电动汽车充电系统充电模式分析,本文是充电类在职毕业论文范文跟电动汽车和充电和模式相关论文范文数据库.
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摘 要：电动汽车是未来北京市新能源汽车的发展方向,而绿色环保的电动汽车其动力能源补给情况备受社会关注,本文针对纯电动汽车的充电模式做了详细的介绍,以北汽EV200纯电动车为例,分析了慢充与快充两种充电模式的结构与原理,结合电动汽车在交流充电过程中系统控制策略,对交流充电系统导引电路具体分析,并阐述了充电过程中的判断连接状态、识别承载电流、监测充电过程、安全保护等功能.
关键词：电动汽车；充电模式；电路分析
电动汽车的充电系统是汽车动力的能源补给系统,保障车辆持续行驶提供动力能源,动力电池的剩余电量决定了电动车的行驶里程,而其充电时效性和便捷性则影响了使用者的行车计划.对于纯电动汽车来说,充电系统会依据动力电池的实时状态进行控制启动充电和停止充电,同时依据动力电池的电量、温度控制调节充电电流及电池加热.操作者可以根据电动汽车充电时长的需求来选择相应的充电模式.
1充电模式介绍
总所周知,制约纯电动汽车普及发展的主要因素为续航里程短、充电时间长、购买昂贵.其中,与我们消费者息息相关、涉及到操作安全性的那就是电动车的充电了.依据国际标准IEC61851-1中规定的电动汽车不同的充电模式（见表1）．我们可以初步了解一下这几种常见的充电模式.
充电模式1-由于家用充电插座内不带控制导线和接近导线,充电模式1无法与车辆建立通信,充电时无法限制和确认最大电流强度,所以大部分厂家都不采用.
充电模式2——这是一种通过控制导线将家用电源与车辆建立连接与通信的充电模式.相比充电模式1增加了充电电缆对电动汽车进行充电,车内车载充电机可以与交流电网建立连接,由于车载充电机的主要作用是将交流220V电压转换为高压直流电（约440V左右）给动力电池,因此这种充电模式满足了对车辆充电的基本要求.家用插座中可使用16A的空调插座.因此充电模式2适用非常广泛,可设立在家里及公共充电站等.
充电模式3——这是一种主要用在公共交流充电桩的充电模式（见图2）.与车辆通信协议跟充电模式2类似,只是两者相比在充电模式2中,家用电源插头连接集成式电缆箱,然后与车端充电口连接；而充电模式3中桩端充电接口直接与车端充电接口连接.在公共交流充电桩多数采用这种充电模式为电动汽车充电.
充电模式4——这种充电模式主要是应用于直流充电桩对电动汽车进行快速充电,由于是380V的DC直流供电,电压可以直接通过车辆端的快充口进入车辆,这种充电方式与慢充最大的区别是电流电压较高,时间较短,不通过车载充电机而直接到达高压控制盒,在充电桩与整车控制器VCU、动力电池管理系统BMS之间通讯正常后,便可以直接为动力电池充电.但这种充电方式对电池的损害较大,对电池保护散热方面要求更高,所以并不是每款车型都可快速充电.直流充电桩仅部分车型支持,如特斯拉、北汽新能源等车型.动力电池长期快速充电会影响电池的使用寿命.因此并不建议常使用直流充电桩进行充电.
以上是电动汽车常用的充电模式.通过对比国内外电动汽车充电接口与标准,可以总结出如图3所示的供电设备的充电插头与插座连接方式,以及车辆充电接口处的结构示意图,为后续分析充电系统控制电路作参考.
电动汽车的充电模式按接口类型可以分为交流充电（俗称慢充）及直流充电（俗称快充）两种方式.慢充系统使用交流220V单相民用电,通过整流变换,将交流电变换为高压直流电给动力电池进行充电.慢充系统主要由供电设备（电缆保护盒、充电桩、充电线等）、慢充接口、车载充电机、高压控制盒、动力电池、整车控制器、高压线束和低压控制线束等组成.如图4所示.快充系统一般使用工业380V三相电,通过功率变换后,直接将高压大电流通过母线直接给动力电池进行充电.快充系统主要由充电设备（充电桩）、快充接口、高压控制盒、动力电池、整车控制器、高压线束和低压控制线束等组成.
2充电模式结构原理分析
2.1慢充模式结构原理分析
以北汽EV200纯电动车为例,当车辆处于慢充状态时,其慢充模式结构原理如图5所示.首先将充电与车辆慢充口连接,车载充电机在充电开始时与整车控制器( VCU)进行通讯．当车辆慢充口与充电线导通之后,车载充电机会对整车控制器发出信号,整车控制器再唤醒仪表显示连接状态,车载充电机同时唤醒整车控制器和动力电池的BMS,整车控制器唤醒仪表启动显示充电状态；整车控制器发出指令给动力电池的BMS,使其控制动力电池内部的正、负主继电器闭合,进而使动力电池充电.
