充電系統(tǒng)是新能源汽車主要的能源供給系統(tǒng)，為保障車輛持續(xù)行駛提供動(dòng)力能源。

電動(dòng)汽車的充電系統(tǒng)是新能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵組成部分，直接影響著車輛的使用體驗(yàn)與效率。根據(jù)電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池的技術(shù)特性和使用性質(zhì)，其充電模式主要分為常規(guī)充電、快速充電和快速換電三種。

常規(guī)充電(慢充)：使用交流電，由外部電網(wǎng)提供220V民用單相交流電給電動(dòng)汽車車載充電機(jī)，再由車載充電機(jī)給動(dòng)力電池充電，充滿電一般需要5~8h。

快速充電：使用直流進(jìn)行充電，由地面充電樁直接輸出直流電給車載動(dòng)力電池充電，在20~30min的時(shí)間里，可為動(dòng)力電池充電50%~80%。

更換電池充電(換電)：直接更換電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池組來(lái)達(dá)到充電的目的。

新能源汽車充電系統(tǒng)架構(gòu)

在上圖示意的架構(gòu)中，主要由高壓網(wǎng)絡(luò)、低壓網(wǎng)絡(luò)以及通信網(wǎng)絡(luò)組成。其中快充高壓網(wǎng)絡(luò)是由動(dòng)力電池經(jīng)由PDU通過(guò)快充接口與外部直流充電樁相連接的，慢充高壓網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)OBC將外部交流慢充樁的交流電轉(zhuǎn)換為動(dòng)力電池所需的直流電以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池的充電，而在低壓充電網(wǎng)絡(luò)上是通過(guò)DC/DC將動(dòng)力電池的高壓電轉(zhuǎn)換為12V/24V進(jìn)而為蓄電池充電的。

由于低壓蓄電池的存在，為如BMS、VCU、儀表等用電器提供了可用電源，這些控制節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)硬線信號(hào)或報(bào)文指令信號(hào)對(duì)OBC及DC/DC實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制，且在其工作的全過(guò)程中通過(guò)CAN信號(hào)實(shí)現(xiàn)信息的交互，對(duì)充放電過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控并動(dòng)態(tài)調(diào)整充放電過(guò)程的電壓、電流等參數(shù)以確保其過(guò)程的安全穩(wěn)定。

慢速充電系統(tǒng)原理

電動(dòng)汽車慢速充電系統(tǒng)主要由供電設(shè)備(交流充電樁或家用交流電源)、充電槍、慢充充電接口、車載充電機(jī)、高壓線束、高壓控制盒、動(dòng)力電池、整車控制器(VCU)元和低壓控制線束等部件組成。交流充電系統(tǒng)的特點(diǎn)為充電功率小、充電時(shí)間長(zhǎng)，但充電設(shè)備成本低。

大部分純電動(dòng)汽車的交流充電口都是采用國(guó)標(biāo)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的充電口其結(jié)構(gòu)與定義如下圖：

慢充充電使用交流電，由外部電網(wǎng)提供220V民用單相交流電給電動(dòng)汽車車載充電機(jī)，再由車載充電機(jī)給動(dòng)力電池充電，充滿電一般需要5~8h。

慢充示意圖

其工作的大體流程是，當(dāng)充電槍接入汽車后，OBC通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)對(duì)電壓及PWM信號(hào)的檢測(cè)以判斷充電槍的完全連接。在OBC確認(rèn)完全連接后，向BMS發(fā)送充電請(qǐng)求信號(hào)，BMS通過(guò)對(duì)動(dòng)力電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)后向OBC反饋并在相應(yīng)階段執(zhí)行系統(tǒng)高壓上下電流程，OBC通過(guò)檢測(cè)其輸出端的電壓值，在滿足充電要求后則開(kāi)始正式工作。車端各節(jié)點(diǎn)的交互流程可參考如下步驟：

(1)交流供電。將充電槍連接到交流充電樁或家用16A供電插座，充電樁經(jīng)充電槍向電動(dòng)汽車輸入交流電。

(2)充電喚醒。充電槍通過(guò)CC充電連接確認(rèn)后，車載充電機(jī)向整車控制器(VCU)、電池管理系統(tǒng)(BMS)發(fā)出連接確認(rèn)信號(hào)和充電喚醒信號(hào)，整車控制器(VCU)喚醒儀表顯示連接狀

態(tài)。

(3)檢測(cè)充電需求。電池管理系統(tǒng)(BMS)檢測(cè)動(dòng)力電池是否需要充電，并計(jì)算所需充電電流。

(4)發(fā)送充電指令。電池管理系統(tǒng)(BMS)向車載充電機(jī)發(fā)送充電指令，動(dòng)力電池管理模塊控制動(dòng)力蓄電池正、負(fù)接觸器閉合，開(kāi)始進(jìn)行充電。

(5)充電過(guò)程。車載充電機(jī)將外部設(shè)備提供的220V交流電整流為高壓直流電儲(chǔ)存到動(dòng)力蓄電池。

(6)停止充電。電池管理系統(tǒng)(BMS)檢測(cè)到充電完成后，給車載充電機(jī)發(fā)送指令，車載充電機(jī)停止工作，電池正、負(fù)繼電器斷開(kāi)，充電結(jié)束。

