国标电动汽车充电方式梳理

原标题:国标电动汽车充电方式梳理

关于交流充电

假期和朋友聚会,发现有越来越多的朋友考虑买电动汽车,其中最为集中的问题倒不是车的,而是关于充电,混动车和纯电动充电一样么?有哪几种充电方式?某款车支持三相交流充电么?Tesla也可以在常见的充电桩充电么?类似之类的问题。有些问题若是平时不留意还真是答不上来。为此特意结合国标的要求梳理一下。

1.充电模式

国标GB/T 18487.1-2015中定义了四种充电模式。

模式1:电动汽车直接连接至交流电网。

模式2:电动汽车采用缆上控制与保护装置(IC-CPD)连接至交流电网。

模式3:电动汽车使用了专用的供电设备(如:壁挂式充电桩)连接至交流电网。

模式4:电动汽车通过直流供电设备(如:直流充电桩)连接至电网。

其中除了模式1,其余三类模式都具备控制引导功能,因此目前的电动汽车一般都不采用模式1进行充电。

2.连接方式

国标GB/T 18287.1-2015中定义了三种连接方式。

方式A:电动汽车通过与车辆永久连接的充电线缆和插头与交流电网连接(充电线缆是车辆的一部分)。类似大多数吹风机、空调与电网的连接方式。几乎很少见电动汽车会采用该方式。

方式B: 电动汽车使用可拆卸的充电线缆,电缆分别具有供电端插头和车辆插头(充电线缆是独立的部件)。类似显示器与电网的连接方式。模式1,模式2都采用该种连接方式,少部分的模式3场景下也会使用。

方式C:充电设备具备与其永久连接的充电线缆,并以此与电动汽车连接(充电线缆是充电装置的一部分)。类似电脑适配器与电脑的连接方式。模式3和模式4基本采用该种连接方式。

3.交流充电接口

l CC(connection confirm)充电连接确认

车辆控制装置通过CC(检测点3)与PE(车身地)之间的电阻来判断车辆插头是否与与车辆插座完全连接。其中R4是2015版国标新增加的,目的是能够判断车辆接口处于半连接的状态。

未连接时,S3处于闭合状态,CC未连接,监测点3与PE之间的电阻值为无限大(采样值12V);

半连接时,S3处于断开状态,CC已连接,监测点3与PE之间的电阻值为Rc + R4(采样值9V);

全连接时,S3处于闭合状态,CC已连接,监测点3与PE之间的电阻值为Rc(采样值6V)。

l CP(control polot)充电控制引导

车辆控制装置通过CP(检测点2)的PWM占空比确认当前供电设备支持的最大充电电流。

正常情况下的充电结束或停止,由充电设备发起,先控制S1从PWM切换至12V+,以告知车辆充电结束。当车辆判断出截止信号后,则控制S2断开;然后充电设备应在100ms内断开K1、K2以停止供电。若S1切换3s后仍未检测到S2断开,则充电设备强制断开K1、K2。若出现非正常情况,如充电设备先检测到S2断开,则充电装置需要在100ms内断开供电。但此时依然需要保持PWM输出,当车辆自行恢复后,无需重新插拔充电枪即可恢复充电。(若车辆未配置S2开关,意味着充电设备无法与车辆进行交互,因此国标规定仅可在充电电流不大于8A的单相充电场景下进行,且并不推荐)。

在充电过程中充电设备还将对实际充电电流与PWM表征的最大充电电流进行比较,若实际电流大于了最大允许值的1.1倍(小于20A时超过2A),且持续了5s则将停止充电。

4.案例

上面这张图整理了目前比较主流的几款车型的交流充电接口。一般情况下PHEV车型采用的电池容量较小,采用交流单相充电即可满足在3小时内将电池充满,因此像荣威e550、BMW X1、秦PHEV、唐都不具备直流充电口,并且也为配置三相交流充电功能。

宋EV300、秦EV300、荣威ERX5是纯电动车型(前者直流交流充电口分别在车辆的两侧,后两个把交流充电口都布置在了一起),仔细观察会发现秦EV300和宋EV300交流口中的L2和L3是可用的,而ERX5的L2和L3口是空的。说明ERX5若要实现大功率充电,直流快充是唯一的途径,而比亚迪的纯电动车还可以采用三相交流充电的方式。根据比亚迪的介绍目前三相交流充电可支持40kw左右的功率,差不多能实现一小时充满。

