電動汽車充電技術分為直流充電和交流充電。交流充電樁在體積、成本和安裝條件上相比直流充電樁有一定優(yōu)勢。cp全稱充電控制導引,用于監(jiān)控充電樁與電動汽車之間的交互功能。根據(jù)cp信號產(chǎn)生和檢測的位置,分為四種模式。
目前充電樁廣泛采用的是模式三,即充電樁提供產(chǎn)生并檢測cp信號,識別并控制充電狀態(tài)。根據(jù)充電線纜與充電樁或電動汽車的連接狀態(tài),分為a/b/c三種連接方式,目前廣泛采用的連接方式c,即充電線纜固定與充電樁相連,通過充電插頭與電動汽車相連,該種連接方式下,需要充電樁通過cp信號判斷充電插頭的插入和拔出等狀態(tài)。
cp信號分為dc輸出和pwm輸出2種狀態(tài),其中pwm周期為1khz。根據(jù)電壓等級,共有3種狀態(tài)12v,9v,6v。其中dc/pwm12v,dc/pwm9v,dc/pwm6v,分別代表充電插頭未插入電動汽車插座,充電插頭已插入電動汽車插座,電動汽車就緒并請求交流電輸出三種狀態(tài)。充電樁需要識別以上cp信號電壓狀態(tài)來判斷充電行為所處的狀態(tài)。
為了保證電池的循環(huán)充電次數(shù)能在800~1000之間,通常充電倍率應該在0.5C~0.25C之間,采用國家電網(wǎng)供電,利用車載充電機為動力電池充電,這屬于慢充方案,配套的公共設施是交流充電樁。
為了應對緊急情況,希望在15~30min分鐘內(nèi)能把電池充滿到最大容量的80%,對應的充電倍率應該在2C~4C之間,這屬于快充方案,配套的公共設施是直流充電樁。直流充電樁對電池損害比較大,車主花費在更換電池上的成本就會增大,所以如果不是很緊急的情況,應該盡量減少直流充電樁的使用。
國內(nèi)外的充電樁原理大同小異,但外形略有區(qū)別,如下:
交流充電樁通過車載充電機為電池充電,相對于直流充電樁而言,交流充電樁成本低,結(jié)構(gòu)簡單,對蓄電池更友好,適合大范圍推廣,接下來將由淺入深介紹一下交流充電樁的接口技術。
交流充電樁(包括國標和非國標)的主要功能就是將單相電或者三相電引出來,充電樁只起到電流中轉(zhuǎn)站的作用,后續(xù)的整流+DC/DC變換都是由車載充電機完成。
國標交流充電樁就是在上圖所示的原始交流充電樁基礎上,添加了一些商業(yè)化模塊(比如人機交互界面、計費模塊、報警模塊等)和控制引導電路??刂埔龑щ娐肥墙涣鞒潆姌督涌诩夹g的核心內(nèi)容,并且為了單相電和三相電都能兼容,國標交流充電樁接口最終采用的7端子結(jié)構(gòu),其端子分布方式如下圖所示:
充電模式3連接方式B的典型控制引導電路圖:
控制引導電路主要作用是用來確認充電接口和充電插座是否連接,然后在充電過程中進行周期性檢測,以判斷繼續(xù)充電還是停止充電等。
下面詳細介紹控制引導電路的工作原理:
1、連接確認
(1)車輛控制裝置通過檢測PE和監(jiān)測點3之間的電阻值來確認車輛插頭和車輛插座是否連接;
(2)充電樁側(cè)的供電控制裝置通過檢測監(jiān)測點4或檢測點1的電壓值來判斷供電插頭和供電插座是否連接。
2、充電開始
當車輛接口和供電接口都確認連接后,充電樁將開關S1從12V連接狀態(tài)切換到PWM狀態(tài),并等待車輛控制裝置閉合開關S2,此時測檢點1峰值電壓9V,CP端產(chǎn)生1KHz的PWM波,其占空比代表充電樁額定電流大小。當車輛側(cè)開關S2閉合,代表車輛已經(jīng)充電準備就緒了,此時檢測點1的電壓峰值為6V。確認車輛就緒后,充電樁閉合接觸器K1和K2,使交流回路導通,充電開始。整個過程中檢測點1的電壓狀態(tài)如下:
3、充電過程周期檢測
在充電過程中,充電樁對檢測點進行周期性檢測,以確認充電連接裝置的連接狀態(tài)和車輛是否處于可充電狀態(tài),檢測周期不大于50ms。
(1)在充電過程中,充電控制裝置不斷檢測檢測點4和檢測點1,如果檢測到供電接口斷開,則供電控制裝置開關S1切換到12V并斷開交流供電回路;
(2)在充電過程中,車輛控制裝置不斷檢測檢測點2和檢測點3,如果判斷車輛接口斷開,則車輛控制裝置控制車載充電機停止充電,并斷開開關S2。
4、充電結(jié)束
大致原理如上所述,控制引導電路是充電樁接口技術的靈魂,這對于電動汽車設計者以及使用者至關重要,更為詳細的內(nèi)容請參考國標GBT 20234-2011。