纯电动汽车学习入门(五)——充电系统(上)

◆文/北京 李玉茂

(接上期)

一、充电系统概述

1.快充系统

快速充电系统如图1所示，动力电池SOC降到20%需要充电，充电倍率约1.2C，30～45min可充至容量的80%，属于低中倍率充电，不建议长期采用快充电。快充系统的主要高压部件：直流充电桩(车外部件)、快充口、高压盒、动力电池。快充系统的主要低压部件：BMS、分控盒、电压采集线、电流传感器、温度传感器。BMS通过快充CAN将动力电池充电接受能力的数据发送直流充电桩，充电桩对充电电流进行控制。

图1 快充系统

2.慢充系统

慢速充电系统如图2所示，在环境温度25℃，SOC由0充至100%需要8～10h，建议长期采用慢充电。慢充系统的主要高压部件：交流充电桩(车外部件)、慢充口、车载充电机、高压盒、动力电池。慢充系统主要的低压部件：BMS、分控盒、电压采集线、电流传感器、温度传感器、VCU。BMS通过新能源CAN将动力电池充电接受能力的数据发送至车载充电机，车载充电机对充电电流进行控制。

图2 慢充系统

3.回馈能量

回馈能量(再生电能)如图3所示，当车辆减速或制动时将惯性动能转化为电能给动力电池充电。回馈能量的主要高压部件：驱动电机、电机控制器、高压盒、动力电池。回馈能量的主要低压部件：BMS、分控盒、电压采集线、电流传感器、温度传感器、VCU。BMS通过新能源CAN将动力电池充电接受能力的数据发送至电机控制器，电机控制器对充电电流进行控制。

图3 回馈能量

4.充电系统术语

荷电状态：英文State of charge，缩写SOC，直译充电状态，也称剩余电量，荷电状态=(电池剩余容量/完全充电容量)×100%，取值范围0～100%。

充放电倍率：充放电电流的大小常用充放电倍率C表示，充放电倍率=充放电电流/额定容量。例如0.2C，额定容量为100Ah的电池用20A充电，充电倍率=20/100=0.2C。

涓流充电：充电倍率＜0.1C。

慢速充电：充电倍率0.1～0.2C。

快速充电：充电倍率0.2～0.8C。

高速充电：充电倍率＞0.8C。

恒流充电法：保持充电电流强度不变的充电方法，用于充电第一阶段，防止电池过热和充电器烧毁。

恒压充电法：保持充电电压不变的充电方法，用于充电第二阶段，当电池容量充到80%，用恒定电压继续充电至终止电压。

握手信号：在数字电路中，设备甲和设备乙交换信息(通讯)，双方采用某个通讯规范(协议)来交换数据，它们的联络过程称作“握手”，用来联络的信号称作“握手信号”。

使能信号：类似触发信号，是电路或者器件工作的开关，通过这个信号打开或关闭 IC电路中的某个功能。

二、高压盒

1.高压盒作用

高压盒也称高压控制盒，作用是负责高压电输入、分配及输出，并执行对支路用电器通断及过电流保护。

2.高压盒组成

以EV200电动车为例，高压盒的外部如图4所示，一端连接的线束：快充线束、低压控制线束。另一端连接的线束：动力电池线束、电机控制器线束、高压附件线束。

图4 高压盒外部

高压盒的内部如图5所示，上层装有熔断器、PTC控制主板，下层装有快充正、快充负继电器。有的车辆将PTC控制器安装在电动压缩机控制器内，也有的车辆将PTC控制器单独安装。

图5 高压盒内部

高压盒熔断器名称如图6所示，“1”是PTC熔断器，“2”是电动压缩机熔断器，“3”是DC-DC熔断器，“4”是车载充电机熔断器。

图6 高压盒熔断器

3.高压盒接线图

高压盒接线图如图7所示，直流高压电经过快充高压插座进入高压盒后，通过快充高压正、快充高压负继电器连接高压正、高压负母线排。母线排通往动力电池高压插座、电机控制器高压插座。高压正母线通过PTC熔断器通向PTC控制器。高压正母线排分别通过3个熔断器通向高压附件插座，再通过高压附件线束送给车载充电机、电动空调压缩机、PTC加热器。

