第2章-电动汽车交流充电技术

《新能源充电设施与检修》

2020年3月8日课程内容第1章新能源电动汽车充电系统概述第2章电动汽车交流充电技术第3章电动汽车直流充电技术第4章充电桩维护与保养第5章

充电模式二与充电模式三实训教学任务北京汇智慧众汽车技术研究院第2章

电动汽车交流充电技术

章节目标完成本章节后，学员能够：2.1车载充电机功能、结构与原理2.2交流充电桩原理与使用2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程2.4充电过程中充电桩与车辆相关部件的控制与通讯北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.1车载充电机功能

北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.1车载充电机功能

纯电动汽车车载充电机采用高频开关电源技术，主要功能是将交流20V或380V转换为高压直流电给动力蓄电池进行充电，保证车辆正常行驶。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.2车载充电机结构

车载充电机拓扑电路，整机功率拓扑由整流电路(整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路，主要由整流二极管组成。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.3车载充电机的安装位置

北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.3车载充电机的安装位置

分体式车载充电机。在纯电动汽车初期发展阶段，大多数车型的车载充电机都是独立功能的模块。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.3车载充电机的安装位置

北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.3车载充电机的安装位置

北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.4车载充电机工作流程

北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.4车载充电机工作流程

当车载充电机连接到交流电后，通过电池管理系统(BMS)首先对电池的状态进行采集分析和判断，进而调整充电机的充电参数。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.5车载充电机与动力蓄电池的通讯方式

在充电系统中，车载充电机(OBC)、电池管理系统(BMS)、整车控制器(VCU)、数据采集终端(RMS)这些相关节点使用500kbit/s的CAN总线来交互信息。慢充模式下，动力蓄电池内部的BMS通过低压插接器与车载充电机相连接。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.1车载充电机功能、结构与原理

2.1.5车载充电机与动力蓄电池的通讯方式

北京汇智慧众汽车技术研究院2.2交流充电桩原理与使用

2.2.1移动式交流充电桩原理与使用

移动式交流充电桩由插头、功能盒、车辆接口及线缆组成。充电时，应先将充电模式2的插头插入电源插座中，再与车辆的慢充口连接。车辆充电完毕或者人工终止充电时，应先在车辆侧断开开关S后再拔枪，之后断开电源侧插头。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.2交流充电桩原理与使用

2.2.1移动式交流充电桩原理与使用

北京汇智慧众汽车技术研究院2.2交流充电桩原理与使用

2.2.2固定式交流充电桩结构及原理

交流充电桩内部结构，包括主回路和二次回路。

主回路输入断路器具备过载、短路和漏电保护功能;继电器控制电源的通断;交流充电枪或交流充电座提供与纯电动汽车连接的充电接口，具备锁紧装置和防误操作功能。

主回路由输入保护断路器、交流智能电能表、交流接触器和充电接口插接器组成;二次回路由控制继电器、急停开关、运行状态指示灯、充电桩智能控制器和人机交互设备(显示、输入与刷卡)组成。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.2交流充电桩原理与使用

2.2.2固定式交流充电桩结构及原理

北京汇智慧众汽车技术研究院2.2交流充电桩原理与使用

2.2.2固定式交流充电桩结构及原理

北京汇智慧众汽车技术研究院2.2交流充电桩原理与使用

2.2.2固定式交流充电桩结构及原理

北京汇智慧众汽车技术研究院2.2交流充电桩原理与使用

2.2.2固定式交流充电桩结构及原理

北京汇智慧众汽车技术研究院2.2交流充电桩原理与使用

2.2.2固定式交流充电桩结构及原理

北京汇智慧众汽车技术研究院2.2交流充电桩原理与使用

2.2.2固定式交流充电桩结构及原理

北京汇智慧众汽车技术研究院2.2交流充电桩原理与使用

2.2.3交流充电桩充电使用流程

北京汇智慧众汽车技术研究院在使用交流充电桩充电时首先从充电桩侧摘下充电枪，然后与车辆慢充口可靠连接。在充电桩端刷卡启动充电，慢充启动，观察车辆仪表和桩端显示正常。充电结束或人工终止充电时，桩端刷卡停止充电结算成功观察车辆仪表和桩端显示均无充电电流，拔下充电枪放回充电桩。2.2交流充电桩原理与使用

