捷豹I-PACE純電動(dòng)汽車(chē)高壓蓄電池充電系統(tǒng)（一）

計(jì)實(shí)

一、電動(dòng)汽車(chē)充電操作

1.一般信息

捷豹I-PACE可以接收來(lái)自外部電源的交流（AC）或直流（DC）電源電壓來(lái)對(duì)高壓（HV）蓄電池進(jìn)行充電。充電端口位置如圖1所示，AC插座位于車(chē)輛右側(cè)，DC插座位于車(chē)輛左側(cè)。在車(chē)輛上市時(shí)，將會(huì)提供多種充電解決方案，您可以使用不同的充電電纜和電源，并且可以采用不同的充電率：

◆模式2通用型（AC）：便攜式電纜，使用家用電源

◆模式3（AC）：專用壁掛充電箱，含可拆卸式或帶線式充電電纜

◆模式4（DC）：專用充電站，含帶線式充電電纜

系統(tǒng)支持通過(guò)模式2或模式3充電電纜進(jìn)行的最高充電率為7kW的單相AC充電。還支持通過(guò)連接至充電站的模式4充電電纜進(jìn)行的最高充電率為100kW的DC充電。

采用模式2和模式3（AC）充電方式時(shí)，車(chē)輛的蓄電池充電控制模塊（BCCM）控制EVSE提供的充電率，這稱為車(chē)載充電。采用模式4（DC）充電方式時(shí)，EVSE控制充電率，這稱為車(chē)外充電。

捷豹I-PACE純電動(dòng)車(chē)提供帶模式2充電電纜及安裝家用充電樁。捷豹I-PACE純電動(dòng)汽車(chē)的高壓蓄電池是90kWh，電壓為388.8V。如果用10A（2.2kW）充電，充電至80%電量需用時(shí)約40.5h。如果用32A（7kW）充電樁，用時(shí)13.5h。I-PACE支持最高400V/250A（100kW）的直流快充，充電至80%電量需用時(shí)約45min。如果用50kW的直流快充，充電至80%電量需用時(shí)約85min。目前，捷豹路虎已向經(jīng)銷(xiāo)商提供20kW直流充電站樁。

2.連接充電電纜

（1）解鎖車(chē)輛。

（2）確保選擇駐車(chē)擋（P）。

（3）確保車(chē)輛電氣系統(tǒng)已關(guān)閉。

（4）打開(kāi)充電端口蓋。

（5）將插頭插入電源或壁掛充電箱。務(wù)必先將充電電纜連接電源，然后再連接到車(chē)輛上。

圖1 I-PACE充電端口位置

（6）將充電電纜連接到車(chē)輛的充電端口上。

注意：車(chē)輛無(wú)法在連接充電電纜的情況下行駛，因?yàn)槌潆姾托旭偛豢赏瑫r(shí)進(jìn)行。

3.斷開(kāi)充電電纜

（1）確保使用智能鑰匙上的解鎖按鈕解鎖車(chē)輛，或使用任一車(chē)門(mén)上的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)解鎖車(chē)輛。如果30s后充電電纜未被取下，則電纜鎖定裝置將重新鎖定。

（2）確保選擇了駐車(chē)擋（P）。

（3）確保車(chē)輛電氣系統(tǒng)已關(guān)閉。

（4）按下充電電纜接頭頂部的釋放按鈕（僅限北美/中國(guó)），然后從車(chē)輛上斷開(kāi)電纜。務(wù)必先從車(chē)輛上斷開(kāi)充電電纜。

（5）完全關(guān)閉充電端口蓋。

（6）從電源/壁掛充電箱上斷開(kāi)插頭。

4.充電電纜緊急釋放（充電電纜鎖定裝置）

每個(gè)充電插座都有一個(gè)由電磁閥驅(qū)動(dòng)的鎖銷(xiāo)，進(jìn)行充電時(shí)，該鎖銷(xiāo)可將充電電纜鎖定到位。鎖定機(jī)構(gòu)安裝在充電電纜接頭中。如果發(fā)生以下任一情況，充電電纜將被鎖定到位：

