电动汽车动力蓄电池及管理技术课件 第十章 交流慢充技术原理

交流慢充技术原理CONTENT目录0102交流慢充系统的构成慢充系统工作原理交流慢充系统的构成01-交流慢充系统由供电设备、充电枪、车载充电机（OBC）、高压控制盒、动力蓄电池（含BMS）、整车控制器（VCU）及相关高低压线束组成。Part01​-供电设备通过充电线缆向车辆输入220V/380V交流电，OBC将其转换为高压直流电并输送至动力蓄电池。Part02​-BMS实时监测电池状态参数，通过CAN总线与VCU、OBC协同调控充电策略，确保安全、高效充电。Part03​系统组成概述交流慢充系统结构图-辅助交流慢充线一端为标准三孔插头接入交流插座，另一端为标准慢充枪头插入车载OBC接口，中间设有智能控制模块，集成自动断电、过流保护、过温保护、漏电保护等安全功能。-辅助交流慢充线具有灵活性和便携性，用户可直接使用普通家用插座充电，适用于无专用充电桩条件的场景。-16A三孔插座供电电流不得超过13A，10A三孔插座供电电流不得超过8A，以确保安全和插座寿命；插座为单相交流电，具备相线（L）、零线（N）与保护接地线（PE）三线连接方式，并需配置带漏电和过流保护的空气开关或漏保开关。-辅助交流慢充线采用标准化接口（如符合GB/T20234.2标准），连接操作简单，系统自动检测电路状态，LED指示灯提示充电状态或告警信息。-交流充电桩广泛部署于居民区、停车场及公共充电场所，按安装形式分为立式、壁挂式、便携式，按充电枪配置分为单枪或双枪设计，支持单/双车并行充电。-辅助交流慢充模式充电功率一般为2kW~3.3kW，充满电池需较长时间，适合夜间长时间驻车场景；线缆长度通常为3m~5m，具备防水、阻燃、高温保护等安全措施。-典型交流充电桩采用单相供电，电流16A或32A，输出功率3.3~7.4kW，系统需集成漏电保护；具备电量计量、安全保护及用户管理功能，支持计费结算、自动断电保护，部分型号支持IC卡刷卡启动。交流慢充线与充电桩-慢充线束是连接交流充电口与车载充电机（OBC）的高压传输部件，负责将市电输送至OBC；乘用车线束额定电压通常为600V，商用车及公共汽车需提升至1000V，额定电流范围覆盖250~450A。01-慢充线束采用多层绝缘防护设计，包括橙色厚壁绝缘套、波纹保护管及防松连接器；使用维护时需避免绝缘层机械损伤，定期检查连接器状态及线束完整性，绝缘电阻低于20MΩ时应立即更换。02-慢充线束两端插头定义：慢充口端插头包含CP（充电控制确认线）、CC（充电连接确认线）、N（零线）、L（交流220V/380V相线）、PE（保护地线）、NC1/NC2（备用）；车载充电机端插头对应连接相线、零线、保护地线、CC线、CP线等。03慢充线束与接口慢充线束两端插头插头名称插头形状定义慢充口端插头CP充电控制确认线CC充电连接确认线N零线L交流220V相线（380V相线）PE保护地线NC1备用（地线380V相线）NC2备用（地线380V相线）车载充电机端插头1L(交流220V相线)2N(零线)3PE(保护地线)4未用5CC(充电连接确认线)6CP(充电控制确认线)Part.01-慢充交流充电通过交流充电接口将电网交流电输入车辆，经OBC转换为电池所需直流电给动力蓄电池充电；OBC是由功率因数校正器（PFC）和隔离DC-DC组成的AC-DC转换器，功率可达22kW。Part.02Part.03-根据行业标准QC/T895-2011，OBC额定输入电流分为10A、16A和32A三档，对应单相220V下输入功率分别为2.2kW、3.52kW和7.04kW；受车载空间与成本限制，实际输出功率通常为1.5kW、3.3kW和6.6kW，需满足国家规定的功率因数及效率要求；采用三相380V供电时，OBC功率可提升至22kW。Part.04-OBC集成于车辆内部，结构紧凑、充电电流小，适用于夜间长时间补电场景，满足日常通勤需求。车载充电机OBC-OBC电源架构包括PFC、DC-DC转换器及辅助电源；DC-DC转换器在慢充过程中将车载高压直流电（300V~400V）转换为低压直流电（12V或48V），为车内低压电气设备及12V蓄电池供电，确保低压系统正常工作。OBC电源架构图DC/DC变换流程慢充系统工作原理02-慢充口有7个端子，实际使用5个，分别连接相线L、零线N、保护地线PE、充电连接确认线CC、充电控制确认线CP，预留两个端子NC1和NC2用于输入三相交流电，装备大功率车载充电机。