Tesla只有一个Type2充电口(交直流共用),那么显而易见从接口上已经不符合国标要求了,因此目前肯定是无法直接在国标充电桩上充电。当然后续也可能会通过转接头之类的方式来解决。

关于直流充电

前几年在调试电动汽车与直流充电桩连接的过程中确实遇到过不少问题。比如直流充电桩应该输出12V还是24V,充电桩和电动汽车同时进行绝缘采样导致互相干扰等一系列问题。有一部分原因是当时有些充电桩还在沿用2011版国标的定义,还要一部分原因是有些运营商特意根据已购车型的情况定制充电桩,导致后续采购的新车无法兼容。还是结合国标梳理一下规定的要求。

1.充电接口

在交流充电中车辆的低压供电和CAN通信都是在车内完成的,因此与交流充电桩的连接接口就较为简单。而在直流充电中车辆需要与直流充电桩建立CAN通信,并获得低压供电输入,因此多了A+,A-和S+和S-的连接。

2.连接顺序

在连接的过程各个触头长度设计的不同形成了一定的连接顺序。先是PE最先接触,然后依次是CC2,高压DC+和DC-,低压A+和A-,通信S+和S-,最后是CC1。

3.电子锁止装置

国标要求直流充电和交流充电电流大于16A的场景下,应具备充电枪电子锁止功能。不同的是交流充电连接中,电子锁止装置需要安装在车辆插座上。

而直流充电连接中,锁止装置需要安装在车辆插头上;同时充电桩具备判断是否锁止的能力,即需要有反馈电路。

4.温度传感器

GB/T 18487.1‐2015中要求额定电流大于16A的情况下,车辆插座需要设置温度监控,且车辆需要进行过温保护。这一方面是考虑不同品牌的插头和插座在互插过程中可能出现一定程度的匹配问题,从而使接触不够充分。另一方面,插头插座长期使用后的积尘问题、老化问题将导致接触电阻增大。进行温度监控可有效预防上述两种情况导致的风险发生。

5.低压供电

在2011版国标中A+和A-可以是12V也可以是24V,也就是说乘用车和商用车在直流充电上是存在兼容性问题的。因此在2015版国标中统一将A+/A-定义为12V。那么这里可能会带来一个新问题,12V供电无法满足商用车BMS的供电要求。有一种处理办法是BMS将A+/A-作为唤醒信号,BMS的24V供电由整车提供。

6.额定充电电流和电压

这里比较有意思的点在于,在GB/T 20234.1‐2015 通用要求中定义直流充电桩额定电压不允许超过1000V,额定电流不超过400A。但是在GB/T 20234.3‐2015 直流充电接口中说明以模式4及连接方式C的车辆接口,其额定电流不超过250A。个人猜测未来可能会有支持大功率充电的接口标准,因此在通用要求中将电流值设在400A。而在采用现有直流接口的条件下,单枪电流是不能大于250A的,若车辆充电电流需要超过250A的情况时,就需要通过双枪来实现。

7.绝缘监测

充电桩和电动汽车均有绝缘监测的功能,在互相高压未连接前,充电桩和电动汽车各自进行绝缘监测。一旦高压连接两者变为一个整体系统时,则充电桩必须立即停止绝缘监测,以免影响的电动汽车绝缘采样精度。此前很多充电桩并未按该要求执行,导致充电过程中常常因为绝缘故障报警中断。除了绝缘监测以外充电桩和电动汽车需要各自负责自身的接触器粘连监测。

参考文献:

• GB/T 18487.1‐2015《电动车辆传导充电系统 一般要求》

• GB/T 20234.1‐2015 《电动汽车传导充电用连接装置 通用要求》

• GB/T 20234.2‐2015 《电动汽车传导充电用连接装置 交流充电接口》

• GB/T 18487.1‐2015《电动车辆传导充电系统 一般要求》

• GB/T 20234.1‐2015 《电动汽车传导充电用连接装置 通用要求》

• GB/T 20234.3‐2015 《电动汽车传导充电用连接装置 直流充电接口》

• GB/T 27930‐2015 《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》返回搜狐,查看更多

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