电动汽车快充与慢充工作原理

线束世界 2023-05-15 08:13


充电系统可分为常规充电和快速充电两种方式,从外观大小来看,其实充电口的分别非常简单,快充口大且为9孔(两大孔、一中孔、6小孔),慢充口小且为7孔(5个大孔、2个小孔),这样就算是小白用户也不会插错。一般两个充电口会分别设计在车头和车尾,而部分车型也会将两个充电口设计在一起,例如车头或车尾。车主可根据充电时长需求来选择充电方式。




快速充电(快充)

快速充电为直流充电方式。充电电流要大一些,这就需要建设快速充电站,它并不要求把动力电池完全充满,只满足继续行驶的需要就可以了。这种充电模式下,在20~30min的时间里,只为动力电池充电50%~80%即可。地面充电桩(设备)直接输出直流电能给车载动力电池充电,电动汽车只需提供充电及相关通信接口。


快速充电的优点:

充电时间短,充电车辆流动快,节省加电站停车场面积。


快速充电的缺点:

充电机制造、安装和工作成本较高;充电电流大,对充电的技术和方法要求高,对动力电池的寿命有负面影响;易造成动力电池异常,存在安全隐患,且大电流充电会对公用电网产生冲击,会影响电网的供电质量和安全。



常规充电(慢速)

这种充电模式为交流充电方式,由外部电网提供220V民用单相交流电源给电动汽车车载充电机,由车载充电机给动力电池充电,充满电一般需要5~8小时。


普通充电的优点:

充电桩(充电盒)成本低、安装方便;可利用电网晚间的低谷电进行充电,降低充电成本;充电时段充电电流较小、电压相对稳定,能保证动力电池组安全并能延长动力电池的使用寿命。


普通充电的缺点:

充电时间过长,难以满足车辆紧急运行的需求。



快充接口


  • DC+:直流电源正;

  • DC -:直流电源负;

  • PE:接地(搭铁);

  • S+:通讯CAN-H;

  • S-:通讯CAN-L;

  • CC1:充电连接确认;

  • CC2:充电连接确认;

  • A+:12V+;

  • A-:12V-。

其中CC1、CC2是如何确认是否连接正常呢?



下面是CC1充电桩连接检测原理图:



通过下面的图表可以知道,要判断连接是否正常,可以通过检测点的电压来确认,不同电压通过不同电阻分压获得。



然后是CC2车辆控制装置连接确认原理图:



接通后,两电阻分压获得6V电压,否则获得12V电压。



以比亚迪e6举例,车辆充电时车身连接装置用,将外界电能传导、输入到动力电池。充电口盖有阻尼特性,即检测充电口上“CC1”对“PE”的阻值是否为1KΩ;同时,需要检测充电口到电源管理器的连接是否正常。



慢充接口



“缆上控制盒”与“车辆控制装置”相互确认连接是否正确。


首先“缆上控制盒”会通过CP检测点1与检测点4,检测电压是否为12V。如果没有连接好,检测点4就没有搭铁,就检测不出电压,如果连接好了,检测点4通过PE就与车辆搭铁相通了,这时电压就是12V,有12V电后“缆上控制盒”就会让S1与PWM接通,否则S1是与+12接通。


接着,车辆控制装置会通过CC检测R3电阻来确认充电枪与车辆插座是否连接,如果未连接好,电阻为无穷大,否则有相应电阻值。


在这里,车辆控制装置会设定车载充电机功率(一般都是厂家出厂默认设定好的)。


车载充电装置,通过CP的占空比信号,判断缆上控制盒的最大充电电流,一般设定比例如下表:


同时车载充电装置,也会通过CC上的RC判断电缆额定容量。



最后,车辆控制装置计算充电电缆额定容量与缆上控制盒的电流后,把车载充电机最大功率设为他们的最小值。


说了这么多,肯定有人要问:“为什么要配备两种充电接口?统一成一种不好吗?”这主要还是快充决定的。


要知道,车辆的充电过程并不仅仅是从电网到电池,中间需要经过充电桩,充电线缆、充电插头、车辆插座接口才能进入车辆。从前面的原理我们也了解到,对于交流充电,进到车辆之后,还并不是直接去往电池,中间还要经过车载充电机和BMS两道关卡。


对于快充而言,充电功率相比较交流充电,具体的充电电压和电流并没有限制,从20kW、40kW、60kW到200kW、250kW、350kW都有。只要输入(电网)和输出端(车辆)支持,可以做的很大。


电网的电能先进入充电桩,然后通过充电线缆来到车辆,大部分的充电线都固定在充电桩上,另一端是个枪状的插头连接车辆(标准中将这种连接方式称为连接方式C)。


也有少部分充电桩是孤零零的,需要一根独立的线缆,两端分别接充电桩和车辆的(连接方式B);至于充电线缆固定在车辆上的方式(连接方式A)几乎没有应用。交流充电可以使用连接方式B和连接方式C,交流充电电流大于32A以及直流充电只能使用连接方式C。



由于车辆的电力系统是一个直流系统,所以交流充电时,交流电并不能够直接给电池充电,需要经过一个名叫车载充电机(OBC,On-board Charger)的部件,进行交直流转换并根据BMS的命令变压之后再提供给电池。



在这张车载充电机的构成图中,有两个核心部件——ACDC整流器和DCDC变压器(图中的功率单元)。


前者用于将交流电转化为车辆电池可接受的直流电,后者的作用是调整直流电的电压。


根据BMS的命令,动态调整充电的电流电压,适配不同阶段电池的充电需求,比如恒流充电时,随着电池电量的提高,充电电压也需要随之提高。也负责转换低压,给12V的小电瓶充电。


而直流充电时,直流桩本身便是一个ACDC整流器加DCDC变压器,直接根据BMS的需求,在车辆外部转换交流电,替代了车载充电机的作用,因而直流充电桩也被称为非车载充电机。



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