充電系統可分為常規充電和快速充電兩種方式,從外觀大小來看,其實充電口的分別非常簡單,快充口大且為9孔(兩大孔、一中孔、6小孔),慢充口小且為7孔(5個大孔、2個小孔),這樣就算是小白用戶也不會插錯。一般兩個充電口會分別設計在車頭和車尾,而部分車型也會將兩個充電口設計在一起,例如車頭或車尾。車主可根據充電時長需求來選擇充電方式。
快速充電
快速充電為直流充電方式。充電電流要大一些,這就需要建設快速充電站,它并不要求把動力電池完全充滿,只滿足繼續行駛的需要就可以了。這種充電模式下,在20~30min的時間里,只為動力電池充電50%~80%即可。地面充電樁(設備)直接輸出直流電能給車載動力電池充電,電動汽車只需提供充電及相關通信接口。
快速充電的優點:充電時間短,充電車輛流動快,節省加電站停車場面積。
快速充電的缺點:充電機制造、安裝和工作成本較高;充電電流大,對充電的技術和方法要求高,對動力電池的壽命有負面影響;易造成動力電池異常,存在安全隱患,且大電流充電會對公用電網產生沖擊,會影響電網的供電質量和安全。
常規充電(
這種充電模式為交流充電方式,由外部電網提供220V民用單相交流電源給電動汽車車載充電機,由車載充電機給動力電池充電,充滿電一般需要5~8小時。
普通充電的優點:充電樁(充電盒)成本低、安裝方便;可利用電網晚間的低谷電進行充電,降低充電成本;充電時段充電電流較小、電壓相對穩定,能保證動力電池組安全并能延長動力電池的使用壽命。
普通充電的缺點:充電時間過長,難以滿足車輛緊急運行的需求。
快充接口
DC+:直流電源正
DC -:直流電源負
PE:接地(搭鐵)
S+:通訊CAN-H
S-:通訊CAN-L
CC1:充電連接確認
CC2:充電連接確認
A+:12V+
A-:12V-
其中CC1、CC2是如何確認是否連接正常呢?
下面是CC1充電樁連接檢測原理圖。
通過下面的圖表可以知道,要判斷連接是否正常,可以通過檢測點的電壓來確認,不同電壓通過不同電阻分壓獲得。
檢測點1S開關 | ||
電壓 | 槍頭狀態 | 槍頭與座狀態 |
12V | 斷開 | 斷開 |
6V | 閉合 | 斷開 |
6V | 斷開 | 結合 |
4V | 閉合 | 結合 |
然后是CC2車輛控制裝置連接確認原理圖。
接通后,兩電阻分壓獲得6V電壓,否則獲得12V電壓。
以比亞迪e6舉例,車輛充電時車身連接裝置用,將外界電能傳導、輸入到動力電池。充電口蓋有阻尼特性,即檢測充電口上“CC1”對“PE”的阻值是否為1KΩ;同時,需要檢測充電口到電源管理器的連接是否正常。
慢充接口
“纜上控制盒”與“車輛控制裝置”相互確認連接是否正確。
首先“纜上控制盒”會通過CP檢測點1與檢測點4.檢測電壓是否為12V。如果沒有連接好,檢測點4就沒有搭鐵,就檢測不出電壓,如果連接好了,檢測點4通過PE就與車輛搭鐵相通了,這時電壓就是12V,有12V電后“纜上控制盒”就會讓S1與PWM接通,否則S1是與+12接通。
接著,車輛控制裝置會通過CC檢測R3電阻來確認充電槍與車輛插座是否連接,如果未連接好,電阻為無窮大,否則有相應電阻值。
在這里,車輛控制裝置會設定車載充電機功率(一般都是廠家出廠默認設定好的):
車載充電裝置,通過CP的占空比信號,判斷纜上控制盒的最大充電電流,一般設定比例如下表。
PWM 占空比 D | 最大充電電流 Imax(A) |
D= 0% 連續-12V | 充電樁不可用 |
D=5% | 5%的占空比表示需要數字 |
通信,且需要在電能供應之前在充電樁與電動汽車之前建議通信 | |
10% ≤ D ≤ 85% | Imax=D*100*0.6 |
85% < D ≤ 89% | Imax=(D*100-64)*2.5.且 Imax≤ 63A |
90% < D ≤ 97% | 預留 |
D=100%,連續正電壓 | 不允許 |
同時車載充電裝置,也會通過CC上的RC判斷電纜額定容量。
RC | 充電電纜額定容量 |
1.5kΩ | 0.5W 10A |
680Ω | 0.5W 16A |
220Ω | 0.5W 32A |
100Ω | 0.5W 63A |
最后,車輛控制裝置計算充電電纜額定容量與纜上控制盒的電流后,把車載充電機最大功率設為他們的最小值。
說了這么多,肯定有人要問:“為什么要配備兩種充電接口?統一成一種不好嗎?”這主要還是快充決定的。
要知道,車輛的充電過程并不僅僅是從電網到電池,中間需要經過充電樁,充電線纜、充電插頭、車輛插座接口才能進入車輛。從前面的原理我們也了解到,對于交流充電,進到車輛之后,還并不是直接去往電池,中間還要經過車載充電機和BMS兩道關卡。
對于快充而言,充電功率相比較交流充電,具體的充電電壓和電流并沒有限制,從20kW、40kW、60kW到200kW、250kW、350kW都有。只要輸入(電網)和輸出端(車輛)支持,可以做的很大。
電網的電能先進入充電樁,然后通過充電線纜來到車輛,大部分的充電線都固定在充電樁上,另一端是個槍狀的插頭連接車輛(標準中將這種連接方式稱為連接方式C)。
也有少部分充電樁是孤零零的,需要一根獨立的線纜,兩端分別接充電樁和車輛的(連接方式B);至于充電線纜固定在車輛上的方式(連接方式A)幾乎沒有應用。交流充電可以使用連接方式B和連接方式C,交流充電電流大于32A以及直流充電只能使用連接方式C。
由于車輛的電力系統是一個直流系統,所以交流充電時,交流電并不能夠直接給電池充電,需要經過一個名叫車載充電機(OBC,On-board Charger)的部件,進行交直流轉換并根據BMS的命令變壓之后再提供給電池。
在這張車載充電機的構成圖中,有兩個核心部件——ACDC整流器和DCDC變壓器(圖中的功率單元)。前者用于將交流電轉化為車輛電池可接受的直流電,后者的作用是調整直流電的電壓。
根據BMS的命令,動態調整充電的電流電壓,適配不同階段電池的充電需求,比如恒流充電時,隨著電池電量的提高,充電電壓也需要隨之提高。也負責轉換低壓,給12V的小電瓶充電。
而直流充電時,直流樁本身便是一個ACDC整流器加DCDC變壓器,直接根據BMS的需求,在車輛外部轉換交流電,替代了車載充電機的作用,因而直流充電樁也被稱為非車載充電機。
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