朱洋洋，賀 春，陳 卓，馮瑾濤，曹元威

(許昌開普檢測(cè)研究院股份有限公司，河南 許昌 461000)

0 引言

充電樁控制導(dǎo)引功能是一個(gè)使充電樁與電動(dòng)汽車建立充電連接的功能，充電樁與電動(dòng)汽車在啟動(dòng)充電前、充電中和充電結(jié)束過程中需要兼顧充電連接的安全可靠以及穩(wěn)定運(yùn)行，因此分析充電樁控制導(dǎo)引功能的標(biāo)準(zhǔn)化以及在測(cè)試過程中出現(xiàn)的各種問題就成為了充電系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)，本文就互操作測(cè)試活動(dòng)過程中出現(xiàn)的案例進(jìn)行分析，以討論充電控制導(dǎo)引功能的各項(xiàng)細(xì)節(jié)。

1 交流充電樁停止充電邏輯

1.1 正常條件下交流充電樁停止充電

充電樁可以設(shè)定充電方式，若設(shè)定充電金額或充電時(shí)限，當(dāng)該充電樁內(nèi)部的充電結(jié)束條件達(dá)到時(shí)，充電樁需要將CP信號(hào)從PWM波形狀態(tài)轉(zhuǎn)化為電平狀態(tài)停止充電的信息傳遞給電動(dòng)汽車，當(dāng)電動(dòng)汽車在時(shí)限內(nèi)回饋可以停止充電的信息時(shí)，交流充電樁才可以斷開輸出接觸器。

圖1 交流充電樁控制導(dǎo)引電路原理圖Fig.1 Principle diagram of control guidance circuit for AC charging pile

圖2 直流充電控制導(dǎo)引電路原理Fig.2 Principle diagram of control guidance circuit for DC charging pile

假定充電樁未按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方式進(jìn)行結(jié)束充電，而是在達(dá)到充電結(jié)束的條件時(shí)立刻斷開輸出接觸器，則會(huì)出現(xiàn)充電樁帶載斷電的情況，同時(shí)也在毫無(wú)“征兆”的情況下使車載充電機(jī)斷電，具體實(shí)驗(yàn)波形如圖3所示。

圖3 交流充電樁主動(dòng)停止充電錯(cuò)誤做法波形Fig.3 Error behavior waveform of AC charging pile actively stop charging

在圖3中，CP信號(hào)以PWM波形變電平波形的方式(在控制導(dǎo)引電路中的動(dòng)作是將 S1開關(guān)從PWM波形狀態(tài)切換到電平狀態(tài))代表充電過程已達(dá)到所設(shè)定的結(jié)束條件，輸出電壓的有無(wú)代表輸出接觸器的閉合和斷開，輸出電流的有無(wú)代表車載充電機(jī)是否在工作，三個(gè)信號(hào)在條件達(dá)到的同一時(shí)間動(dòng)作，而標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的是一種相對(duì)柔性的結(jié)束充電邏輯。此種不符合標(biāo)準(zhǔn)的斷開充電連接的方式，在使用過程中會(huì)影響交流充電樁和車載充電機(jī)的壽命。

正常的斷開連接時(shí)序如圖4所示。

圖4 交流充電樁主動(dòng)停止充電正確做法波形Fig.4 Correct method waveform of AC charging pile actively stop charging

圖4左圖中是使用在控制導(dǎo)引電路中帶S2開關(guān)的電動(dòng)汽車正常結(jié)束充電，在車載充電機(jī)檢測(cè)到CP信號(hào)由PWM波形狀態(tài)切換為電平狀態(tài)時(shí)，先停止充電，后將S2開關(guān)斷開使CP信號(hào)的高電平變?yōu)? V狀態(tài)，此時(shí)交流充電樁就在100 ms內(nèi)將輸出接觸器斷開。

右圖中是使用在控制導(dǎo)引電路中不帶 S2開關(guān)的電動(dòng)汽車正常結(jié)束充電，在車載充電機(jī)檢測(cè)到CP信號(hào)由PWM波形狀態(tài)切換為電平狀態(tài)時(shí)，停止充電，此時(shí)交流充電樁無(wú)法檢測(cè)到CP信號(hào)的高電平會(huì)轉(zhuǎn)換為9 V狀態(tài)，便可以在3 s后強(qiáng)制斷開輸出接觸器。

