車載交流充電機V2X引導電路設計

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）08-0104-04

【Abstract】Inthedevelopmentof theelectric vehicle industry，thevehicle-to-external discharge functionisof great significance.However，theimplementationof theexistingcharginganddischarging standardshasproblemssuchas the lackofreverse discharge function，failure toconsider sleepwake-upand electromagneticcompatibility interference，etc. Therefore，a V2Xchargingand discharging guidance circuit isdesigned.Theresearch elaborates indetail thecircuit principlesand working processs suchas thepower supply signal and the charging gun interface in thecircuit.This circuitcanfillthegapof thestandard circuitforexternaldischargeofelectricvehicles，standardizethedischargemode andsafetyrequirements，andachievetheexternaltransmissonofelectricalenergyonthebasisofretainingtheoriginal chargingfunction.Itismainlyachieved throughsoftwareandcontrollogicupgrades，withasmallincreaseinhardware costs，whichcanefectivelyreducesocial costsandhassignificant valueforpromoting thedevelopmentof theelectric vehicle industry.

【Key words】 AC； charging； control guidance； V2X

0 引言

近年來，中國電動汽車產業蓬勃發展，成為汽車行業主流，其普及有利于提升電網能源利用率，減少污染排放。隨著新能源技術進步，車對外放電（Vehicle-to-Everything，V2X）功能賦予電動汽車新定位，使其兼具移動儲能電站與分布式儲能單元屬性。它不僅能在露營、救援等場景供電，還可通過“峰放谷充\"調節電網負荷，對保障電網安全、提升利用效率意義重大，同時推動電動汽車與新能源產業發展。此外，在新能源汽車道路救援中，V2X支持車輛間能源共享，能有效解決續航驟降與野外應急供電難題。

1國家充放電標準實施關鍵問題剖析

電動汽車國家標準GB/T18487旨在確立電動汽車傳導充放電系統中供電設備與車輛的通用要求，其第4部分“車輛對外放電要求”專門規定了電動汽車通過充電接口為車外負載提供電能的放電系統要求。

1.1 逆向放電功能設計的研究空白

當前，車載交流電機在實現車對車逆向放電（Ve-hicle-to-Vehicle，V2V）功能時，控制邏輯復雜，既要兼容車對負載放電（Vehicle-to-Load，V2L）模式，又需適配車載充電機（ 0n -BoardCharger，OBC）的正向充電接口電路，導致相關研究較少。受限于此，相關文獻和設計論文相對較少，如： ① 文獻[2]僅包含充電邏輯程序設計，缺乏具體電路設計方案； ② 文獻[3]主要關注充電槍端控制邏輯，未提供交流充電機端的具體電路方案； ③ 文獻[4]深入闡釋了國標充電控制邏輯，但未包含逆向放電控制邏輯； ④ 文獻[5提供了詳細的充電引導電路設計，但未考慮休眠喚醒及逆向放電功能。

1.2 休眠喚醒功能設計的技術缺失

現有車載充電機的充電連接確認（ConnectionConfirm，CC）/控制引導（ControlPilot，CP）信號處理電路，未充分考慮充電槍CC和CP的低功耗喚醒機制。當充電機長時間處于休眠狀態時，整車待機電流需嚴格控制在 0.1mA 以內。若喚醒電路設計不合理，可能導致充電槍插入時無法喚醒整車進行充電，或者充電完成后充電機無法自動斷電，使整車長期處于待機狀態，進而導致待機功耗遠超規定標準，嚴重影響整車使用壽命。

1.3大功率充放電EMC干擾難題

傳統車載充電機通常利用微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）的捕獲單元檢測CP信號的邊沿，以獲取脈寬調制（PulseWidthModulation，PWM）信號的頻率和占空比。在電磁兼容干擾較小、CC/CP信號清晰的情況下，該方法檢測結果較為準確。在實際充放電場景中，充電樁性能差異、環境變化及整車工況與充電功率波動，都會干擾低壓弱電CC/CP信號，導致檢測結果波動，影響交流充電穩定性，甚至中斷充電。因此，研發一種在強干擾下仍能穩定檢測CC/CP信號的抗干擾電路與方法，是當前行業亟須攻克的技術難點。

