔出。电磁锁按驱动方式可分为脉冲式和保持式。脉冲式电磁锁的锁止与解锁需正向和反向脉冲驱动电平,驱动脉宽通常为300ms~1000ms。保持式电磁锁则需持续高电平驱动,可防止断电导致的无法拔出问题。交流充电座通常采用脉冲式电磁锁,其驱动电路简单,采用H桥驱动即可。
车载充电机的研发工程师对电磁锁的信号线可能有所了解,有些车载充电机配备有两个反馈信号,而有些则只有一个。电磁锁的反馈原理相当简单,它通过一个开关信号来体现锁止与解锁状态。当电磁锁处于锁止状态时,该开关闭合形成短路;而解锁时,则断开开路。若反馈信号线有两个,那么这个反馈开关是独立的,其两端分别连接两根反馈信号线。若只有一根反馈信号线,那么该反馈开关的一端与电磁锁驱动负(Lock-)相连,另一端则是反馈信号。这两种反馈方式在原理上是相同的,但在CCCP控制器检测电磁锁反馈电路时,需进行相应区分。
对于脉冲式电磁锁,其逻辑处理至关重要。若处理不当,可能导致电磁锁频繁锁止与解锁,或持续的正负电平驱动,从而损坏电磁锁。当电磁锁反馈信号检测到故障时,通常不直接进行故障处理,以免影响正常充电。然而,可以将电磁锁故障上报给VCU进行处理。若交流充电枪意外锁死在枪座上且无法解锁,可尝试在充电座背后的电磁锁上寻找一个强制解锁的拉环,通过轮胎上方伸进去拉开。若仍无法解锁,则需寻求4S店的帮助。
在完成物理连接后,必须确保车辆处于不可运行状态。若车辆在插枪前已置于动力Ready档位,则应在插枪前退出该档位或阻止充电操作。
简而言之,车端通过CC的检测点3进行连接确认,而供电设备端则通过CP检测点1进行连接确认。此外,供电设备的供电电流限值是通过CC/CP电路板检测点2的PWM占空比来确定的。
最终的充电电流限值是由CP的PWM信号与CC测得的RC阻值共同决定的。
(3)充电过程检测
在充电过程中,车辆会持续监测检测点3,而充电桩则监测检测点1。当用户按下S3时,系统会进入半连接状态。在这种状态下,常见的处理方式有两种:一是中断充电并弹开电磁锁,允许用户拔枪,认为用户需要结束充电;二是为了防盗,按下S3后也不允许拔枪,除非进行额外的确认操作,如刷卡。
此外,车辆还可能检测到CC异常,这通常是由于检测电路受到电磁干扰或CC信号识别范围设计不当所致。需要注意的是,任何CC的异常都应立即终止充电操作。
(4)充电系统的停止
在停止充电后,系统应在100ms内将充电电流降至小于1A,然后控制断开S2开关,并通知充电桩停止供电。同时,拔枪和解锁的时间应控制在1秒以内,以确保用户体验不受影响。
最后,附上《GB/T 18487.1-2015电动汽车传导充电系统》中交流充电连接过程与控制时序图,以供参考。
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