电动汽车高压蓄电池充电系统(中)

◆文/北京 冯超

(接上期)

(2)AC、DC充电流程

AC充电流程图如图9所示。在连接至AC电源时，BCCM将AC电压转换为DC电压，为HV蓄电池进行充电。车辆支持最高电压240V和32A电流的单相AC充电。使用模式2或模式3充电电缆时可支持最高为7kW的充电率，电源转换由BCCM来执行，这被称为车载充电。虽然可以将三相AC电源连接至车辆，但是因为BCCM仅支持单相充电，所以实际充电率可能会低于预期。例如，如果连接了一个11kW的3相电源，则车辆将会仅使用该电源的一相，以约3.6kW的功率进行充电。

图9 AC充电流程图

DC充电流程如图10所示。

图10 DC充电流程图

当连接至DC电源时，通过BCCM中的一组接触器将高压直接供应至HV蓄电池。这些接触器的额定电流为250A连续负载，并在未插入充电电缆时将充电插座与HV蓄电池隔开。车辆支持最高标称电压400V和250A电流的DC充电。使用模式4充电电缆时可支持最高为100kW的充电率。DC充电电缆拴系在充电站上。电源AC-DC转换由电动车供电设备(EVSE)在车外执行，这被称为车外充电。

3.充电率

HV蓄电池的充电率由BCCM进行调节以防止损坏，确保HV蓄电池模块具有最佳性能和寿命。在充电期间，HV蓄电池的充电率(单位为kW)由多种因素决定：电动车供电设备(EVSE) 的最高供电参数(电压和电流)；通过控制导向信号传播的来自EVSE的可用电流(仅限AC)；充电电缆的额定电流；HV蓄电池荷电状态(SOC)；如果HV蓄电池的SOC接近100%，则充电率将会下降；HV蓄电池温度；如果HV蓄电池的温度较低，则开始采用的充电率也较低，直至蓄电池达到最佳温度。如果HV 蓄电池的温度较高，则充电率将被降低或充电将会停止，以防止温度过高。

4.充电插座热敏电阻器

在充电期间，电源线路和接头中的大电流流动将会产生热量。为了防止车辆充电插座和相关充电电缆中产生过多的热量，每个插座都配备了热敏电阻器。当这种热量变得过多时，BCCM或EVSE 将会降低供应至车辆的电源的功率，以便防止充电电路和部件的温度过高。

AC充电插座中有一个热敏电阻器，用于测量AC电源线路的温度。DC充电插座中有两个热敏电阻器，分别用于测量每条DC电源线路的温度车辆充电插座中使用的热敏电阻器是玻璃保护NTC型电阻器，在25℃时的标称电阻为10kΩ。给定温度下的期望电阻值列于表1。

表1 热敏电阻器值

5.EVSE至BCCM的通信协议

为了支持高压充电，BCCM和外部电源之间需要进行通信，外部电源也称为电动车供电设备(EVSE)。该通信可用于实现多种功能：充电电缆连接状态；充电电缆电流容量(适用时)；可用的充电类型(AC或DC)；告知充电参数，例如充电率、电压和电流；如果没有收到告知信息，则不会进行充电，这为系统增加了一层A全保护。交流(AC)充电通信协议是GB/T 18487.1，直流(DC)充电通信协议是EVSE CAN总线。

四、交流(AC)充电及通信

1.交流(AC)充电端口

在中国市场，交流(AC)充电通过位于车辆右侧的GB/T AC充电插座实现。EVSE和BCCM之间的通信遵循GB/T 18487.1标准，同时配有接近和控制导向线路。交流(AC)充电端口如图11所示，充电电缆中使用了五个连接：电源线、零线、保护接地(PE)、接近导向(PP)、控制导向(CP)。

接近导向(PP)和控制导向(CP)针脚用于EVSE和BCCM之间的通信。此通信让BCCM能够检测到何时连接了充电电缆以及来自BCCM的最高可用充电率，并允许车辆在准备好开始充电时发送通知。

图11 交流(AC)充电端口

2.接近导向(PP)电路

接近导向(PP)电路发挥着多种作用，具体取决于电动汽车(EV)上连接了哪种类型的充电电缆。在EV上，PP电路让系统能够识别充电电缆连接状态、充电电缆载流容量(充电电缆的最大电流承载容量，单位为A)、防盗锁止系统激活情况。