图7 高压盒接线图

高低压互锁线由低压控制插座进入高压盒，串联通过高压盒盖开关、快充高压插座、动力电池高压插座、电机控制器高压插座、高压附件插座，然后引出串联其他高压插座。快充继电器线圈的一端是正电源，由点火开关ON供电，另一根是控制线，通往VCU。PTC控制器连接4条低压线，包括12V供电、接地线、PTC温度传感器的两条线。

4.高压盒插座定义

高压盒的外壳上共有4个高压插座，1个低压插座，每个插座的定义见表1。

表1 高压盒插座定义

5.线束插头定义

与高压盒连接的共有3条高压线束，每条高压线束两端插头的定义如下。

(1)快充线束，快充口连接到高压盒，如图8所示，快充线束两端插头定义见表2。

图8 快充线束

表2 快充线束插头定义

(2)动力电池线束，高压盒连接到动力电池，如图9所示，动力电池线束两端插头定义见表3。

表3 动力电池线束插头定义

图9 动力电池线束

(3)电机控制器线束，高压盒连接到电机控制器的线束，如图10所示，插头定义见表4。

图10 电机控制器线束

表4 高压盒端插头定义

(4)高压附件线束，由高压盒分别通往DC/DC、车载充电机、电动压缩机、PTC的线束，如图11所示，高压附件线束插头定义见表5。

图11 高压附件线束

表5 高压附件线束插头定义

三、快充系统

1.快充系统的作用

作用：直流充电桩(充电站)输入380V三相交流电或220V单相交流电，整流器采用高频开关电路转换成直流电，通过快充线给动力电池充电。

操作：直流充电桩的输入端与交流电网连接，输出端连接快充线，将充电枪插入车辆快充口，在直流充电桩上的人机交互操作界面，使用国家电网充电卡、手机e充电App、e充电账号等，设置相应的充电方式、充电时间、打印费用单等。

2.快充系统的组成

车外部设备：直流充电桩、快充线、快充枪。车内部设备：快充口、快充高压线束、高压盒、动力电池高压线束、动力电池、BMS、分控盒、电压采样线、电流传感器、温度传感器等。直流充电站具有多台直流充电桩，可同时为多辆电动车充电，如图12所示。

图12 直流充电站

充电桩分为一体式、分体式和便携式。充电桩与充电设备集成称为一体式，充电桩与充电设备分开称为分体式，安装轮子能够移动的称为便携式，如图13所示。充电线一端连接固定在快充桩，另一端是快充枪。

图13 直流充电桩

为缩短快充口与高压盒之间的距离，快充口一般位于发动机舱盖车标的里面，也有设置在其他位置的。当按动车内的盖板打开按钮，仪表盘上的指示灯点亮，快充口盖板打开；盖板关闭后指示灯熄灭。快充口盖板有高压警告标识，禁止触碰，如图14所示。

图14 快充口警告标识

3.快充CAN总线系统

快充CAN总线系统如图15所示，连接的模块有BMS、快充口(通往直流充电桩控制单元)、数据采集终端模块、故障诊断接口(可连接故障诊断仪)。终端电阻安装在BMS和数据采集终端内部，CAN-h和CAN-l之间，作用是吸收CAN信号反射回波。每个终端电阻为120Ω，测量CAN-h和CAN-l之间是两个电阻的并联值，为60Ω。

图15 快充CAN总线系统

4.快充系统电路图

如图16所示，快充口有2个高压端子：DC+、DC-，DC+经过快充高压正继电器，DC-经过高压负继电器，分别通往高压正母线排、高压负母线排。

图16 快充系统电路图

快充口有7个低压端子：CC1、CC2、S+、S-、A+、A-、GND；CC1是通往充电桩控制单元的连接确认线，CC2是通往VCU的连接确认线，S+是快充CAN-h线，S-是快充CAN-l线，A+是充电桩输出的唤醒信号线正极，A-是充电桩输出的唤醒信号线负极，GND也称PE是充电桩金属外壳与车身之间的保护地线。