浅谈新能源汽车充电系统问题研究

浅谈新能源汽车充电系统问题研究

闫利 时昱 付亚宣 李源 章忠磊

河南九域腾龙信息工程有限公司，河南省郑州市

摘要：相比于传统的燃油汽车，新能源汽车具有噪音小、排放污染少、百公里能耗低等诸多优点，因此新能源汽车逐步成为未来汽车发展的重要方向。很多购车一族都首选新能源汽车，随着新能源汽车的快速发展，其充电问题也逐步成为汽车售后服务人员和相关技术人员重点考虑问题。本文具体分析研究新能源汽车充电系统的问题，以供参考。

关键词：新能源；汽车；交流充电系统；直流充电系统

1 交流充电系统分析

1.1 交流充电的组成

在新能源汽车充电过程中，交流充电技术成为主流技术。交流充电技术主要是给车辆充入的为交流电，使用的主要为380伏AC 三相电或者是220伏AC单项电。交流电主要使用标准充电插座和插头进入车载充电机当中，再通过车载充电机，逐步将输入的交流电转变为直流电，以达到给动力电池充电的目的。交流充电插座和车载充电器主要在汽车上固定，随车配送，具体的部件如下。

在交流充电系统当中，车载充电器是非常重要的部件，可以依照控制命令对交流电进行引导和转化，使之变成直流电，以达到给汽车电池充电的目的。

交流充电插座属于标准件，在插座当中设定有两个信号回路和一个接地回路，另外还有一些火线回路和零线回路，依照输入电压380伏 ac或220伏 ac对应相关火线接口。

车辆控制器主要目的在于对车辆的状态进行监控，并且发出相关的控制指令给车载充电机，使其处于正常工作或者停止工作的状态，对其电流电压等进行控制，是车辆控制系统当中的大脑。交流充电系统运行过程中也可以给车辆外接外部电网设备，直接用于进行车载充电器的供电，具有电网状态和车辆检测的功能，可以依照要求连接或断开供电系统供电桩。在供电过程中，依照输出功率来进行电流的控制，如交流充电桩输出电流超过32A时必须使用380伏供电，需要与实际情况相结合合理地配置充电功率。

1.2 交流充电的电气原理

交流充电的主要电气原理如下：

图1 模式1充电的电气原理图 图2 模式2充电的电气原理图

各汽车厂商需要依照项目的具体需求来进行充电系统的设置，以方便客户查看充电运行的具体状态，根据标准要求，充电插头和充电插座是否连接。判断时需要使用到cc信号，cc信号能够有效地判断RC阻值，对线束的容量进行确认。cp信号的主要作用在于对供电设备的供电能力进行分析，主要使用pwm值进行控制，确认电气原理图当中的pwm值和各种电气组织都需要符合数据设备的要求。另外还需要注意依照标准进行控制器的选用，以满足车辆在市场上充放电的具体需求[1]。

1.3 交流充电的控制策略

在车载检测系统当中，cc信号和cp信号非常有用，cc信号主要作用在于对充电线的容量进行判断，依照cp信号来分析供电线的供电能力。在车辆处于停车或者休眠条件是如果插上充电插头，车载充电器就可以检测到cp信号和cc信号，并且将整个系统自动唤醒。在唤醒整个系统后可以将BMS和VCU唤醒进入到交流充电模式，对汽车状态进行检测，了解车辆的具体情况，电池是否充满，是否出现电池故障等。在充电系统反馈装置工作后，可以将相关的供电信息和限速状态反馈给 BMS。BMS依照反馈到的数据发送相关的指令给车载充电系统，让充电系统充电或者停止充电。在操作中利用cp信号对车辆状态进行判断，自动连接或断开相关开关，以便控制电流的输送情况[2]。

以上是充电控制的全部过程，在充电开始前需要监测交流充电桩和车辆的充电接口是否连接好、车辆是否可以启动充电，客户只需要插枪，不需要进行其他操作就可以进入充电状态，可以让客户的使用便利性提升。在实际操作过程中，如果电网没有电，车辆会处于自动休眠的状态，控制能耗。在来电之后，车辆可以自动唤醒，对车辆状态进行检测，如果未满电可以继续充电，已满电则停止充电，进入休眠状态，以便对能量的消耗进行控制。

2 直流充电系统分析

2.1 直流充电的组成

直流充电技术主要是通过外部电网将直流电充给车辆电池，也就是使用直流充电桩将380伏ac三相电转变为直流电使用标准充电插头，传送给车辆的电池，为电池充电直流充电。系统的具体部件作用如下。

直流充电插座使用的是国家标准件，有一路can总线，两路低压辅助供电回路以及一路接地回路、正负高压回路和信号回路等。车辆控制系统使用的实时监控系统依照国家的相关规范要求发送和传输指令，控制直流充电桩的停止和工作。直流充电桩是一个非车载的大功率充电桩，主要作用在于将交流电转变为直流电供给车辆电池进行充电，通常而言工作电流较大可以使充电时间大幅度缩短。

2.2 直流充电的电气原理

直流充电桩的电气原理图如下所示。

图3 直流充电的电气原理图

依照系统要求，cc1信号主要是判断充电插头和充电插座是否有效连接，cc2主要用于判断充电插座和插头是否有效连接，s+和s-是通信信号线 ，A+和A-是辅助电源。直流充电桩运行过程中需要根据实际要求合力进行充电[3]。

2.3 直流充电的控制策略

在设计和控制直流充电系统的过程中，电气原理图不单单需要符合标准要求，还需要保证车辆控制器的通信协议也符合国标内容，这样才能保证车辆的充电要求。以某项目为例，充电主要是给动力电池供电，为了保证供电的效果，需要通过动力电池的BMS和直流充电桩进行信息检测和交付。VCU只用于进行辅助判断，具体的控制操作流程如下所述。

BMS检测到相关的cc2信号以及 S+和S-与直流充电桩的通信信号。在车辆处于停车或者休眠状态时，如果充电插头和直流充电插座插合时，BMS就可以检测到相应的信号，自唤醒。BMS唤醒vcu使整个车辆处于直流充电的状态。直流充电桩利用cc1信号来分析充电插座和插头是否有效连接，BMS可以与直流充电桩之间进行有效的信息沟通和交互，了解充电桩的具体状况和车辆的充放电状态，将相关信息发送给直流充电桩。直流充电桩依照信息反馈情况，执行充电或者停止充电的命令。在充电工作结束后，设备会处于休眠状态，可以有效地使能量的消耗得到控制。

这是一个简单的控制过程，在操作过程中与交流电的充电方法较为相似。直流充电工作中，如果停止充电，需要重新插枪或拔枪才能进行二次充电，这种方式与交流充电有一定区别，主要是为了确保充电系统的安全运行。

结束语

总而言之，当前汽车发展过程中，电动汽车是未来的重要发展方向，发展前景较好，但是前期应用过程中还有很多问题，特别是在充电方面，需要解决运行过程中出现的种种问题，不断对充电系统进行完善，这样才能符合电动汽车发展的要求。

参考文献

[1] 梁耀杰, 何科宇, 阳雁翔. 浅谈新能源汽车充电系统及其故障分析[J].装备制造技术, 2019,No.299(11):229-231.

[2] 李录明. 新能源汽车充电设施建设及快速充电系统研究[J].时代汽车, 2017,000(009):52-53.

[3] 吴彤, 庄新颖, 修霞, 于霞, 古远. 浅谈新能源汽车充电系统问题研究[J]. 2021(04):31-32.