在所有AC充电电路中，将5V电压供应至BCCM中A装的分压器电路，其中的感应电子设备将会确定充电电缆连接状态。对于接近导向(PP)电路，中国标准GB/T 18487.1综合了国外J1772和IEC 61851-1，下面将这两种标准的电路先作以介绍。

3.J1772接近导向(PP)电路

北美和日本采用了J1772标准，其电路如图12所示。充电电缆中，两个被动电阻器A装在充电电缆至车辆充电插座的接头中，该电阻器允许BCCM检测到车辆何时连接了充电电缆。一个150Ω电阻器A装在PP和PE之间，并且带一个常闭的直式开关。操作开关时，一个330Ω的电阻器将会串联接入到PP电路中，使得总电阻达到480Ω。此开关的A装实现了对于三种充电电缆连接状态的识别电缆已断开；电缆已连接，开关已打开；电缆已连接，开关已关闭。

图12 J1772接近导向(PP)电路

未连接充电电缆时，BCCM PP电路中的5V电源只能通过BCCM中的电阻器，从而提供了一个电压信号来反映此状态。在将充电电缆连接至车辆的充电插座上时，PP针脚连接至充电插座上的PP电路，从而增大了充电电缆接头中的电阻。BCCM中的感应电子设备将会测量由此导致的压降以确定充电电缆连接状态，具体方式列于表2。

表2 电缆连接状态

4.IEC 61851-1接近导向(PP)电路

欧洲采用了IEC 61851-1标准，其电路如图13所示。在IEC 61851-1充电电缆接头中，PP和PE针脚之间A装了一个具有特定电阻值的被动电阻器RC。该电阻器的电阻值经过编码，因此BCCM可以识别连接的充电电缆的载流容量，诸如电缆规格之类的因素会影响到充电电缆载流容量。电阻值及其对应的充电电缆载流容量列于表3。该电阻值由BCCM内的PP电路的感应电子设备中的相应压降来确定。确认充电电缆连接情况的同步方法列于表4。5.GB/T AC (18487.1)接近导向(PP)电路

图13 IEC 61851-1接近导向(PP)电路

表3 电阻值及其对应的充电电缆载流容量

表4 确认充电电缆连接情况

我国采用了GB/T AC(18487.1)标准，其电路如图14所示。GB/T AC(18487.1)是J1772 和IEC 61851-1接近导向协议的组合。在充电电缆至车辆充电插座的接头中，PP和PE针脚之间A装了两个具有特定电阻值的被动电阻器(RC和R4)。这些电阻器的电阻值经过编码，因此BCCM可以识别充电电缆的载流容量及其连接状态。电阻器RC A装在PP和PE之间，并且带一个常闭的直式开关。操作开关时，电阻器R4将会串联接入到PP电路中，从而获得新的总电阻。电阻器编码值列于表5。

此开关的A装实现了对于三种充电电缆连接状态的识别：电缆已断开；电缆已连接，开关已打开；电缆已连接，开关已关闭。

未连接充电电缆时，BCCM PP电路中的5V电源只能通过BCCM中的电阻器。4.5V的电压信号将会反映此连接状态，该电压由BCCM的感应电子设备进行测量。在将充电电缆连接至车辆的充电插座上时，PP针脚连接至PP电路，从而增大了充电电缆接头中的电阻。BCCM中的感应电子设备将会测量由此导致的压降以确定充电电缆连接状态和电缆载流容量，具体方式列于表6。

图14 GB/T AC(18487.1)接近导向(PP)电路

表5 电阻器编码值

表6 确定充电电缆连接状态和电缆载流容量

6.控制导向(CP)电路

除了接近导向电路之外，汽车充电控制模块(BCCM)和电动车供电设备(EVSE)之间也A装了控制导向(CP)电路，如图15所示。EVSE会产生导向信号，该信号将被施加到BCCM上的一个分压器电路。EVSE和EV都具有感应电子设备。对于所有AC充电电路，此电路的操作均相同。CP电路让EVSE能够检测到充电电缆已连接到车辆上，并且将最大可用电流告知BCCM。它也允许BCCM告知EVSE车辆已连接，并且做好了接受充电的准备。

图15 控制导向(CP)电路