三、充电控制系统
目前在纯电动汽车上常用2个充电途径对动力电池进行充电,即常规充电(慢充)与快速充电。
(一)常规充电(慢充)的系统构造与控制策略
常规充电即是采用随车配备的便携式充电设备进行充电,可使用家庭电源或专用的充电桩电源,通过车载充电机把交流电转换为直流电,经过高压电气盒配送给动力电池进行充电。交流充电方式的充电电流相对较小,充电速度较慢,通常也叫慢充模式。
如E150EV使用25.6度电的磷酸铁锂高容量高性能动力电池,如使用家用220V电源进行充电,6~8h即充满,满充1次可以保证160~200km的续航。慢充系统设计架构如图4所示。
慢充系统主要部件包括:供电设备(充电桩、充电线等)、慢充接口、车载充电机、高压控制盒、整车控制器、动力电池、高压线束和低压线束等组成。
1.车载充电机构造
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220V交流电转换为高压直流电给动力电池进行充电,保证车辆正常行驶。同时车载充电机提供相应的保护功能,包括过压、欠压、过流、欠流等多种保护措施,当充电系统出现异常会及时切断供电。
车载充电机内部可分为3部分,主电路、控制电路、线束及标准件。
主电路:前端将交流电转换为恒定电压的直流电,主要是全桥电路+PFC电路。后端为DC/DC变换器,将前端转出的直流高压电变换为合适的电压及电流供给动力电池。
控制电路作用:控制MOs管的开关,与BMS之间通信,监测充电机状态,与充电桩匹配等功能。
线束及标准件:用于主电路及控制电路的连接,固定元器件及电路板。
2.高压控制盒的构造
高压控制盒的主要功能是进行高压控制及保护功能,其构造包括整车主继电器、PTC继电器、高压各分系统保险。
3.慢充接口(交流)构造
慢充接口所使用的额定电压为交流250V,由5根线构造而成。慢充接口实物构造及端子定义如图5所示。
4.慢充系统原理分析
以EV200纯电动车为例,当车辆处于慢充状态时,其慢充控制原理如图6所示。
首先将充电枪与车辆慢充接口连接,车辆充电机在充电开始时与整车控制器(VCU)进行通信,当车辆慢充口与充电线导通以后,车载充电机会对整车控制器发出信号,整车控制器再唤醒仪表显示连接转态,车载充电机同时唤醒整车控制器和动力电池的BMS,整车控制器唤醒仪表,启动显示充电状态;整车控制器发出指令给动力电池的BMS,使其控制动力电池内部的正负主继电器闭合,进而使动力电池充电。
(二)快充系统构造与控制策略
快速充电是指当需要极短时间内给电池充满电时,通过直流充电口外接直流充电机,经过高压电气盒配送给动力电池进行充电。直流充电方式的电流较大,充电速度较快,通常也叫快充模式。高功率高电压的工作条件,使电池在短时间内可充至80%左右的电量,因此也称为应急充电,快速充电模式多存在大型充电站或公路旁作为应急使用。如北汽新能源E150EV,使用快充功能,0.5h就可以充满80%,1h即可充满。快充系统设计架构如图7所示。
快充系统主要由充电设备(充电桩)、快充接口、高压控制盒、动力电池、整车控制器、高压线束和低压线束等组成。
1.快充接口(直流)构造
快充接口所使用的额定电压为直流750V,由9根线构造而成。快充接口实物构造及端子定义如图8所示。
2.以EV200纯电动车为例,当车辆处于快充状态时,其快充控制原理如图9所示。
快充的控制流程如下:首先在整车控制器VCU初始后,唤醒电池低压供电,低压自检完成后CAN发出信号,快充继电器闭合,电池高压负继电器闭合,电池高压检测后高压系统预充电,高压系统检测完毕进行动力电池高压充电。