01-充电机直流插座：A1连接新能源CAN-L，A2连接CAN屏蔽线，A8连接12V供电负极，A9连接新能源CAN-H，A11连接慢充连接确认线通往VCU，A16连接12V供电正极，A13连接高低压互锁线通往高压盒，A14连接高低压互锁线通往空调压缩机，A15连接慢充唤醒信号线的正极。0302慢充系统电路图-充电机高压插座“DC+”“DC-”通过高压附件线束连接高压盒对应端子，DC+线设有16A熔断器；充电机交流插座通过慢充线束与慢充口连接，1连接L，2连接N，3连接PE，5连接CC，6连接CP。慢充系统电路图-车端与充电桩之间的基础控制与状态识别通过CP线完成，信号由充电桩内部控制电路生成，以1KHz的PWM波形形式传输到车辆，用于指示充电桩最大电流及控制充电启停。Part.01-核心功能是利用PWM占空比告知OBC当前允许的充电电流限值，车辆通过解码占空比信息自适应调整充电电流，确保不超出桩端供电能力，实现安全可靠的充电控制。Part.03-CP线不仅传输PWM占空比信号，还通过电平状态配合车端不同下拉电阻反馈车端状态：车辆插入但未准备好时CP线电压为9V；准备好开始充电时CP电压降至6V；系统检测到故障或中断时CP电压降为0V触发保护。Part.02控制导引信号（Controlpilot,CP）控制机制-交流慢充系统工作电路由充电桩控制器、接触器K1和K2、电阻R1、R4、Rc、二极管VD1、开关S1、S2、S3、车载充电机和整车控制器组成；Rc安装在充电枪内部，S1为供电设备内部常闭开关，S2为车辆内部控制开关，S3与充电枪下压按钮联动用于触发机械锁止装置。-供电插口连接到充电桩(供电设备)以后，S1开关接通12v，此时如果测量枪口CP口会测得12v电压值。-将充电枪插入车辆充电口后，检测点3就能够检测到12v电压经过RC和S3开关入地，这时检测点3的电压便不再是12v，此时车辆可以通过检测点3检测到充电枪已经插入到插口上。R4电阻的作用是检测充电枪有没有插到位，如果没有插到位则S3开关(位于充电枪上)断开，R4电阻串联进回路，通过检测点3便可以让充电机知晓。另外，通过检测点3检测的电压便可以知道RC阻值的大小，进而知道充电枪的型号。慢充系统工作原理交流慢充系统工作电路图-充电枪插入车辆充电口以后，12v电压通过S1、R1，依次到达检测点1和检测点2，然后通过R3接地构成回路，此时检测点1以及检测点2处的电压便不再是12v，由于R1=1000欧，R3=3000欧的分压，检测点电压为9v。-当检测到电压为9v以后，S1开关从12v变到PWM信号链接，此时监测点1和2会出现一个占空比信号，确认充电枪连接好，然后S2开关闭合反馈给充电设备。S2闭合以后回路接入了R1(串联)，R2和R3(电阻并联，R2=1500欧，并联电阻阻值为1000欧)，回路电压从9v变成6v，此时充电机就可以认可充电。-CP信号稳定在6v以后，供电设备的K1和K2继电器闭合，交流电通过车辆充电口输入到充电机进行充电。慢充系统工作原理交流慢充系统工作电路图谢谢大家直流快充技术原理01直流快充系统简介02直流快充系统构成03直流快充系统的工作原理目录CONTENTS直流快充系统简介01直流快充系统是新能源汽车充电技术的重要组成部分，其核心由直流充电桩、直流充电座、动力蓄电池（含BMS）、整车控制器VCU以及连接这些设备的高、低压线束组成。当直流充电设备通过接口与车辆连接后，首先会向整车发送唤醒信号，BMS接收到信号后，评估当前电池的SOC、温度、电压等参数，并根据电池的最大可接受功率发送充电电流指令至充电桩。同时，BMS控制高压继电器吸合，形成完整的充电回路，动力蓄电池开始接收直流电能，进入充电阶段。直流充电桩是系统的核心供电设备，通常固定安装于公共快充站、高速服务区、商业停车场等地点。Part.01相比交流充电必须依赖车载充电机OBC进行整流和变换，直流快充直接向动力蓄电池提供电能，避免了OBC功率受限带来的瓶颈，充电效率更高，系统功率密度更大。Part.02系统定义与重要性在实际应用中，一辆电池容量为50~70kWh的纯电动汽车，如果通过交流慢充完成整个充电过程，通常需耗时8h左右，适用于夜间居家补能场景。