一文讲清楚电动汽车充电系统

充电系统是新能源汽车主要的能源供给系统，为保障车辆持续行驶提供动力能源。

电动汽车的充电系统是新能源转型的关键组成部分，直接影响着车辆的使用体验与效率。根据电动汽车动力蓄电池的技术特性和使用性质，其充电模式主要分为常规充电、快速充电和快速换电三种。

常规充电(慢充)：使用交流电，由外部电网提供220V民用单相交流电给电动汽车车载充电机，再由车载充电机给动力电池充电，充满电一般需要5~8h。

快速充电：使用直流进行充电，由地面充电桩直接输出直流电给车载动力电池充电，在20~30min的时间里，可为动力电池充电50%~80%。

更换电池充电(换电)：直接更换电动汽车的动力电池组来达到充电的目的。

新能源汽车充电系统架构

在上图示意的架构中，主要由高压网络、低压网络以及通信网络组成。其中快充高压网络是由动力电池经由PDU通过快充接口与外部直流充电桩相连接的，慢充高压网络是通过OBC将外部交流慢充桩的交流电转换为动力电池所需的直流电以实现对动力电池的充电，而在低压充电网络上是通过DC/DC将动力电池的高压电转换为12V/24V进而为蓄电池充电的。

由于低压蓄电池的存在，为如BMS、VCU、仪表等用电器提供了可用电源，这些控制节点在系统工作时，通过硬线信号或报文指令信号对OBC及DC/DC实现相关控制，且在其工作的全过程中通过CAN信号实现信息的交互，对充放电过程进行监控并动态调整充放电过程的电压、电流等参数以确保其过程的安全稳定。

慢速充电系统原理

电动汽车慢速充电系统主要由供电设备(交流充电桩或家用交流电源)、充电枪、慢充充电接口、车载充电机、高压线束、高压控制盒、动力电池、整车控制器(VCU)元和低压控制线束等部件组成。交流充电系统的特点为充电功率小、充电时间长，但充电设备成本低。

大部分纯电动汽车的交流充电口都是采用国标统一标准的充电口其结构与定义如下图：

交流充电接口
序号	符号	定义
1	L1、L2、L3	交流电源相线
2	N	中线
3	PE	保护接地，连接供电设备地线和车辆电平台
4	CP	控制引导端子，用于监控电动汽车和供电设备之间交互的功能
5	CC	充电连接确认，通过电子或者机械的方式，反映车辆插头连接到车辆或供电插头连接到充电设备上的状态的功能

慢充充电使用交流电，由外部电网提供220V民用单相交流电给电动汽车车载充电机，再由车载充电机给动力电池充电，充满电一般需要5~8h。

慢充示意图

其工作的大体流程是，当充电枪接入汽车后，OBC通过检测点对电压及PWM信号的检测以判断充电枪的完全连接。在OBC确认完全连接后，向BMS发送充电请求信号，BMS通过对动力电池状态进行检测后向OBC反馈并在相应阶段执行系统高压上下电流程，OBC通过检测其输出端的电压值，在满足充电要求后则开始正式工作。车端各节点的交互流程可参考如下步骤：

(1)交流供电。将充电枪连接到交流充电桩或家用16A供电插座，充电桩经充电枪向电动汽车输入交流电。

(2)充电唤醒。充电枪通过CC充电连接确认后，车载充电机向整车控制器(VCU)、电池管理系统(BMS)发出连接确认信号和充电唤醒信号，整车控制器(VCU)唤醒仪表显示连接状

态。

(3)检测充电需求。电池管理系统(BMS)检测动力电池是否需要充电，并计算所需充电电流。

(4)发送充电指令。电池管理系统(BMS)向车载充电机发送充电指令，动力电池管理模块控制动力蓄电池正、负接触器闭合，开始进行充电。

(5)充电过程。车载充电机将外部设备提供的220V交流电整流为高压直流电储存到动力蓄电池。

(6)停止充电。电池管理系统(BMS)检测到充电完成后，给车载充电机发送指令，车载充电机停止工作，电池正、负继电器断开，充电结束。

慢充充电原理

快速充电系统原理

电动汽车快速充电系统主要由直流充电桩、快充接口、高压控制盒、动力电池、整车控制器、高压线束和低压控制线束等组成。直流快速充电系统的特点为充电功率大、充电时间短，但充电设备成本高。

