電動汽車高壓蓄電池充電系統(tǒng)(中)

◆文/北京 馮超

(接上期)

(2)AC、DC充電流程

AC充電流程圖如圖9所示。在連接至AC電源時，BCCM將AC電壓轉換為DC電壓，為HV蓄電池進行充電。車輛支持最高電壓240V和32A電流的單相AC充電。使用模式2或模式3充電電纜時可支持最高為7kW的充電率，電源轉換由BCCM來執(zhí)行，這被稱為車載充電。雖然可以將三相AC電源連接至車輛，但是因為BCCM僅支持單相充電，所以實際充電率可能會低于預期。例如，如果連接了一個11kW的3相電源，則車輛將會僅使用該電源的一相，以約3.6kW的功率進行充電。

圖9 AC充電流程圖

DC充電流程如圖10所示。

圖10 DC充電流程圖

當連接至DC電源時，通過BCCM中的一組接觸器將高壓直接供應至HV蓄電池。這些接觸器的額定電流為250A連續(xù)負載，并在未插入充電電纜時將充電插座與HV蓄電池隔開。車輛支持最高標稱電壓400V和250A電流的DC充電。使用模式4充電電纜時可支持最高為100kW的充電率。DC充電電纜拴系在充電站上。電源AC-DC轉換由電動車供電設備(EVSE)在車外執(zhí)行，這被稱為車外充電。

3.充電率

HV蓄電池的充電率由BCCM進行調節(jié)以防止損壞，確保HV蓄電池模塊具有最佳性能和壽命。在充電期間，HV蓄電池的充電率(單位為kW)由多種因素決定：電動車供電設備(EVSE) 的最高供電參數(shù)(電壓和電流)；通過控制導向信號傳播的來自EVSE的可用電流(僅限AC)；充電電纜的額定電流；HV蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)；如果HV蓄電池的SOC接近100%，則充電率將會下降；HV蓄電池溫度；如果HV蓄電池的溫度較低，則開始采用的充電率也較低，直至蓄電池達到最佳溫度。如果HV 蓄電池的溫度較高，則充電率將被降低或充電將會停止，以防止溫度過高。

4.充電插座熱敏電阻器

在充電期間，電源線路和接頭中的大電流流動將會產(chǎn)生熱量。為了防止車輛充電插座和相關充電電纜中產(chǎn)生過多的熱量，每個插座都配備了熱敏電阻器。當這種熱量變得過多時，BCCM或EVSE 將會降低供應至車輛的電源的功率，以便防止充電電路和部件的溫度過高。

AC充電插座中有一個熱敏電阻器，用于測量AC電源線路的溫度。DC充電插座中有兩個熱敏電阻器，分別用于測量每條DC電源線路的溫度車輛充電插座中使用的熱敏電阻器是玻璃保護NTC型電阻器，在25℃時的標稱電阻為10kΩ。給定溫度下的期望電阻值列于表1。

表1 熱敏電阻器值

5.EVSE至BCCM的通信協(xié)議

為了支持高壓充電，BCCM和外部電源之間需要進行通信，外部電源也稱為電動車供電設備(EVSE)。該通信可用于實現(xiàn)多種功能：充電電纜連接狀態(tài)；充電電纜電流容量(適用時)；可用的充電類型(AC或DC)；告知充電參數(shù)，例如充電率、電壓和電流；如果沒有收到告知信息，則不會進行充電，這為系統(tǒng)增加了一層A全保護。交流(AC)充電通信協(xié)議是GB/T 18487.1，直流(DC)充電通信協(xié)議是EVSE CAN總線。

四、交流(AC)充電及通信

1.交流(AC)充電端口

在中國市場，交流(AC)充電通過位于車輛右側的GB/T AC充電插座實現(xiàn)。EVSE和BCCM之間的通信遵循GB/T 18487.1標準，同時配有接近和控制導向線路。交流(AC)充電端口如圖11所示，充電電纜中使用了五個連接：電源線、零線、保護接地(PE)、接近導向(PP)、控制導向(CP)。

接近導向(PP)和控制導向(CP)針腳用于EVSE和BCCM之間的通信。此通信讓BCCM能夠檢測到何時連接了充電電纜以及來自BCCM的最高可用充電率，并允許車輛在準備好開始充電時發(fā)送通知。

圖11 交流(AC)充電端口

2.接近導向(PP)電路

接近導向(PP)電路發(fā)揮著多種作用，具體取決于電動汽車(EV)上連接了哪種類型的充電電纜。在EV上，PP電路讓系統(tǒng)能夠識別充電電纜連接狀態(tài)、充電電纜載流容量(充電電纜的最大電流承載容量，單位為A)、防盜鎖止系統(tǒng)激活情況。

