本文以電動(dòng)汽車(chē)交流充電為研究對(duì)象，選取典型的交流充電系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行分析說(shuō)明，并對(duì)整個(gè)充電過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)解析。
電動(dòng)汽車(chē)交流充電是指通過(guò)傳導(dǎo)的方式，按照一定的充電模式，將交流電源調(diào)整為校準(zhǔn)的電壓或電流，為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池等儲(chǔ)能裝置提供電能。其中，充電模式有模式1、模式2、模式3三種。圖1為電動(dòng)汽車(chē)交流充電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)構(gòu)成主要包括了交流充電設(shè)施、充電連接裝置以及車(chē)載充電機(jī)3部分。
圖1
交流充電設(shè)施是為電動(dòng)汽車(chē)提供交流電源的裝置，一般由繼電器／接觸器、控制導(dǎo)引電路、漏電保護(hù)電路、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)電路、計(jì)量模塊、防雷模塊、通信模塊、人機(jī)交互界面等組成，有便攜式、落地式、壁掛式等多種安裝方式，其額定容量有2.2 kW（220 VAC，10 A）、3.3 kW（220 VAC，16A）、6.6 kW（220 VAC，32A）及22.4 kW （380 VAC，63 A）等幾類。充電連接裝置是充電裝置與電動(dòng)汽車(chē)之間的物理傳輸媒介。
交流充電時(shí)，將工頻50 Hz單相或三相交流電經(jīng)充電設(shè)施及充電連接裝置傳輸至車(chē)載充電機(jī)，經(jīng)車(chē)載充電機(jī)整流、濾波等處理后轉(zhuǎn)換為直流電，為車(chē)載儲(chǔ)能裝置充電。充電設(shè)施通過(guò)PWM告知電動(dòng)汽車(chē)允許最大可用電流，該電流不應(yīng)超過(guò)其額定電流、連接點(diǎn)額定電流、電源額定電流中的最小值。
充電所使用的充電連接裝置的物理尺寸、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣特性等應(yīng)符合《電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電用連接裝置第1部分：通用要求》、電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電用連接裝置第2部分：交流充電接口》的相關(guān)要求，以保證充電連接物理適應(yīng)性。連接裝置的連接方式有A、B、C3種。按照目前《電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》規(guī)定，只有充電模式2、模式3適用于交流充電。不符合條件的充電將導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法充電，嚴(yán)重者或引起安全事故。
物理接口禍合是電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)始充電的先決條件。禍合時(shí)，接口保護(hù)地端子（PE）最先接通，控制導(dǎo)引端子（CP）與充電連接確認(rèn)端子（CC）最后接通；與之對(duì)應(yīng)，在充電結(jié)束物理接口解禍脫開(kāi)時(shí)，CP端子與CC端子最先斷開(kāi)，PE端子最后斷開(kāi)。電動(dòng)汽車(chē)交流充電系統(tǒng)應(yīng)具有控制導(dǎo)引電路，以實(shí)現(xiàn)以下功能：對(duì)保護(hù)地導(dǎo)體連續(xù)性的持續(xù)監(jiān)測(cè)、電動(dòng)汽車(chē)與充電設(shè)施正確連接的確認(rèn)、供電控制功能、斷電控制功能以及充電電流的持續(xù)監(jiān)測(cè)等。下圖為充電模式2、3與不同連接方式的充電系統(tǒng)控制導(dǎo)引原理圖。
圖2