2.2快充模式结构原理分析
与慢充模式相比,快充模式则不需要借助车载充电机来完成充电.因为直流快充桩可以提供的较高的电流和电压以实现电动汽车对快充的需求.快充过程的控制流程如下：首先在整车控制器VCU初始化后,唤醒电池BMS低压供电,低压自检完成后CAN发出信号,快充继电器闭合,电池高压负继电器闭合,电池高压检测后高压系统预充电,高压系统检测完毕进行动力电池高压充电.
3充电系统控制电路分析
动力电池的充电过程是一个先连接通信及后监控实施的过程.在这里将充电系统的控制策略做一下简要的分析介绍.以图3中充电模式3连接方式C为例,即通过交流充电桩内的充电插头与车辆连接进行充电的方式,进行充电系统控制电路分析,其电路原理图如图7所示.该控制电路主要有以下功能判断连接状态、识别承载电流、监测充电过程、安全保护.
3.1判断连接状态
充电连接状态可以通过对电路内检测点的电压变化以及两点间的电阻来判断.在使用交流充电桩充电时,交流充电桩的供电端需与车辆端连接,在充电插入车辆端之前需要先按下充电上面的机械锁,电路中的S3是动作响应开关,此时检测点3的电压会因S3的闭合而变化,车辆控制装置会检测出充电已经连接的状态信号.另外,车辆控制装置也可以通过测量PE与检测点3的电阻方法来判断车辆插头与车辆插座是否完全连接.未连接时PE与检测点3之间电阻无穷大,而按下充电上的机械锁之后阻值仅为充电连接装置的内阻.
3.2识别承载电流
在标准GBT 20234.2-2011的控制电路（见图7）中,供电设备的输出电压为220V,但供电电流并未确定,目前有16A和32A两种.决定供电电流的装置就是充电连接装置的内置电阻,其电阻值和电缆承载电流的大小相匹配.在交流充电连接装置可分为16 A和32 A的两种功率充电环境下,通过分别对两组充电桩充电时内置电阻与PWM信号进行测试,测得的数据就可以说明这个问题.当充电桩电流为16A时,车辆控制装置通过测量检测点3与PE之间的电阻约680欧,检测点2的PWM信号占空比73.4%频率1.OKHZ；当充电桩电流为32A时,车辆控制装置通过测量检测点3与PE之间的电阻约220欧,检测点2的PWM信号占空比46.6%频率1.OKHZ；可见充电桩设定的额定电流,与确认当前供电设备的最大供电电流成低位倍率关系,因此可以确定充电电流的上限.
3.3监测充电过程
充电过程中,检测点可以将频率、占空比信号及各状态下的电压变化反馈给供电控制装置和车辆控制装置.操作者启动充电设置后,若供电设备无故障,则检测点1处电压应为12V;操作者取下供电设备端的充电并按下机械锁时S3闭合,但车辆接口并未完全连接时,检测点1处电压为9V;当充电已经完全连接到车辆充电端口后S2闭合,此时检测点1处电压急速下降,供电设备通过CC连接确认信号并检测充电线可耐受的电流,把Sl开关从12V端切换到PWM端；当检测点1电压降到6V时,供电设备Kl和K2开关闭合输出电流,则供电回路导通,当电动汽车和供电设备建立电气连接后,车辆控制装置通过判断检测点2的PWM信号占空比确认供电设备的最大可供电能力,如充电桩16A则以占空比为73.4%,因此CP端电压在6V至-12V之间波动,而CC端电压从4.9V（连接状态）下降至1.4V（充电状态）.当车辆控制装置判断充电连接装置已完全连接（即S3、S2闭合）,并完成车载充电机最大允许输入电流设置（Sl切换到PWM端、Kl和K2闭合）后,车载充电机开始对电动汽车进行充电.
3.4安全保护
在充电过程中,由于误操作或意外,都会导致触电及人身伤亡等事故发生.为了降低或避免危害产生,会在非正常条件下进行充电结束或停止的安全保护.例如在交流充电过程中,机械锁开关S3断开并持续了一段时间,那么在检测点3处或CC端电压就会出现明显的变化,车辆控制装置则判断出充电系统处于未连接状态,从而控制车载充电机停止充电,同时断开S2,提前降低或切断电流输出,避免在此过程中由于误拔充电而产生的拉弧及其他危害.
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