純電動(dòng)汽車學(xué)習(xí)入門(五)
——充電系統(tǒng)(上)

◆文/北京 李玉茂

(接上期)

一、充電系統(tǒng)概述

1.快充系統(tǒng)

快速充電系統(tǒng)如圖1所示，動(dòng)力電池SOC降到20%需要充電，充電倍率約1.2C，30～45min可充至容量的80%，屬于低中倍率充電，不建議長(zhǎng)期采用快充電。快充系統(tǒng)的主要高壓部件：直流充電樁(車外部件)、快充口、高壓盒、動(dòng)力電池。快充系統(tǒng)的主要低壓部件：BMS、分控盒、電壓采集線、電流傳感器、溫度傳感器。BMS通過快充CAN將動(dòng)力電池充電接受能力的數(shù)據(jù)發(fā)送直流充電樁，充電樁對(duì)充電電流進(jìn)行控制。

圖1 快充系統(tǒng)

2.慢充系統(tǒng)

慢速充電系統(tǒng)如圖2所示，在環(huán)境溫度25℃，SOC由0充至100%需要8～10h，建議長(zhǎng)期采用慢充電。慢充系統(tǒng)的主要高壓部件：交流充電樁(車外部件)、慢充口、車載充電機(jī)、高壓盒、動(dòng)力電池。慢充系統(tǒng)主要的低壓部件：BMS、分控盒、電壓采集線、電流傳感器、溫度傳感器、VCU。BMS通過新能源CAN將動(dòng)力電池充電接受能力的數(shù)據(jù)發(fā)送至車載充電機(jī)，車載充電機(jī)對(duì)充電電流進(jìn)行控制。

圖2 慢充系統(tǒng)

3.回饋能量

回饋能量(再生電能)如圖3所示，當(dāng)車輛減速或制動(dòng)時(shí)將慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能給動(dòng)力電池充電。回饋能量的主要高壓部件：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、高壓盒、動(dòng)力電池。回饋能量的主要低壓部件：BMS、分控盒、電壓采集線、電流傳感器、溫度傳感器、VCU。BMS通過新能源CAN將動(dòng)力電池充電接受能力的數(shù)據(jù)發(fā)送至電機(jī)控制器，電機(jī)控制器對(duì)充電電流進(jìn)行控制。

圖3 回饋能量

4.充電系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)

荷電狀態(tài)：英文State of charge，縮寫SOC，直譯充電狀態(tài)，也稱剩余電量，荷電狀態(tài)=(電池剩余容量/完全充電容量)×100%，取值范圍0～100%。

充放電倍率：充放電電流的大小常用充放電倍率C表示，充放電倍率=充放電電流/額定容量。例如0.2C，額定容量為100Ah的電池用20A充電，充電倍率=20/100=0.2C。

涓流充電：充電倍率＜0.1C。

慢速充電：充電倍率0.1～0.2C。

快速充電：充電倍率0.2～0.8C。

高速充電：充電倍率＞0.8C。

恒流充電法：保持充電電流強(qiáng)度不變的充電方法，用于充電第一階段，防止電池過熱和充電器燒毀。

恒壓充電法：保持充電電壓不變的充電方法，用于充電第二階段，當(dāng)電池容量充到80%，用恒定電壓繼續(xù)充電至終止電壓。

握手信號(hào)：在數(shù)字電路中，設(shè)備甲和設(shè)備乙交換信息(通訊)，雙方采用某個(gè)通訊規(guī)范(協(xié)議)來交換數(shù)據(jù)，它們的聯(lián)絡(luò)過程稱作“握手”，用來聯(lián)絡(luò)的信號(hào)稱作“握手信號(hào)”。

使能信號(hào)：類似觸發(fā)信號(hào)，是電路或者器件工作的開關(guān)，通過這個(gè)信號(hào)打開或關(guān)閉 IC電路中的某個(gè)功能。

二、高壓盒

1.高壓盒作用

高壓盒也稱高壓控制盒，作用是負(fù)責(zé)高壓電輸入、分配及輸出，并執(zhí)行對(duì)支路用電器通斷及過電流保護(hù)。

2.高壓盒組成

以EV200電動(dòng)車為例，高壓盒的外部如圖4所示，一端連接的線束：快充線束、低壓控制線束。另一端連接的線束：動(dòng)力電池線束、電機(jī)控制器線束、高壓附件線束。

圖4 高壓盒外部

高壓盒的內(nèi)部如圖5所示，上層裝有熔斷器、PTC控制主板，下層裝有快充正、快充負(fù)繼電器。有的車輛將PTC控制器安裝在電動(dòng)壓縮機(jī)控制器內(nèi)，也有的車輛將PTC控制器單獨(dú)安裝。

圖5 高壓盒內(nèi)部

高壓盒熔斷器名稱如圖6所示，“1”是PTC熔斷器，“2”是電動(dòng)壓縮機(jī)熔斷器，“3”是DC-DC熔斷器，“4”是車載充電機(jī)熔斷器。

圖6 高壓盒熔斷器

3.高壓盒接線圖

高壓盒接線圖如圖7所示，直流高壓電經(jīng)過快充高壓插座進(jìn)入高壓盒后，通過快充高壓正、快充高壓負(fù)繼電器連接高壓正、高壓負(fù)母線排。母線排通往動(dòng)力電池高壓插座、電機(jī)控制器高壓插座。高壓正母線通過PTC熔斷器通向PTC控制器。高壓正母線排分別通過3個(gè)熔斷器通向高壓附件插座，再通過高壓附件線束送給車載充電機(jī)、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、PTC加熱器。

