基于国标的充电控制原理分析

基于国标的充电控制原理分析

王硕1；胡志宏2；浦国通3

1.保定星充新能源科技有限公司，河北 保定，071000

2.内蒙古星充新能源科技有限公司，内蒙古 呼和浩特，010000

3.吉林省星星充电设备有限公司，吉林 长春，130000

摘要：随着今年新能源电动汽车数量的不断增加，充电桩成了热点关键词之一，中国充电联盟数据显示充电桩建设的数目远远不够，所以在新能源领域还有很大的发展空间，快充作为快速充电方式在各个场景应用更为广泛，理解和掌握其充电控制原理很有必要，下文将对直流充电桩的充电控制原理展开综述。

关键词：直流充电桩；控制导引；充电电路

1、充电电路原理分析

（1）在充电机端和车辆端均设置IMD电路，供电接口连接后到K5、K6合闸充电之前，由充电机负责充电机内部（含充电电缆）的绝缘检查；充电机端的IMD回路通过开关从充电直流回路断开，且K5、K6合闸之后的充电过程期间，由电动汽车负责整个系统的绝缘检查。充电直流回路DC+、PE之间的绝缘电阻，与DC-、PE之间的绝缘电阻（两者取小值R），当R > 500 Ω/V视为安全；100Ω/V < R ≤ 500 Ω/V时，宜进行绝缘异常报警，但仍可正常充电；R ≤ 100 Ω/V视为绝缘故障，应停止充电。

（2）充电机进行IMD检测后，应及时对充电输出电压进行泄放，避免在充电阶段对电池负载产生电压冲击。充电结束后，充电机应及时对充电输出电压进行泄放，避免对操作人员造成电击伤害。泄放回路的参数选择应保证在充电连接器断开后1秒内将供电接口电压降到60V DC以下。

（3）因停电等原因，充电回路或控制回路失去电力时，非车载充电机必须在1秒以内断开接触器K1、K2或通过泄放回路在1秒以内将充电接口电压降到60V DC以下。

2、充电控制原理分析

（1） 车辆插头与车辆插座插合：使车辆处于不可行驶状态

将车辆插头与车辆插座插合，车辆的总体设计方案可以自动启动某种触发条件（如打开充电门、车辆插头与车辆插座连接或对车辆的充电按钮、开关等进行功能触发设置），通过互锁或其他控制措施使车辆处于不可行驶状态。

（2） 车辆接口连接确认

操作人员对非车载充电机进行充电设置后，非车载充电机控制装置通过测量检测点1的电压值判断车辆插头与车辆插座是否已完全连接，当检测点1电压值为4V时，则判断车辆接口完全连接。

（3） 非车载充电机自检

在车辆接口完全连接后，闭合接触器K3和K4，使低压辅助供电回路导通；闭合接触器K1和K2，进行绝缘检测，绝缘检测时的输出电压应为车辆通信握手报文内的绝缘电压和供电设备额定电压中的较小值；绝缘检测完成后，将IMD（绝缘检测）以物理的方式从强电回路中分离，并投入泄放回路对充电输出电压进行泄放，非车载充电机完成自检后断开K1和K2。同时开始周期发送通信握手报文。如果车辆需要使用非车载充电机提供低压辅助电源，则在得到非车载充电机提供的低压辅助电源供电后，车辆控制装置通过测量检测点2的电压值判断车辆接口是否已完全连接；如果车辆不需要使用非车载充电机提供低压辅助电源，则直接测量检测点2电压值判断车辆接口是否连接。如检测点2的电压值为6V，则车辆控制装置开始周期发送通信握手报文。

（4）充电准备就绪

车辆控制装置与非车载充电机控制装置在配置阶段时，车辆控制装置闭合接触器K5和K6，使充电回路导通；非车载充电机控制装置检测到车辆端电池电压正常（确认接触器外端电压：（1）与通信报文电池电压误差范围≤±5%，且（2）大于充电机最低输出电压且小于充电机最高输出电压）后闭合接触器K1和K2，使直流供电回路导通。

（5）充电阶段

在充电阶段，车辆控制装置向非车载充电机控制装置实时发送电池充电需求参数，调整充电电流下降时：△I≤20A，最长在1s内将充电电流调整到与命令值相一致；△I>20A，最长在△I/dlmin s(dlmin为最小充电速率，20A/s)内将充电电流调整到与命令值相一致。非车载充电机控制装置根据电池充电需求参数实时调整充电电压和充电电流。此外，车辆控制装置和非车载充电机控制装置还相互发送各自的状态信息。在充电过程中，车端应能检测PE针断线。

（6） 正常条件下充电结束

车辆控制装置根据电池系统是否达到满充状态或是否收到“充电机中止充电报文”来判断是否结束充电。在满足以上充电结束条件时，车辆控制装置开始周期发送“车辆控制装置(或电池管理系统)中止充电报文”，在确认充电电流变为小于5A后断开接触器K5和K6。当达到操作人员设定的充电结束条件或收到“车辆控制装置(或电池管理系统)中止充电报文”后，非车载充电机控制装置周期发送“充电机中止充电报文”，并控制充电机停止充电以不小于100A/s的速率减小充电电流，当充电电流小于等于5A时，断开接触器K1和K2。当操作人员实施了停止充电指令时，非车载充电机控制装置开始周期发送“充电机中止充电报文”，并控制充电机停止充电，在确认充电电流变为小于5A后断开接触器Kl、K2，并再次投入泄放回路，然后再断开K3、K4。

（7） 非正常条件下充电中止

在充电过程中，如果非车载充电机出现不能继续充电的故障，则向车辆周期发送“充电机中止充电报文”，并控制充电机停止充电，应在50ms内将电流值降至5A或100ms内断开接触器K1、K2、K3和K4。

在充电过程中，如果车辆出现不能继续充电的故障，则向非车载充电机发送“车辆中止充电报文”，并在300ms（由车辆根据故障严重程度决定）内断开接触器K5和K6。

在充电过程中，非车载充电机控制装置如确认通讯中断，则非车载充电机停止充电，并断开接触器K1、K2、K3和K4。

在充电过程中，非车载充电机控制装置通过对检测点1的电压进行检测，如果判断开关S由闭合变为断开，应在50ms内将输出电流降至5A或以下。

在充电过程中，非车载充电机控制装置通过对检测点1的电压进行检测，如果判断车辆接口由完全连接变为断开，则控制非车载充电机停止充电, 并断开K1、K2、K3和K4。

在充电过程中，非车载充电机输出电压若大于车辆最高允许充电总电压，则非车载充电机停止充电。

结论

了解充电桩内部的充电原理和控制理论，有利于我们了解电子元器件的联系和数据传输关系，便于后期维修设备时可以及时、快速发现问题根源所在，使运维工作更加快速高效。

参考文献：

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[2]徐坤,周子昂,吴定允,等.电动汽车交流充电桩控制系统设计[J].河南科技大学学报（自然科学版）.2016（08）：47-52.

[3]吴书龙,何宇漾. 新能源汽车电气技术 [M].机械工业出版社,2018.

[4]俞哲人,聂亮,吕浩华,等.电动汽车充电站直流接入技术研究综述[J].机电工程.2015(03)：279-284.

[5]袁金云,王向东,王冬青,等.基于PLC的电动汽车交流充电桩控制系统研究[J].青岛大学学报（工程技术版）.2015（07）：38-41+51.