01而采用直流快充，通常可在20~30min内将电池电量充至50%，1~2h内充至80%以上，大幅缩短等待时间。02快充与慢充对比直流快充系统构成02直流充电桩的输入电压采用三相四线380VAC，频率50Hz，输出可调的直流电，直接为电动汽车的动力蓄电池充电。直流充电可以提供足够大的功率，输出的电压和电流调整范围大，可以满足快充需求，直接为新能源汽车的动力蓄电池充电。直流充电与交流充电的计量和通信及扩展计费功能类似。基本参数与功能直流充电桩电气结构包括三相智能电表、散热风扇、充电模块、主继电器、辅助电源继电器、熔断器、直流绝缘检测计量模块、充电桩控制器、触摸屏、刷卡模块、通信模块、急停信号及风扇控制等部分。电气结构直流充电桩直流充电桩电气结构三相380V交流电首先经过电磁兼容滤波模块及防雷保护装置，用于抑制电网中的高频电磁干扰、浪涌电压以及雷击等异常电压波动。经过滤波处理后的电能再输入至三相四线制电表中，三相四线制电表用于实时监测充电机在工作过程中的充电电压、电流及累计充电电量，为系统计量与管理提供数据支持。为保障控制系统的正常运行，充电桩内设有辅助电源，为主控单元、显示模块、保护控制单元、信号采集单元以及刷卡模块等控制系统进行供电。在动力蓄电池充电过程中，辅助电源还为电池管理系统BMS供电，BMS对电池的电压、电流、温度等关键参数进行实时监控，并与充电桩通讯协同，确保整个充电过程的安全性与可靠性。工作原理直流充电桩的充电功率很大，一般在几十千瓦到上百千瓦，通常由多个直流充电模块并联组成。直流充电模块由功率因数模块、DC/AC逆变模块、高频变压器、AC/DC整流模块、控制模块、CAN通信控制模块、保护电路几部分组成。三相电L1、L2、L3经过有源功率因数校正（Activepowerfactorcorrection,APFC）后输出直流电，DC/AC将直流电变换为交流电后通过AC/DC升压或降压（升压或降压取决于汽车中电池的电压是低于380V，还是高于380V）。充电模块直流充电桩直流充电桩电气结构直流充电模块内部功能结构图接口安装与开启直流快充接口是新能源汽车实现高功率快速充电的关键部件，通常安装在车辆左后侧车身位置，便于用户操作和连接充电桩。车辆在熄火状态下，需通过方向盘下方的专用按钮解锁充电盖，可开启快充接口。连接检测与电流传输当快充枪插入充电插座之后，形成连接检测网络，检测结果正确后即可开始充电。在直流快充系统中，充电电流通过专用的高压连接器传输至车辆动力蓄电池。系统通常将正负两个电流回路分别定义为直流1（DC+）与直流2（DC-），以实现清晰的电气区分与安全管理。直流1表示直流充电回路中的正极路径，其电流由充电桩输出后，接入车辆低压电气系统或高压配电单元；直流2为负极路径，连接至蓄电池的负极端，用于电流的回流。接口结构定义DC+：直流电源正，连接直流电源正与电池正极。DC-：直流电源负，连接直流电源正与电池负极。PE：保护接地，连接供电设备地线和车辆车身地线。CC1：充电连接确认(快充桩检测)。CC2：充电连接确认(车辆检测)。S+：充电通信CAN-H，连接快充桩和车辆的通信线。S-：充电通信CAN-L，连接快充桩和车辆的通信线。A+：低压辅助电源正，为车辆提供低压辅助电源。A-：低压辅助电源负，为车辆提供低压辅助电源。快充接口及连接线束插头形状定义DC+直流电源正，连接直流电源正与电池正极DC-直流电源负，连接直流电源正与电池负极PE保护接地，连接供电设备地线和车辆车身地线CC1充电连接确认(快充桩检测)CC2充电连接确认(车辆检测)S+充电通信CAN-H，连接快充桩和车辆的通信线S-充电通信CAN-L，连接快充桩和车辆的通信线A+低压辅助电源正，为车辆提供低压辅助电源A-低压辅助电源负，为车辆提供低压辅助电源01在直流快充系统中，BMS与VCU通信并接收VCU的指令进行充电唤醒，控制动力蓄电池内部接触器闭合，并随时监测动力蓄电池包的电压、电流、温度等参数，通过充电桩进行信息交流。02BMS与数据采集终端的CAN-H、CAN-L之间分别串联了一个120Ω的电阻，从快充接口测量S+与S-之间的阻值，应为两个120Ω电阻的并联值60Ω。动力蓄电池电池管理系统BMS01整车控制器VCU是新能源汽车整车控制系统的核心部件，负责协调与管理动力系统、能量系统以及整车各子系统之间的通信与控制。