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电动汽车直流充电握手工作原理

电动汽车直流充电握手工作原理

一、直流接口结构

1.1 直流插头

直流充电接口是由插头和插座组成,插头与直流充电桩相连,插座安装在车辆上。插座为插孔,插头为插针。

图1 插头接口示意图

 图2 充电枪示意图

1.2 直流插座

图3 插座接口示意图

1.3 机械锁/电子锁

充电枪上有机械锁和电子锁,机械锁控制开关S(开关S为常闭开关),当我们按下充电枪头上的按键,S开关即打开。电子锁由充电桩控制,在充电桩确认连接正常后闭合电子锁,防止在充电过程中充电枪被人误拔或脱落。

图4 电子锁结构示意图

 二、直流接口定义

2.1 插座定义

图5 接口定义示意图

2.2 插头原理

图6 插头原理图

表1  触头电气参数及功能定义

 2.3 直流充电模型

图7 直流充电模型

从图上可以看到,左边是非车载充电机(即直流充电桩),右边是电动汽车,二者通过车辆插座相连。图中的U1、U2是一个12V上拉电压,R1~R5是阻值约1000Ω的电阻,R1在充电桩上,R2、R3在充电枪上,R4在插座上,R5在车辆BMS上,具体电阻及电压见下表。

表2  直流充电安全保护系统参数

三、充电流程

3.1 车辆接口连接确认阶段

图8 充电桩连接确认阶段示意图

  当我们对车辆进行充电时,按下充电枪的机械按键,插入车辆插座,再松开枪头按键。充电桩的检测点1将检测到6V-12V-6V-4V的电平变化。当检测点1的电压值为4V时,充电桩将判断充电枪插入成功,车辆接口完全连接,同时将充电枪中的电子锁进行锁定,防止充电枪脱落。

3.2 直流充电桩自检阶段

图9 充电桩自检阶段示意图

在车辆接口完全连接后,充电桩将闭合K3、K4,使低压辅助供电回路导通,为电动汽车控制装置供电(有的车辆不需要供电),电动汽车控制装置(BMS)将根据监测点2的电压判断车辆接口是否完全连接,如果检测点2的电压值为6V,则车辆控制装置开始周期发送通信握手报文。接着闭合K1、K2,进行绝缘检测,绝缘检测即检测充电桩端DC线路的绝缘性能,保证充电过程的安全性。绝缘检测所用电压值为车辆通信握手报文内的最高允许电压和充电桩额定电压二者中的较小值,绝缘检测结束后,将IMD(绝缘检测)以物理的方式从强电回路中分离,并投入泄放回路泄放能量,泄放结束后断开K1、K2,同时开始周期发送通信握手报文。

3.3 充电准备就绪阶段

图 10充电桩准备就绪阶段示意图

接下来,就是电动汽车与直流充电桩相互配置的时间,车辆控制K5、K6闭合,使充电回路导通,充电桩检测到车辆端电池电压正常(充电桩接触器K1、K2外端电压与通信报文描述的电池电压误差≤±5%,且大于充电桩最低输出电压,小于充电桩最高输出电压,即该电压值在充电桩工作电压范围内)后闭合K1、K2,使直流充电回路导通,电动汽车即准备好开始充电。

3.4 充电阶段

图11 充电桩充电阶段示意图

在充电阶段,车辆向充电桩实时发送电池充电需求的参数,充电桩将根据需求参数实时调整充电电压和充电电流,同时相互发送各自的状态信息(充电桩输出电压、电流,车辆电池电压、电流、SOC、温度等),车辆在充电过程中应能检测PE针断线,同时负责充电过程中整个系统的绝缘检测。

3.5 充电结束阶段

图12 充电桩充电结束阶段示意图

车辆会根据BMS是否达到充满状态或是否收到充电桩发来的“充电机中止充电报文”来判断是否结束充电。满足以上充电结束条件时,车辆开始周期发送“车辆控制装置中止充电报文”,在确认充电电流小于5A后断开K5、K6。当充电桩达到操作人员设定的充电结束条件或停止充电指令,或者收到汽车发来的“车辆控制装置中止充电报文”后,会周期发送“充电机中止充电报文”,并控制充电桩停止充电,以不小于100A/s的速率减小充电电流,当充电电流小于等于5A时,断开K1、K2(同时车辆端断开K5、K6),并再次投入泄放电路,然后再断开K3、K4,解锁电子锁。


3.6非正常充电终止情况

1、在充电过程中,如果非车载充电机出现不能继续充电的故障,则向车辆周期发送“充电机中止充电报文”,并控制充电机停止充电,应在100ms内断开Kl、K2、K3和K4。

2、在充电过程中,如果车辆出现不能继续充电的故障,则向非车载充电机发送“车辆中止充电报文”,并在300ms(由车辆根据故障严重程度决定)内断开K5和K6。

3、在充电过程中,非车载充电机控制装置如发生通讯超时,则非车载充电机停止充电,应在10s内断开K1、K2、K5、K6;非车载充电机控制装置发生3次通讯超时即确认通讯中断,则非车载充电机停止充电,应在10s内断开K1、K2.K3、K4、K5、K6。

4、在充电过程中,非车载充电机控制装置通过对检测点1的电压进行检测,如果判断开关S由闭合变为断开,应在50ms内将输出电流降至5 A或以下。

5、在充电过程中,非车载充电机控制装置通过对检测点1的电压进行检测,如果判断车辆接口由完全连接变为断开,则控制非车载充电机停止充电,应在100ms内断开K1、K2、K3和K4。

6、在充电过程中,非车载充电机输出电压若大于车辆最高允许充电总电压,则非车载充电机应在1 s内停止充电,并断开Kl、K2、K3、K4。


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