◆鎖閉車(chē)輛

◆成功連接充電電纜后

每個(gè)充電插座都有一個(gè)由電磁閥驅(qū)動(dòng)的鎖銷(xiāo)，進(jìn)行充電時(shí)，該鎖銷(xiāo)可將充電電纜鎖定到位。每個(gè)鎖都有4個(gè)電氣連接：

◆鎖電源饋電1

◆鎖電源饋電2

◆鎖位置開(kāi)關(guān)反饋

◆接地

BCCM通過(guò)向鎖銷(xiāo)1或2供應(yīng)任一極性的電源饋電來(lái)控制鎖定和解鎖操作。鎖位置開(kāi)關(guān)用于監(jiān)測(cè)鎖銷(xiāo)的位置并向BCCM提供反饋。如果BCCM感測(cè)到鎖位置開(kāi)關(guān)未處于鎖定或解鎖位置，則車(chē)輛在連接充電電纜后將無(wú)法充電。如果操作過(guò)鎖緊急釋放拉索并且鎖位置卡在打開(kāi)和關(guān)閉之間，則就會(huì)發(fā)生這種情況。

小心：充電電纜鎖定后，切勿嘗試從充電端口拔出電纜。否則會(huì)損壞電纜鎖定裝置。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無(wú)法釋放充電電纜，則打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)罩，然后拉動(dòng)紅色環(huán)，即可釋放充電電纜，如圖2所示。

圖2 充電電纜緊急釋放拉環(huán)

圖3 BCCM的位置

二、高壓電池充電系統(tǒng)相關(guān)部件

1.蓄電池充電控制模塊（BCCM）

蓄電池充電控制模塊BCCM的作用是向高壓（HV）蓄電池供應(yīng)直流（DC）充電電壓。BCCM將進(jìn)入的交流（AC）電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)HV蓄電池充電所需的直流（DC）。BCCM位于前艙內(nèi)，如圖3所示，BCCM及其連接器如圖4所示。

圖4 BCCM及其連接器

也可以使用DC電源壁掛充電箱直接用DC電流對(duì)HV蓄電池進(jìn)行充電。該模式能夠以最高100kW功率直接對(duì)HV蓄電池進(jìn)行充電，并由BCCM進(jìn)行管理。該模塊將會(huì)調(diào)節(jié)充電電流以防止損壞HV蓄電池，從而確保蓄電池模塊具有最佳性能和壽命。這個(gè)100kW值是最高值，在充電過(guò)程中，BCCM可能會(huì)將該值調(diào)節(jié)至較低的水平。BCCM輸入電流類(lèi)型的變化由其內(nèi)部進(jìn)行管理，以便將輸入電壓從AC改變?yōu)镈C或轉(zhuǎn)換為DC直接輸出。

BCCM通過(guò)高速電源模式0（HSPMZ）CAN與蓄電池電量控制模塊（BECM）和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊（PCM）進(jìn)行通信。當(dāng)車(chē)輛處于電源模式0時(shí)，有關(guān)模塊溫度和充電功率的信息將被發(fā)送，以確保維持最佳的充電率。BCCM的冷卻包含在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)冷卻液回路中，該回路由PCM進(jìn)行監(jiān)測(cè)。BCCM是一個(gè)不可維修的部件，因此應(yīng)該作為一個(gè)整體進(jìn)行更換。

2.充電類(lèi)型

BCCM可以接收來(lái)自HV充電插座的交流（AC）或直流（DC）電源電壓來(lái)對(duì)HV蓄電池進(jìn)行充電。如果有多個(gè)電源連接至車(chē)輛上，則車(chē)輛將會(huì)使用具有最高充電率的方法。BCCM充電類(lèi)型示意圖如圖5所示。