圖3為電動(dòng)汽車(chē)交流充電整體流程。當(dāng)充電物理接口連接后，車(chē)輛控制裝置將通過(guò)測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)3與PE之間的電阻值來(lái)判斷車(chē)輛接口是否完全連接，確認(rèn)完全連接后，車(chē)輛接口內(nèi)的電子鎖將在主供電開(kāi)關(guān)K1、K2閉合前將車(chē)輛接口鎖定。充電設(shè)施內(nèi)的供電控制裝置將測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)1或4的電壓值來(lái)判斷供電接口是否完全連接，確認(rèn)完全連接后，供電接口內(nèi)的電子鎖亦將在主供電開(kāi)關(guān)KL K2閉合前將供電接口鎖定。如鎖定失敗或不能鎖定，充電過(guò)程將被終止。此時(shí)，車(chē)載充電機(jī)啟動(dòng)自檢，確認(rèn)系統(tǒng)無(wú)故障且儲(chǔ)能裝置處于可充電狀態(tài)時(shí)，車(chē)輛控制裝置閉合開(kāi)關(guān)S2，車(chē)輛充電準(zhǔn)備就緒。充電設(shè)施通過(guò)判斷檢測(cè)點(diǎn)1的峰值電壓為6V時(shí)，充電設(shè)施準(zhǔn)備就緒，供電控制裝置閉合主供電開(kāi)關(guān)K1，K2，交流供電回路導(dǎo)通。至此，電動(dòng)汽車(chē)與充電設(shè)施間電氣連接已經(jīng)建立。
圖3
為了使電動(dòng)汽車(chē)與充電設(shè)施間在確保安全的前提下能以最佳充電能力進(jìn)行充電，需要使二者進(jìn)行能力匹配。匹配時(shí)電動(dòng)汽車(chē)控制裝置基于圖2中檢測(cè)點(diǎn)2的PWM信號(hào)占空比D來(lái)判斷當(dāng)前充電設(shè)施可提供的最大充電電流IEVSE，同時(shí)基于檢測(cè)點(diǎn)3與保護(hù)地端子之間的電阻值（僅適用于連接方式B、C）來(lái)判斷當(dāng)前充電接口是否已完全連接以及連接裝置的額定電流ICABLE 9而后對(duì)IEVSE、ICABLE以及IOBC（車(chē)載充電機(jī)自身額定輸入電流）進(jìn)行比較，并選取三者中最小值設(shè)置為車(chē)載充電機(jī)當(dāng)前允許的最大充電輸入電流，充電過(guò)程中的最大充電電流不得超過(guò)該電流值。匹配成功后即啟動(dòng)充電，匹配失敗應(yīng)提示操作人員結(jié)束充電或檢查后重新進(jìn)行充電流程。充電過(guò)程中如車(chē)輛或充電設(shè)施監(jiān)測(cè)到有異常發(fā)生，比如車(chē)輛接口或供電接口連接斷開(kāi)、PWM信號(hào)中斷、檢測(cè)點(diǎn)1電壓出現(xiàn)非6V狀態(tài)、剩余電流保護(hù)器動(dòng)作等，即結(jié)束充電。同時(shí)，充電過(guò)程中，電動(dòng)汽車(chē)周期性地對(duì)充電設(shè)施的供電能力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)供電能力變化時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)監(jiān)測(cè)到檢測(cè)點(diǎn)2的PWM信號(hào)占空比發(fā)生變化，車(chē)輛控制裝置即根據(jù)PWM信號(hào)占空比動(dòng)態(tài)調(diào)整電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際充電電流。如出現(xiàn)能力無(wú)法匹配，亦應(yīng)停止充電。
在充電過(guò)程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的充電終止條件（如達(dá)到設(shè)定充電時(shí)間或到達(dá)設(shè)定SOC值等）或者操作人員主動(dòng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)出了停止充電操作時(shí)，車(chē)輛控制裝置斷開(kāi)內(nèi)部開(kāi)關(guān)S2，使車(chē)載充電機(jī)充電電流降為0停止充電；充電設(shè)施停止充電時(shí)，供電控制裝置將控制開(kāi)關(guān)S1切換至12V連接狀態(tài)，開(kāi)關(guān)K I、K2斷開(kāi)切斷主供電回路，車(chē)輛及充電設(shè)施接口鎖定解鎖，拔出充電接口后充電過(guò)程結(jié)束。