2 V2X引導電路功能設計與原理

2.1電路核心電源與信號功能解析

1）+12V ：充電機被喚醒后的正常工作電源，用于充電模式CP信號的PWM輸出電源。2） +5V ：充電機被喚醒后的正常工作電源，用于充電模式CC信號模擬電壓檢測。3）KL_30：車輛供電的常電12V，要求整機休眠狀態功耗小于 0.1mA 。4）GND：充電機的數字地和模擬地，與充電槍的PE信號相連。5）充電連接確認CC信號：車輛端根據該信號來判斷充電槍是否完成物理插接。6控制引導CP信號：對車載充電機端而言，CP信號只檢測它的占空比，得到交流充電樁的最大供電電流能力，并通過內置的S2開關改變CP信號的電平狀態。對外部交流樁端而言，則只需要檢測CP信號的電平信號，通過CP信號電平判斷當前的充電狀態。

2.2充電槍CC接口電路設計原理

在OBC充電工作模式與V2X放電工作模式下，電路的工作原理一致。由于充電槍內置的CR電阻大小決定了充電槍的類型以及充放電功率，R4電阻用于確認充電槍連接狀態，因此CC信號對檢測精度要求較高。為滿足這一需求，采用導通內阻小的Q12場效應管與R28串聯的方式，對外部充電槍CC電阻值進行分壓檢測，如圖1所示。

圖1充電槍CC接口電路

2.3充電槍CC喚醒電平轉換機制

在OBC充電與V2X放電工作模式下，電路均以充電槍插入為觸發激活。插槍時， KL_-30 充電電壓經R7、R14、D8、R26與槍內R4、RC構成降壓回路。充電機未激活時， +5V 未建立，Q11截止，R16電壓遠低于KL_30，插槍脈沖經CC喚醒線觸發后級電路。待充電機控制電源啟動， +5V 輸出關閉CC喚醒電路，D8反向截止，避免影響CC電阻測量精度，如圖2所示。

圖2充電槍CC喚醒電平轉換電路

2.4充電槍CP接口電路工作原理

1）車載充電機OBC充電工作模式。在微控制器單元MCU脈沖輸出控制下，CP信號輸出三極管Q1采用輸入下拉電阻，維持在低電平狀態，此時S1開關處于非激活狀態。當充電槍插入時，外部輸入CP信號被激活，外部12V電壓通過二極管D1和電阻R3形成信號路徑，產生9V電平或脈寬調制PWM信號。該CP信號輸出通過喚醒電路激活電源管理芯片，使充電機進入正常工作狀態。當充電機的MCU檢測到CP輸入為9V的PWM信號時，MCU將控制S2開關輸出高電平信號，閉合S2開關，實現R2和R3電阻的并聯連接，進一步將9V的PWM信號分壓至6V的PWM信號，向外部充電槍端發送確認充電信號。隨后，充電槍輸出交流電壓為交流充電機供電，完成整個充電引導過程。如圖3所示。

圖3充電槍CP接口電路圖

2）車輛放電V2X工作模式。充電機處于休眠模式時，插人充電槍的動作會通過充電控制CC或CP喚醒電路激活充電機，使其進入正常工作狀態。此時，MCU控制S2開關保持關閉狀態，MCU脈沖輸出的V2X模式下CP信號輸出維持在高電平或1kHz的脈寬調制信號，并通過S1開關輸出12V的CP信號。由于二極管D2的存在，D3、R1與D2、R3電路形成并聯關系，可有效避免原車載充電機OBC工作模式下的CP信號控制回路對V2X模式下的CP信號產生干擾。