圖5 BCCM充電類(lèi)型示意圖

AC充電流程圖如圖6所示。在連接至交流（AC）電源時(shí)，BCCM將AC電壓轉(zhuǎn)換為直流（DC）電壓，以為HV蓄電池進(jìn)行充電。車(chē)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(shí)可支持最高為7kW的充電率。電源轉(zhuǎn)換由BCCM來(lái)執(zhí)行。這稱為車(chē)載充電。雖然可以將三相AC電源連接至車(chē)輛，但是因?yàn)锽CCM僅支持單相充電，所以實(shí)際充電率可能會(huì)低于預(yù)期。例如，如果連接了一個(gè)11kW三相電源，則車(chē)輛將會(huì)僅使用該電源的一相，以約3.6kW的功率進(jìn)行充電。

圖6 AC充電流程圖

DC充電流程圖如圖7所示。當(dāng)連接至DC電源時(shí)，通過(guò)BCCM中的一組接觸器將高壓直接供應(yīng)至HV蓄電池。這些接觸器的額定電流為250A連續(xù)負(fù)載，并在未插入充電電纜時(shí)將充電插座與HV蓄電池隔開(kāi)。車(chē)輛支持最高標(biāo)稱電壓400V和250A電流的DC充電。使用模式4充電電纜時(shí)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(zhuǎn)換由電動(dòng)車(chē)供電設(shè)備（EVSE）在車(chē)外執(zhí)行。這稱為車(chē)外充電。

圖7 DC充電流程圖

3.充電率

◆電動(dòng)車(chē)供電設(shè)備（EVSE）的最高供電參數(shù)（電壓和電流）

◆通過(guò)控制導(dǎo)向信號(hào)傳播的來(lái)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(huì)下降

◆HV蓄電池溫度

◆如果HV蓄電池的溫度較低，則開(kāi)始采用的充電率也較低，直至蓄電池達(dá)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(huì)停止，以防止溫度過(guò)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(dòng)將會(huì)產(chǎn)生熱量。為了防止車(chē)輛充電插座和相關(guān)充電電纜中產(chǎn)生過(guò)多的熱量，每個(gè)插座都配備了熱敏電阻器。當(dāng)這種熱量變得過(guò)多時(shí)，BCCM或EVSE將會(huì)降低供應(yīng)至車(chē)輛的電源的功率，以便防止充電電路和部件的溫度過(guò)高。

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇四因素三水平，即L9(34)正交表，進(jìn)行正交試驗(yàn)，主要元素的正交因素水平表列于表3，正交試驗(yàn)結(jié)果列于表4.

◆ AC充電插座中有一個(gè)熱敏電阻器，用于測(cè)量AC電源線路的溫度

◆ DC充電插座中有兩個(gè)熱敏電阻器，分別用于測(cè)量每條DC電源線路的溫度

車(chē)輛充電插座中使用的熱敏電阻器是玻璃保護(hù)NTC型電阻器，在25℃時(shí)的標(biāo)稱電阻為10kΩ。表1記錄了給定溫度下的期望電阻值。

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(jìn)行通信，外部電源也稱為電動(dòng)車(chē)供電設(shè)備（EVSE）。該通信可用于實(shí)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(shí)）

◆可用的充電類(lèi)型（AC或DC）

◆告知充電參數(shù)，例如充電率、電壓和電流

◆如果沒(méi)有收到告知信息，則不會(huì)進(jìn)行充電，這為系統(tǒng)增加了一層安全保護(hù)

交流（AC）充電通信協(xié)議是GB/T18487.1。直流（DC）充電通信協(xié)議是EVSE CAN總線。

表1 熱敏電阻器值

三、交流（AC）充電及通信

1.交流（AC）充電端口

在中國(guó)市場(chǎng)，交流（AC）充電通過(guò)位于車(chē)輛右側(cè)的GB/T AC充電插座實(shí)現(xiàn)。EVSE和BCCM之間的通信遵循GB/T18487.1標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)配有接近和控制導(dǎo)向線路。交流（AC）充電端口如圖8所示，充電電纜中使用了5個(gè)連接：