2.2.4交流充电桩对供电电源的要求

北京汇智慧众汽车技术研究院①交流充电桩依GB/T18487.1-2015之8.2的要求：在连接方式A和连接方式B中，交流电网应具有中性线并连接至标准插座。在连接方式C中，中性线应连接至车辆插头。②11516.2-2010之8.3的要求：交流充电桩应采用交流380/220V的电压等级供电。③充电桩柜体应与电源接地线连接且接地电阻值不大于4Ω。④充电桩的输入额定电压为AC220/380V,输入额定电流为：10A/16A/32A/63A⑤允许电压波动范围为额定电压的±15%。⑥频率为50Hz±1Hz2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

充电模式3连接方式B由供电装置，接触器K1和K2，电阻R1、R2、R3、R4、RC，二极管VD1，开关S1、S2、S3，车载充电机和车辆控制装置(此处特指车辆充电控制装置，部分车型是独立的，也有的车型与整车控制器集成。)组成。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

1)第一阶段:慢充准备阶段，未插枪。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

2）第二阶段:桩端开始插枪，PE线首先接触(GB/T202342—2015中6.3规定)

3)第三阶段:桩端继续插枪，在PE线接触之后，L、N线接通。

4)第四阶段:桩端继续插枪，在PE线和L、N线接通之后，CC和CP接触但未能完成全部耦合。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

5)第五阶段:充电桩端插枪，交流耦合已经完成。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

6)第六阶段:车端插枪，PE线先接触，之后L、N线接触。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

7)第七阶段:车端继续插枪，在PE线和L、N线接触之后，CC、CP接触。

此时在慢充系统中发生了如下一些变化:

（1）此时由于插枪S3开关受机械联动影响，由原来的常闭改为断开状态。车辆控制装置检测点3通过RC串联R4经PE构成回路，此时车辆控制器判断车端耦合器为半连接状态。

（2）位于桩端和车端的CP均已接通，桩端供电控制装置控制信号经S1、R1、VD1、R3连接到PE构成回路，此时充电桩检测点1的电压为DC9V(车端CP未接通时没有串入R3电阻且为断路状态时，电压为12V)，判断车端充电枪已连接。

（3）当充电桩识别到检测点1为DC9V(即判断车端交流耦合器已连接)后，供电控制装置将S1切换至PWM波(占空比)信号，此时CP线上为频率10Hz的9VPWM信号，即充电桩准备就绪。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

8)第八阶段:车辆端继续插枪，交流耦合器完全连接。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

8)第八阶段:车辆端继续插枪，交流耦合器完全连接。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

车辆控制装置通过测量检测点3与PE之间的电阻值来判断车辆插头与车辆插座的连接状态，它们之间的关系见表2-3。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

车辆控制装置通过测量检测点3与PE之间的电阻值来确认当前充电连接装置(电缆)的额定容量。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

车辆控制装置通过测量检测点3与PE之间的电阻值来确认当前充电连接装置(电缆)的额定容量。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.1交流充电桩与车载充电机的连接握手过程

9)第九阶段:当S3闭合，车辆检测到充电枪为全连接状态后，充电机会根据动力蓄电池的充电需求在自检无故障时，闭合S2，表示车辆准备就绪，请求充电。当车辆闭合了S2开关后，CP线上PWM波信号降至6V，充电桩以此判断车辆已经准备好。因此充电桩闭合接触器K1、K2，进入充电。

北京汇智慧众汽车技术研究院2.3使用交流充电桩对车辆进行充电过程

2.3.2车载充电机对动力蓄电池的充电过程

北京汇智慧众汽车技术研究院此时慢充桩已经唤醒OBC，随后OBC通过硬线信号唤醒BMS，再由BMS唤醒VCU并引导整车上电。在此阶段，BMS实时监测动力蓄电池内部的采样数据，包含了温度、电压、电流、SOC、绝缘等状态，这些状态值也会通过CAN线与车载充电机（OBC）进行实时的信息交互。在这一阶段双方均在判断是否达到充电停止条件。当车载充电机自身检测到故障时或者BMS检测到