02VCU通过低压连接器与其他关键子系统（如驱动系统、制动系统、BMS、电机控制器等）实现数据交互和信号采集，承担着整车运行状态监控、驾驶指令解析、控制策略下发等核心任务，是实现整车功能安全与智能化运行的关键模块。05在充电连接信号被确认后，整车处于禁止行车状态，VCU退出控制。整个充电过程由BMS完成，直至充电完成或者充电中断，车辆控制权才可重新回到VCU。03在快充系统中，VCU发送给电池包的命令包括充电、放电和智能充电。04VCU通过CC2信号确认充电枪连接状态，快充接口通过低压线束将唤醒信号送至VCU，VCU收到信号之后，唤醒BMS进入工作状态，并发送信号到BMS继电器。整车控制器VCU直流快充系统的工作原理03直流快充流程包括开始、授权验证、插枪、物理连接检测、辅助电源上电、BMS握手通信、BMS继电器闭合、反接检查、内部充电模块初始化、BMS充电参数交互、实时更新模块充电参数、判断充电是否完成、判断是否故障、关闭充电模块断开继电器、故障处理及结束等环节。直流快充流程图直流快充流程图工作电路组成直流快充系统的工作电路由充电控制器、接触器(K1、K2、K3、K4、K5、K6)、电阻(R1、R2、R3、R4、R5)、开关S、非车载充电机和整车充电器组成。K1、K2为充电桩高压正、负继电器；K3、K4为充电桩低压唤醒正、负继电器；K5、K6为电池高压正、负继电器。检测点CC1提供充电桩检测快速插头与车辆连接状态识别信号；检测点CC2提供整车控制器VCU检测快充插头与车辆连接状态识别信号。充电机与BMS通信协作当车辆处于直流充电模式时，直流充电机（在直流充电桩内）与新能源汽车BMS进行通信，当通信连接确认无误后，BMS与直流充电机就电压、电流等参数进行交流。BMS将动力蓄电池的充电需求通知直流充电机，直流充电机又将供电需求通知BMS，当两者通电正常并且符合充电要求时，直流充电机启动并输出电能对动力蓄电池进行充电。当动力蓄电池充满以后，通过数据端口通知直流充电机，直流充电机停止输出电能同时停止计费。直流快充系统的充电过程直流快充系统工作电路图握手阶段按下充电枪枪头按键，插入车辆插座，再放开枪头按键。直流供电设备通过CC1通路检测充电枪插接状态，并提供低压辅助电源激活整车控制器VCU和电池管理系统BMS。BMS通过CC2回路确认枪头连接状态。监测点1的电压变化（12V→6V→4V）作为判断插接成功与否的依据。接入成功后，充电桩将锁定电子锁以防止枪头脱落，并开始周期性发送通信握手报文，闭合接触器K1、K2，输出绝缘检测电压，完成绝缘检测。若检测通过，K3、K4继电器闭合，桩输出12V低压唤醒整车VCU。直流快充系统的充电过程直流快充系统工作电路图在这一阶段，通信协议中定义的握手和辨识报文被依次发送：BMS向充电桩发送BHM（握手报文）：每250ms发送一次，提供最高允许充电总电压；BMS随后发送BRM（辨识报文）：提供电池及车辆识别信息；充电桩先发送SPN2560=0x00握手报文，当BMS收到后发送BRM，每隔250ms重复，直到桩返回SPN2560=0xAA，表示辨识成功。参数配置阶段握手完成后，充电机与BMS进入参数配置阶段，开始交换关于最大输出能力和电池状态的详细信息。此阶段仍保持通信连接。充电机首先发送其最大输出能力报文；BMS根据该信息判断是否继续充电，并发送：BCP（电池充电参数报文）：包含电压、电流需求等关键信息；BRO（充电准备就绪报文）：确认BMS准备就绪并允许启动充电流程。若充电桩在5s内未收到上述关键报文，将认定为超时错误并中止充电。此外，直流充电控制电路推荐参数见表。直流快充系统的充电过程对象参数符号单位标称值最大值最小值直流快充桩R1等效电阻R1Ω10001030970上拉电压U1V1212.611.4U1aV1212.811.2U1bV66.85.2检测点1电压U1CV44.83.2车辆插头R2等效电阻R2Ω10001030970R3等效电阻R3Ω10001030970车辆插座R4等效电阻R4Ω10001030970电动汽车R5等效电阻R5Ω10001030970上拉电压UV1211.411.4检测点2电压U2aV1211.211.2U2bV65.25.2充电阶段充电配置完成后，充电机和BMS进入充电阶段。在整个充电阶段，BMS实时向充电机发送电池充电需求，充电机会根据电池充电需求实时调整充电电压和充电电流以保证充电过程正常进行。在充电过