1.2 正常條件下電動(dòng)汽車停止充電

當(dāng)電動(dòng)汽車達(dá)到充滿條件時(shí)，或者當(dāng)電動(dòng)汽車被人為設(shè)定停止充電時(shí)，會(huì)將 S2開關(guān)斷開，此時(shí)的CP信號(hào)高電平會(huì)變?yōu)? V，而交流充電樁此時(shí)需要做的動(dòng)作是在100 ms內(nèi)斷開接觸器，并保持CP波形為PWM波形狀態(tài)，此處保持CP波形為PWM波形狀態(tài)的原因是交流充電樁需要保持等待可以啟動(dòng)充電的狀態(tài)，當(dāng)CP信號(hào)高電平從9 V再變回到6 V的狀態(tài)時(shí)，交流充電樁需要重新啟動(dòng)充電。

在測(cè)試中遇到的案例是，充電樁在檢測(cè)到 CP波形高電平變?yōu)? V時(shí)，斷開輸出接觸器的同時(shí)也將CP信號(hào)從PWM波形的狀態(tài)切換為電平波形狀態(tài)，如圖5所示。

圖5 交流充電樁被動(dòng)停止充電錯(cuò)誤做法波形Fig.5 Error behavior waveform of AC charging pile passively stop charging

雖然這樣的設(shè)計(jì)并不影響充電安全性能，但是卻不符合標(biāo)準(zhǔn)，而如果按照標(biāo)準(zhǔn)加入這一個(gè)功能，對(duì)于車載充電機(jī)的充電設(shè)計(jì)將會(huì)提升開發(fā)空間，電動(dòng)汽車在出現(xiàn)需要停止充電的需求后還可以重新自動(dòng)啟動(dòng)充電，因此該功能對(duì)于交流樁這樣的慢速充電模式是非常必要的。此功能的測(cè)試波形圖如圖 6所示。

左圖中，充電樁在檢測(cè)到CP信號(hào)高電平變化為9 V時(shí)立刻停止充電；右圖中，充電樁在檢測(cè)到CP信號(hào)高電平從9 V重新變回6 V時(shí)，而重新啟動(dòng)充電。

圖6 交流充電樁被動(dòng)停止充電正確做法波形Fig.6 Correct method waveform of AC charging pile passively stop charging

2 直流充電樁預(yù)啟動(dòng)充電

直流充電樁是一個(gè)高壓直流充電系統(tǒng)，需要將充電正負(fù)極直接搭接到電池正負(fù)極的，兩個(gè)電源系統(tǒng)的相接勢(shì)必會(huì)造成瞬間極大的沖擊，特別是電動(dòng)汽車上的動(dòng)力蓄電池，容性極大，如果出現(xiàn)了電壓比充電系統(tǒng)低的情況，兩系統(tǒng)搭接瞬間該沖擊電流會(huì)非常大，可能會(huì)影響充電接觸器K1和K2以及電池的壽命，因此直流充電樁的控制導(dǎo)引設(shè)計(jì)需要考慮在搭接瞬間的預(yù)充電過程。

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，充電樁在絕緣自檢之后需要進(jìn)入配置階段，在配置階段獲取電池電壓后等待車輛端接觸器K5和K6閉合，在確認(rèn)電池電壓無(wú)誤后進(jìn)入預(yù)充電階段。預(yù)充電過程需要達(dá)到的要求是，充電樁輸出接觸器K1和K2閉合前輸出電壓需要比電池電壓低1～10 V。

實(shí)驗(yàn)過程中(試驗(yàn)中所用的電池模擬裝置是恒壓拉載的電子負(fù)載)遇到的沖擊電流較大的情況如圖7所示。

圖7 直流充電樁輸出沖擊電流超標(biāo)波形Fig.7 Overpass waveform of output shock current overpass of DC charging pile

由圖7可見沖擊電流已經(jīng)達(dá)到了41 A，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20 A。紅色標(biāo)記處可以明顯的看出來(lái)，接觸器吸合時(shí)車輛端電池電壓瞬間上升高了，該現(xiàn)象就是充電樁沒有進(jìn)行預(yù)充過程，而直接進(jìn)入充電階段產(chǎn)生的，充電樁在閉合接觸器K1和K2的瞬間輸出電壓是 BMS的需求電壓，而該電壓高于電池電壓,這樣的做法不符合標(biāo)準(zhǔn),也就造成了沖擊電流高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的情況發(fā)生。

按照標(biāo)準(zhǔn)做預(yù)充電啟動(dòng)的充電樁被測(cè)波形如圖8所示，沖擊電流幾乎為零。

圖8 直流充電樁輸出沖擊電流正常波形Fig.8 Normal waveform of output shock current of DC charging pile

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