圖8 交流（AC）充電端口

◆電源線

◆零線

◆保護(hù)接地（PE）

◆接近導(dǎo)向（PP）

◆控制導(dǎo)向（CP）

接近導(dǎo)向（PP）和控制導(dǎo)向（CP）針腳用于EVSE和BCCM之間的通信。此通信讓BCCM能夠檢測(cè)到何時(shí)連接了充電電纜以及來(lái)自BCCM的最高可用充電率，并允許車(chē)輛在準(zhǔn)備好開(kāi)始充電時(shí)發(fā)送通知。

2.接近導(dǎo)向（PP）電路

接近導(dǎo)向（PP）電路發(fā)揮著多種作用，具體取決于電動(dòng)汽車(chē)（EV）上連接了哪種類(lèi)型的充電電纜。在EV上，PP電路讓系統(tǒng)能夠識(shí)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(yīng)至BCCM中安裝的分壓器電路，其中的感應(yīng)電子設(shè)備將會(huì)確定充電電纜連接狀態(tài)。

對(duì)于接近導(dǎo)向（PP）電路，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18487.1綜合了國(guó)外J1772和IEC61851-1，下面將這兩種標(biāo)準(zhǔn)的電路先作一介紹。

3.J1772接近導(dǎo)向（PP）電路

北美和日本采用了J1772標(biāo)準(zhǔn)，其電路如圖9所示。充電電纜中，兩個(gè)被動(dòng)電阻器安裝在充電電纜至車(chē)輛充電插座的接頭中，該電阻器允許BCCM檢測(cè)到車(chē)輛何時(shí)連接了充電電纜。一個(gè)150Ω電阻器安裝在PP和PE之間，并且?guī)б粋€(gè)常閉的直式開(kāi)關(guān)。操作開(kāi)關(guān)時(shí)，一個(gè)330Ω的電阻器將會(huì)串聯(lián)接入到PP電路中，使得總電阻達(dá)到480Ω。此開(kāi)關(guān)的安裝實(shí)現(xiàn)了對(duì)于三種充電電纜連接狀態(tài)的識(shí)別：

圖9 J1772接近導(dǎo)向（PP）電路

◆電纜已斷開(kāi)

◆電纜已連接，開(kāi)關(guān)已打開(kāi)

◆電纜已連接，開(kāi)關(guān)已關(guān)閉

未連接充電電纜時(shí)，BCCM PP電路中的5V電源只能通過(guò)BCCM中的電阻器，從而提供了一個(gè)電壓信號(hào)來(lái)反映此狀態(tài)。在將充電電纜連接至車(chē)輛的充電插座上時(shí)，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(yīng)電子設(shè)備將會(huì)測(cè)量由此導(dǎo)致的壓降以確定充電電纜連接狀態(tài)，具體方式如表2所示。

表2 連接狀態(tài)電壓

4.IEC61851-1接近導(dǎo)向（PP）電路

歐洲采用了IEC61851-1標(biāo)準(zhǔn)，其電路如圖10所示。在IEC61851-1充電電纜接頭中，PP和PE針腳之間安裝了一個(gè)具有特定電阻值的被動(dòng)電阻器RC。該電阻器的電阻值經(jīng)過(guò)編碼，因此BCCM可以識(shí)別連接的充電電纜的載流容量。諸如電纜規(guī)格之類(lèi)的因素會(huì)影響到充電電纜載流容量。表3列出了電阻值及其對(duì)應(yīng)的充電電纜載流容量。

表3 對(duì)應(yīng)關(guān)系

該電阻值由BCCM內(nèi)的PP電路的感應(yīng)電子設(shè)備中的相應(yīng)壓降來(lái)確定。這也提供了一個(gè)確認(rèn)充電電纜連接情況的同步方法，如表4所示。

表4 同步關(guān)系

（待續(xù)）