在所有AC充電電路中，將5V電壓供應至BCCM中A裝的分壓器電路，其中的感應電子設備將會確定充電電纜連接狀態(tài)。對于接近導向(PP)電路，中國標準GB/T 18487.1綜合了國外J1772和IEC 61851-1，下面將這兩種標準的電路先作以介紹。

3.J1772接近導向(PP)電路

北美和日本采用了J1772標準，其電路如圖12所示。充電電纜中，兩個被動電阻器A裝在充電電纜至車輛充電插座的接頭中，該電阻器允許BCCM檢測到車輛何時連接了充電電纜。一個150Ω電阻器A裝在PP和PE之間，并且?guī)б粋€常閉的直式開關。操作開關時，一個330Ω的電阻器將會串聯(lián)接入到PP電路中，使得總電阻達到480Ω。此開關的A裝實現(xiàn)了對于三種充電電纜連接狀態(tài)的識別電纜已斷開；電纜已連接，開關已打開；電纜已連接，開關已關閉。

圖12 J1772接近導向(PP)電路

未連接充電電纜時，BCCM PP電路中的5V電源只能通過BCCM中的電阻器，從而提供了一個電壓信號來反映此狀態(tài)。在將充電電纜連接至車輛的充電插座上時，PP針腳連接至充電插座上的PP電路，從而增大了充電電纜接頭中的電阻。BCCM中的感應電子設備將會測量由此導致的壓降以確定充電電纜連接狀態(tài)，具體方式列于表2。

表2 電纜連接狀態(tài)

4.IEC 61851-1接近導向(PP)電路

歐洲采用了IEC 61851-1標準，其電路如圖13所示。在IEC 61851-1充電電纜接頭中，PP和PE針腳之間A裝了一個具有特定電阻值的被動電阻器RC。該電阻器的電阻值經(jīng)過編碼，因此BCCM可以識別連接的充電電纜的載流容量，諸如電纜規(guī)格之類的因素會影響到充電電纜載流容量。電阻值及其對應的充電電纜載流容量列于表3。該電阻值由BCCM內的PP電路的感應電子設備中的相應壓降來確定。確認充電電纜連接情況的同步方法列于表4。5.GB/T AC (18487.1)接近導向(PP)電路

圖13 IEC 61851-1接近導向(PP)電路

表3 電阻值及其對應的充電電纜載流容量

表4 確認充電電纜連接情況

我國采用了GB/T AC(18487.1)標準，其電路如圖14所示。GB/T AC(18487.1)是J1772 和IEC 61851-1接近導向協(xié)議的組合。在充電電纜至車輛充電插座的接頭中，PP和PE針腳之間A裝了兩個具有特定電阻值的被動電阻器(RC和R4)。這些電阻器的電阻值經(jīng)過編碼，因此BCCM可以識別充電電纜的載流容量及其連接狀態(tài)。電阻器RC A裝在PP和PE之間，并且?guī)б粋€常閉的直式開關。操作開關時，電阻器R4將會串聯(lián)接入到PP電路中，從而獲得新的總電阻。電阻器編碼值列于表5。

此開關的A裝實現(xiàn)了對于三種充電電纜連接狀態(tài)的識別：電纜已斷開；電纜已連接，開關已打開；電纜已連接，開關已關閉。

未連接充電電纜時，BCCM PP電路中的5V電源只能通過BCCM中的電阻器。4.5V的電壓信號將會反映此連接狀態(tài)，該電壓由BCCM的感應電子設備進行測量。在將充電電纜連接至車輛的充電插座上時，PP針腳連接至PP電路，從而增大了充電電纜接頭中的電阻。BCCM中的感應電子設備將會測量由此導致的壓降以確定充電電纜連接狀態(tài)和電纜載流容量，具體方式列于表6。

圖14 GB/T AC(18487.1)接近導向(PP)電路

表5 電阻器編碼值

表6 確定充電電纜連接狀態(tài)和電纜載流容量

6.控制導向(CP)電路

除了接近導向電路之外，汽車充電控制模塊(BCCM)和電動車供電設備(EVSE)之間也A裝了控制導向(CP)電路，如圖15所示。EVSE會產(chǎn)生導向信號，該信號將被施加到BCCM上的一個分壓器電路。EVSE和EV都具有感應電子設備。對于所有AC充電電路，此電路的操作均相同。CP電路讓EVSE能夠檢測到充電電纜已連接到車輛上，并且將最大可用電流告知BCCM。它也允許BCCM告知EVSE車輛已連接，并且做好了接受充電的準備。

圖15 控制導向(CP)電路