圖7 高壓盒接線圖

高低壓互鎖線由低壓控制插座進(jìn)入高壓盒，串聯(lián)通過高壓盒蓋開關(guān)、快充高壓插座、動(dòng)力電池高壓插座、電機(jī)控制器高壓插座、高壓附件插座，然后引出串聯(lián)其他高壓插座。快充繼電器線圈的一端是正電源，由點(diǎn)火開關(guān)ON供電，另一根是控制線，通往VCU。PTC控制器連接4條低壓線，包括12V供電、接地線、PTC溫度傳感器的兩條線。

4.高壓盒插座定義

高壓盒的外殼上共有4個(gè)高壓插座，1個(gè)低壓插座，每個(gè)插座的定義見表1。

表1 高壓盒插座定義

5.線束插頭定義

與高壓盒連接的共有3條高壓線束，每條高壓線束兩端插頭的定義如下。

(1)快充線束，快充口連接到高壓盒，如圖8所示，快充線束兩端插頭定義見表2。

圖8 快充線束

表2 快充線束插頭定義

(2)動(dòng)力電池線束，高壓盒連接到動(dòng)力電池，如圖9所示，動(dòng)力電池線束兩端插頭定義見表3。

表3 動(dòng)力電池線束插頭定義

圖9 動(dòng)力電池線束

(3)電機(jī)控制器線束，高壓盒連接到電機(jī)控制器的線束，如圖10所示，插頭定義見表4。

圖10 電機(jī)控制器線束

表4 高壓盒端插頭定義

(4)高壓附件線束，由高壓盒分別通往DC/DC、車載充電機(jī)、電動(dòng)壓縮機(jī)、PTC的線束，如圖11所示，高壓附件線束插頭定義見表5。

圖11 高壓附件線束

表5 高壓附件線束插頭定義

三、快充系統(tǒng)

1.快充系統(tǒng)的作用

作用：直流充電樁(充電站)輸入380V三相交流電或220V單相交流電，整流器采用高頻開關(guān)電路轉(zhuǎn)換成直流電，通過快充線給動(dòng)力電池充電。

操作：直流充電樁的輸入端與交流電網(wǎng)連接，輸出端連接快充線，將充電槍插入車輛快充口，在直流充電樁上的人機(jī)交互操作界面，使用國(guó)家電網(wǎng)充電卡、手機(jī)e充電App、e充電賬號(hào)等，設(shè)置相應(yīng)的充電方式、充電時(shí)間、打印費(fèi)用單等。

2.快充系統(tǒng)的組成

車外部設(shè)備：直流充電樁、快充線、快充槍。車內(nèi)部設(shè)備：快充口、快充高壓線束、高壓盒、動(dòng)力電池高壓線束、動(dòng)力電池、BMS、分控盒、電壓采樣線、電流傳感器、溫度傳感器等。直流充電站具有多臺(tái)直流充電樁，可同時(shí)為多輛電動(dòng)車充電，如圖12所示。

圖12 直流充電站

充電樁分為一體式、分體式和便攜式。充電樁與充電設(shè)備集成稱為一體式，充電樁與充電設(shè)備分開稱為分體式，安裝輪子能夠移動(dòng)的稱為便攜式，如圖13所示。充電線一端連接固定在快充樁，另一端是快充槍。

圖13 直流充電樁

為縮短快充口與高壓盒之間的距離，快充口一般位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋車標(biāo)的里面，也有設(shè)置在其他位置的。當(dāng)按動(dòng)車內(nèi)的蓋板打開按鈕，儀表盤上的指示燈點(diǎn)亮，快充口蓋板打開；蓋板關(guān)閉后指示燈熄滅。快充口蓋板有高壓警告標(biāo)識(shí)，禁止觸碰，如圖14所示。

圖14 快充口警告標(biāo)識(shí)

3.快充CAN總線系統(tǒng)

快充CAN總線系統(tǒng)如圖15所示，連接的模塊有BMS、快充口(通往直流充電樁控制單元)、數(shù)據(jù)采集終端模塊、故障診斷接口(可連接故障診斷儀)。終端電阻安裝在BMS和數(shù)據(jù)采集終端內(nèi)部，CAN-h和CAN-l之間，作用是吸收CAN信號(hào)反射回波。每個(gè)終端電阻為120Ω，測(cè)量CAN-h和CAN-l之間是兩個(gè)電阻的并聯(lián)值，為60Ω。

圖15 快充CAN總線系統(tǒng)

4.快充系統(tǒng)電路圖

如圖16所示，快充口有2個(gè)高壓端子：DC+、DC-，DC+經(jīng)過快充高壓正繼電器，DC-經(jīng)過高壓負(fù)繼電器，分別通往高壓正母線排、高壓負(fù)母線排。

圖16 快充系統(tǒng)電路圖

快充口有7個(gè)低壓端子：CC1、CC2、S+、S-、A+、A-、GND；CC1是通往充電樁控制單元的連接確認(rèn)線，CC2是通往VCU的連接確認(rèn)線，S+是快充CAN-h線，S-是快充CAN-l線，A+是充電樁輸出的喚醒信號(hào)線正極，A-是充電樁輸出的喚醒信號(hào)線負(fù)極，GND也稱PE是充電樁金屬外殼與車身之間的保護(hù)地線。