2.5充電槍CP脈寬幅值檢測電路設計

該電路用于檢測充電槍CP信號的12V、9V、6V信號。圖4中，MCU模擬輸入CP電壓檢測通過R29、R30和R31進行電阻分壓實現，由于串聯分壓電阻高達 150kΩ ，其并聯對CP信號回路 3kΩ 左右負載電阻的影響誤差較小，可通過算法消除。MCU脈沖輸入CP信號整形則通過R32、R33、Q5和Q6兩級信號變化，將不同輸入電壓的PWM信號整形成脈寬相同、幅值為5V的信號，供MCU進行頻率和脈寬測量。

圖4充電槍CP脈寬和幅值檢測電路圖

2.6充電槍CP喚醒電平轉換原理

由于充電槍類型多樣、充放電工作模式不同，且充電槍長期插拔使用可能導致端子接觸不良，整車廠要求能夠明確區分充電機是被CC信號喚醒還是CP信號喚醒，同時要求充電機被插槍喚醒后，在不拔槍的狀態下可重新進入整機休眠狀態，直至下一次插拔槍操作再次喚醒。

充電CP信號先經過由R4、R9與C1并聯組成的RC濾波電路，再通過由R8、Q2、R10和Q7組成的喚醒電平轉換電路，輸出12V的CP喚醒信號至后級電路進行處理，見圖5。

圖5充電槍CP喚醒電平轉換電路

2.7充電機電源芯片喚醒技術方案

由于CC和CP插槍喚醒信號均為脈沖信號，存在作用時間短、觸發不可靠等問題，因此在CC和CP喚醒信號喚醒電源芯片后，在電源芯片下電延時期間，MCU需及時進入正常工作狀態，并主動輸出CPU使能信號。這樣在CC和CP喚醒信號消失后，MCU能夠自鎖控制電源芯片，確保其正常工作，從而保障充電機系統的穩定運行。在充電完成后需要自主下電的場合，當充電機CC或CP信號檢測回路確認充電槍拔離或長期處于固定電平狀態時，可主動撤銷CPU使能信號，經過電源芯片的下電延時時間后，整個充電機系統全部下電，進人系統休眠狀態，見圖6。

圖6充電機電源芯片喚醒

2.8充電槍CC/CP喚醒鎖存電路設計

在OBC充電與V2X放電模式下，電路運用信號觸發自鎖邏輯，將CC/CP喚醒脈沖信號鎖存至輸出端，輸出常高電平，方便MCU識別啟動喚醒來源，執行對應控制策略。充電機休眠前，MCU通過從低到高的脈沖跳變清除CC/CP鎖存信號，完成狀態重置后進人休眠，為下次喚醒循環做準備。充電槍CC/CP喚醒鎖存電路見圖7。

圖7充電槍CC/CP喚醒鎖存電路

3 V2X引導電路工作流程分析

V2X放電即車輛間逆向供電，其CC/CP信號檢測集成于同一控制引導電路，通過軟件切換功能（圖8）。操作時將充電槍插入兩車慢充槍座，兩車CC檢測原理相同，交流充電裝置依檢測點3的CC阻值判斷連接與電流限值；放電車輛通過檢測點1電平確認連接，插槍后R1與R3分壓使檢測點2電平從12V降至9V（8.2～9V有效），S1切換至PWM輸出。

圖8V2X的控制引導電路圖

充電車輛CP檢測電路根據檢測點2的PWM占空比確定供電電流，滿足條件后閉合S2，R2、R3并聯再與R1串聯，12V分壓使放電車輛檢測到CP的PWM電平降至6V，啟動功率回路輸出交流電。充電中，兩車CC/CP電路實時監測CP占空比，充電結束可通過按壓槍開關或操作放電車輛中控屏完成，確保安全。

4總結與展望

電動汽車外放電功能革新電力使用模式，完善外放電標準電路對產業發展至關重要。本研究提出的V2X充放電引導電路價值顯著：其一，填補外放電系統標準電路空白，完善充配電標準體系；其二，以安全為核心，重新定義放電模式，為企業設備研發提供指導；其三，在保留充電功能基礎上實現外放電，通過軟件升級降低成本。未來，該電路可從提升可靠性、降本增效、強化電網協同等方向優化，推動V2X技術普及與產業可持續發展。

參考文獻

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（編輯凌波）