充電系統(tǒng)可分為常規(guī)充電和快速充電兩種方式,從外觀大小來看,其實(shí)充電口的分別非常簡(jiǎn)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(gè)大孔、2個(gè)小孔),這樣就算是小白用戶也不會(huì)插錯(cuò)。一般兩個(gè)充電口會(huì)分別設(shè)計(jì)在車頭和車尾,而部分車型也會(huì)將兩個(gè)充電口設(shè)計(jì)在一起,例如車頭或車尾。車主可根據(jù)充電時(shí)長(zhǎng)需求來選擇充電方式。
快速充電(快充)
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(shè)快速充電站,它并不要求把動(dòng)力電池完全充滿,只滿足繼續(xù)行駛的需要就可以了。這種充電模式下,在20~30min的時(shí)間里,只為動(dòng)力電池充電50%~80%即可。地面充電樁(設(shè)備)直接輸出直流電能給車載動(dòng)力電池充電,電動(dòng)汽車只需提供充電及相關(guān)通信接口。
快速充電的優(yōu)點(diǎn):充電時(shí)間短,充電車輛流動(dòng)快,節(jié)省加電站停車場(chǎng)面積。
快速充電的缺點(diǎn):充電機(jī)制造、安裝和工作成本較高;充電電流大,對(duì)充電的技術(shù)和方法要求高,對(duì)動(dòng)力電池的壽命有負(fù)面影響;易造成動(dòng)力電池異常,存在安全隱患,且大電流充電會(huì)對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,會(huì)影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量和安全。
常規(guī)充電(慢速)
這種充電模式為交流充電方式,由外部電網(wǎng)提供220V民用單相交流電源給電動(dòng)汽車車載充電機(jī),由車載充電機(jī)給動(dòng)力電池充電,充滿電一般需要5~8小時(shí)。
普通充電的優(yōu)點(diǎn):充電樁(充電盒)成本低、安裝方便;可利用電網(wǎng)晚間的低谷電進(jìn)行充電,降低充電成本;充電時(shí)段充電電流較小、電壓相對(duì)穩(wěn)定,能保證動(dòng)力電池組安全并能延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命。
普通充電的缺點(diǎn):充電時(shí)間過長(zhǎng),難以滿足車輛緊急運(yùn)行的需求。
快充接口
DC+:直流電源正
DC -:直流電源負(fù)
PE:接地(搭鐵)
S+:通訊CAN-H
S-:通訊CAN-L
CC1:充電連接確認(rèn)
CC2:充電連接確認(rèn)
A+:12V+
A-:12V-
其中CC1、CC2是如何確認(rèn)是否連接正常呢?
下面是CC1充電樁連接檢測(cè)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(cè)點(diǎn)的電壓來確認(rèn),不同電壓通過不同電阻分壓獲得。
檢測(cè)點(diǎn)1S開關(guān)
電壓
槍頭狀態(tài)
槍頭與座狀態(tài)
12V
斷開
斷開
6V
閉合
斷開
6V
斷開
結(jié)合
4V
閉合
結(jié)合
然后是CC2車輛控制裝置連接確認(rèn)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(shí)車身連接裝置用,將外界電能傳導(dǎo)、輸入到動(dòng)力電池。充電口蓋有阻尼特性,即檢測(cè)充電口上“CC1”對(duì)“PE”的阻值是否為1KΩ;同時(shí),需要檢測(cè)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(rèn)連接是否正確。
首先“纜上控制盒”會(huì)通過CP檢測(cè)點(diǎn)1與檢測(cè)點(diǎn)4,檢測(cè)電壓是否為12V。如果沒有連接好,檢測(cè)點(diǎn)4就沒有搭鐵,就檢測(cè)不出電壓,如果連接好了,檢測(cè)點(diǎn)4通過PE就與車輛搭鐵相通了,這時(shí)電壓就是12V,有12V電后“纜上控制盒”就會(huì)讓S1與PWM接通,否則S1是與+12接通。
接著,車輛控制裝置會(huì)通過CC檢測(cè)R3電阻來確認(rèn)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(yīng)電阻值。
在這里,車輛控制裝置會(huì)設(shè)定車載充電機(jī)功率(一般都是廠家出廠默認(rèn)設(shè)定好的):
車載充電裝置,通過CP的占空比信號(hào),判斷纜上控制盒的最大充電電流,一般設(shè)定比例如下表。
PWM 占空比 D
最大充電電流 Imax(A)
D= 0% 連續(xù)-12V
充電樁不可用
D=5%
5%的占空比表示需要數(shù)字
通信,且需要在電能供應(yīng)之前在充電樁與電動(dòng)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(yù)留
D=100%,連續(xù)正電壓
不允許
同時(shí)車載充電裝置,也會(huì)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(jì)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(jī)最大功率設(shè)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(tǒng)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(wǎng)到電池,中間需要經(jīng)過充電樁,充電線纜、充電插頭、車輛插座接口才能進(jìn)入車輛。從前面的原理我們也了解到,對(duì)于交流充電,進(jìn)到車輛之后,還并不是直接去往電池,中間還要經(jīng)過車載充電機(jī)和BMS兩道關(guān)卡。
對(duì)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(wǎng))和輸出端(車輛)支持,可以做的很大。
電網(wǎng)的電能先進(jìn)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(gè)槍狀的插頭連接車輛(標(biāo)準(zhǔn)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(dú)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(yīng)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(tǒng)是一個(gè)直流系統(tǒng),所以交流充電時(shí),交流電并不能夠直接給電池充電,需要經(jīng)過一個(gè)名叫車載充電機(jī)(OBC,On-board Charger)的部件,進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換并根據(jù)BMS的命令變壓之后再提供給電池。
在這張車載充電機(jī)的構(gòu)成圖中,有兩個(gè)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(zhuǎn)化為車輛電池可接受的直流電,后者的作用是調(diào)整直流電的電壓。
根據(jù)BMS的命令,動(dòng)態(tài)調(diào)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(shí),隨著電池電量的提高,充電電壓也需要隨之提高。也負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換低壓,給12V的小電瓶充電。
而直流充電時(shí),直流樁本身便是一個(gè)ACDC整流器加DCDC變壓器,直接根據(jù)BMS的需求,在車輛外部轉(zhuǎn)換交流電,替代了車載充電機(jī)的作用,因而直流充電樁也被稱為非車載充電機(jī)。