电动汽车充电技术分为直流充电和交流充电。交流充电桩在体积、成本和安装条件上相比直流充电桩有一定优势。cp全称充电控制导引,用于监控充电桩与电动汽车之间的交互功能。根据cp信号产生和检测的位置,分为四种模式。
目前充电桩广泛采用的是模式三,即充电桩提供产生并检测cp信号,识别并控制充电状态。根据充电线缆与充电桩或电动汽车的连接状态,分为a/b/c三种连接方式,目前广泛采用的连接方式c,即充电线缆固定与充电桩相连,通过充电插头与电动汽车相连,该种连接方式下,需要充电桩通过cp信号判断充电插头的插入和拔出等状态。
cp信号分为dc输出和pwm输出2种状态,其中pwm周期为1khz。根据电压等级,共有3种状态12v,9v,6v。其中dc/pwm12v,dc/pwm9v,dc/pwm6v,分别代表充电插头未插入电动汽车插座,充电插头已插入电动汽车插座,电动汽车就绪并请求交流电输出三种状态。充电桩需要识别以上cp信号电压状态来判断充电行为所处的状态。
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。
为了应对紧急情况,希望在15~30min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。
国内外的充电桩原理大同小异,但外形略有区别,如下:
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。
交流充电桩(包括国标和非国标)的主要功能就是将单相电或者三相电引出来,充电桩只起到电流中转站的作用,后续的整流+DC/DC变换都是由车载充电机完成。
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端子结构,其端子分布方式如下图所示:
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之间的电阻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,充电桩将开关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。