快充系统示例图

大部分纯电动汽车的直流充电口都是采用国标统一标准的九星孔充电口其结构与定义如下图：

直流充电接口
序号	符号	定义
1	DC+	直流电源正，连接直流电源正极和电池正极
2	DC-	直流电源负，连接直流电源负极和电池负极
3	PE	保护接地，连接供电设备地线和车辆电平台
4	CC1	充电连接确认，通过电子或者机械的方式，反映车辆插头连接到车辆或供电插头连接到充电设备上的状态的功能
5	CC2	同CC1
6	S+	充电通讯CAN H，连接非车载充电机与电动汽车的通讯线
7	S-	充电通讯CAN L，连接非车载充电机与电动汽车的通讯线
8	A+	低压辅助电源正，连接非车载充电机为电动汽车提供的低压辅助电源
9	A-	低压辅助电源负，连接非车载充电机为电动汽车提供的低压辅助电源

直流充电主要是通过充电站的充电柜将直流高压电直接通过直流充电口给动力电池充电。快充系统由快充桩、电缆组件、快充充电接口、电动汽车构成，电网接入380V工业用电，经过快充桩的转换装置将380V交流电转换为高压直流电，通过车辆快充口，直接进入电池包快充桩的ECU单元与车辆的BMS之间进行通讯，保证充电过程中的安全、可靠。其典型接口如下图：

如电动汽车整车电源处于ON档高压电时，需先进行高压断电后再进行充电。当快充设备连接到整车快充充电口，快充系统充电设备发送充电唤醒信号给BMS，BMS根据动力电池的可充电功率，向快充系统充电设备发送充电电流指令。同时，BMS 吸合系统高压正极继电器和高压负极继电器，动力电池开始充电。

直流快充工作过程

1准备阶段

将直流充电接头与直流充电口连接后，直流充电桩内检测点（U1）通过其自身电阻和CC1、车身接地形成回路，车身内检测点（U2）通过电阻、端子CC2与充电桩设备接地形成回路，分别完成工作电路的连接。直流充电系统中的非车载充电机控制装置监测检测点的电压值达到4V时，则确认充电线路完全连接。

2自检阶段

充电系统完成连接后，充电桩闭合对应的继电器K1、K2，低压辅助供电回路导通，12V低压电则通过辅助电源内端子与车辆形成通路。车辆控制装置通过监测检测点2的电压值，当电压达到6V时，车辆控制装置与充电桩之间通过S+、S-通讯连接线发送通信信号，确认充电准备完成，同时控制开关K1、K2闭合，进行绝缘测试，保证充电过程的安全进行绝缘测试完成后，开关K1、K2断开，自检阶段完成。

3充电阶段

车辆控制装置闭合控制器K5、K6，充电桩验证充电条件是否满足，即与原数据通讯时相比电压差小于5%，并且车辆电池电压处于充电机最高输出电压与最低输出电压之间，充电桩控制开关K1、K2闭合，形成直流充电回路。在充电过程中，车辆与充电桩会通过S+、S一端子持续地进行数据通讯，并发送实时充电需求，按照动力电池充电状态及时调整充电电压和充电电流。

4.充电完成

车辆控制装置实时监测动力电池的充电状态或通过是否收到“充电机中止充电报文”的指令来判断是否完成充电。当满足充电完成的条件、或者接收到驾驶员的停止充电指令时，系统确认充电电流小于5A后，车辆控制装置断开开关K5、K6，充电机控制装置断开K1、K2，最后断开K3、K4，完成充电过程。

快充系统充电条件

（1）充电连接确认信号CC1、CC2正常。

（2）BMS供电电源12V正常。

（3）充电唤醒信号l2V输出正常。

（4）充电桩、整车控制器、BMS之间通信正常。

（5）动力电池电芯温度大于5℃，小于45℃。

（6）动力电池单体电压的最高与最低电压压差小于300mV。

（7）单体电池最高温度与最低温度差小于15℃。

（8）绝缘性能>500Ω/V。

（9）实际单体最高电压不大于额定单体电压0.4V。高、低压电路连接正常（远程开关关闭状态）。

来源：新能源汽车电控开发与测试