慢充充電原理

快速充電系統(tǒng)原理

電動(dòng)汽車快速充電系統(tǒng)主要由直流充電樁、快充接口、高壓控制盒、動(dòng)力電池、整車控制器、高壓線束和低壓控制線束等組成。直流快速充電系統(tǒng)的特點(diǎn)為充電功率大、充電時(shí)間短，但充電設(shè)備成本高。

快充系統(tǒng)示例圖

大部分純電動(dòng)汽車的直流充電口都是采用國(guó)標(biāo)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的九星孔充電口其結(jié)構(gòu)與定義如下圖：

直流充電主要是通過(guò)充電站的充電柜將直流高壓電直接通過(guò)直流充電口給動(dòng)力電池充電。快充系統(tǒng)由快充樁、電纜組件、快充充電接口、電動(dòng)汽車構(gòu)成，電網(wǎng)接入380V工業(yè)用電，經(jīng)過(guò)快充樁的轉(zhuǎn)換裝置將380V交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，通過(guò)車輛快充口，直接進(jìn)入電池包快充樁的ECU單元與車輛的BMS之間進(jìn)行通訊，保證充電過(guò)程中的安全、可靠。其典型接口如下圖：

如電動(dòng)汽車整車電源處于ON檔高壓電時(shí)，需先進(jìn)行高壓斷電后再進(jìn)行充電。當(dāng)快充設(shè)備連接到整車快充充電口，快充系統(tǒng)充電設(shè)備發(fā)送充電喚醒信號(hào)給BMS，BMS根據(jù)動(dòng)力電池的可充電功率，向快充系統(tǒng)充電設(shè)備發(fā)送充電電流指令。同時(shí)，BMS 吸合系統(tǒng)高壓正極繼電器和高壓負(fù)極繼電器，動(dòng)力電池開(kāi)始充電。

直流快充工作過(guò)程

1準(zhǔn)備階段

將直流充電接頭與直流充電口連接后，直流充電樁內(nèi)檢測(cè)點(diǎn)（U1）通過(guò)其自身電阻和CC1、車身接地形成回路，車身內(nèi)檢測(cè)點(diǎn)（U2）通過(guò)電阻、端子CC2與充電樁設(shè)備接地形成回路，分別完成工作電路的連接。直流充電系統(tǒng)中的非車載充電機(jī)控制裝置監(jiān)測(cè)檢測(cè)點(diǎn)的電壓值達(dá)到4V時(shí)，則確認(rèn)充電線路完全連接。

2自檢階段

充電系統(tǒng)完成連接后，充電樁閉合對(duì)應(yīng)的繼電器K1、K2，低壓輔助供電回路導(dǎo)通，12V低壓電則通過(guò)輔助電源內(nèi)端子與車輛形成通路。車輛控制裝置通過(guò)監(jiān)測(cè)檢測(cè)點(diǎn)2的電壓值，當(dāng)電壓達(dá)到6V時(shí)，車輛控制裝置與充電樁之間通過(guò)S+、S-通訊連接線發(fā)送通信信號(hào)，確認(rèn)充電準(zhǔn)備完成，同時(shí)控制開(kāi)關(guān)K1、K2閉合，進(jìn)行絕緣測(cè)試，保證充電過(guò)程的安全進(jìn)行絕緣測(cè)試完成后，開(kāi)關(guān)K1、K2斷開(kāi)，自檢階段完成。

3充電階段

車輛控制裝置閉合控制器K5、K6，充電樁驗(yàn)證充電條件是否滿足，即與原數(shù)據(jù)通訊時(shí)相比電壓差小于5%，并且車輛電池電壓處于充電機(jī)最高輸出電壓與最低輸出電壓之間，充電樁控制開(kāi)關(guān)K1、K2閉合，形成直流充電回路。在充電過(guò)程中，車輛與充電樁會(huì)通過(guò)S+、S一端子持續(xù)地進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并發(fā)送實(shí)時(shí)充電需求，按照動(dòng)力電池充電狀態(tài)及時(shí)調(diào)整充電電壓和充電電流。

4.充電完成

車輛控制裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池的充電狀態(tài)或通過(guò)是否收到“充電機(jī)中止充電報(bào)文”的指令來(lái)判斷是否完成充電。當(dāng)滿足充電完成的條件、或者接收到駕駛員的停止充電指令時(shí)，系統(tǒng)確認(rèn)充電電流小于5A后，車輛控制裝置斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K5、K6，充電機(jī)控制裝置斷開(kāi)K1、K2，最后斷開(kāi)K3、K4，完成充電過(guò)程。

快充系統(tǒng)充電條件

（1）充電連接確認(rèn)信號(hào)CC1、CC2正常。

（2）BMS供電電源12V正常。

（3）充電喚醒信號(hào)l2V輸出正常。

（4）充電樁、整車控制器、BMS之間通信正常。

（5）動(dòng)力電池電芯溫度大于5℃，小于45℃。

（6）動(dòng)力電池單體電壓的最高與最低電壓壓差小于300mV。

（7）單體電池最高溫度與最低溫度差小于15℃。

（8）絕緣性能>500Ω/V。

（9）實(shí)際單體最高電壓不大于額定單體電壓0.4V。高、低壓電路連接正常（遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)關(guān)閉狀態(tài)）。

來(lái)源：新能源汽車電控開(kāi)發(fā)與測(cè)試