电动汽车传导充电互操作典型测试案例分析

朱洋洋，贺 春，陈 卓，冯瑾涛，曹元威

(许昌开普检测研究院股份有限公司，河南 许昌 461000)

0 引言

充电桩控制导引功能是一个使充电桩与电动汽车建立充电连接的功能，充电桩与电动汽车在启动充电前、充电中和充电结束过程中需要兼顾充电连接的安全可靠以及稳定运行，因此分析充电桩控制导引功能的标准化以及在测试过程中出现的各种问题就成为了充电系统建设的重点，本文就互操作测试活动过程中出现的案例进行分析，以讨论充电控制导引功能的各项细节。

1 交流充电桩停止充电逻辑

1.1 正常条件下交流充电桩停止充电

充电桩可以设定充电方式，若设定充电金额或充电时限，当该充电桩内部的充电结束条件达到时，充电桩需要将CP信号从PWM波形状态转化为电平状态停止充电的信息传递给电动汽车，当电动汽车在时限内回馈可以停止充电的信息时，交流充电桩才可以断开输出接触器。

图1 交流充电桩控制导引电路原理图Fig.1 Principle diagram of control guidance circuit for AC charging pile

图2 直流充电控制导引电路原理Fig.2 Principle diagram of control guidance circuit for DC charging pile

假定充电桩未按照标准规定的方式进行结束充电，而是在达到充电结束的条件时立刻断开输出接触器，则会出现充电桩带载断电的情况，同时也在毫无“征兆”的情况下使车载充电机断电，具体实验波形如图3所示。

图3 交流充电桩主动停止充电错误做法波形Fig.3 Error behavior waveform of AC charging pile actively stop charging

在图3中，CP信号以PWM波形变电平波形的方式(在控制导引电路中的动作是将 S1开关从PWM波形状态切换到电平状态)代表充电过程已达到所设定的结束条件，输出电压的有无代表输出接触器的闭合和断开，输出电流的有无代表车载充电机是否在工作，三个信号在条件达到的同一时间动作，而标准中规定的是一种相对柔性的结束充电逻辑。此种不符合标准的断开充电连接的方式，在使用过程中会影响交流充电桩和车载充电机的寿命。

正常的断开连接时序如图4所示。

图4 交流充电桩主动停止充电正确做法波形Fig.4 Correct method waveform of AC charging pile actively stop charging

图4左图中是使用在控制导引电路中带S2开关的电动汽车正常结束充电，在车载充电机检测到CP信号由PWM波形状态切换为电平状态时，先停止充电，后将S2开关断开使CP信号的高电平变为9 V状态，此时交流充电桩就在100 ms内将输出接触器断开。

右图中是使用在控制导引电路中不带 S2开关的电动汽车正常结束充电，在车载充电机检测到CP信号由PWM波形状态切换为电平状态时，停止充电，此时交流充电桩无法检测到CP信号的高电平会转换为9 V状态，便可以在3 s后强制断开输出接触器。

1.2 正常条件下电动汽车停止充电

当电动汽车达到充满条件时，或者当电动汽车被人为设定停止充电时，会将 S2开关断开，此时的CP信号高电平会变为9 V，而交流充电桩此时需要做的动作是在100 ms内断开接触器，并保持CP波形为PWM波形状态，此处保持CP波形为PWM波形状态的原因是交流充电桩需要保持等待可以启动充电的状态，当CP信号高电平从9 V再变回到6 V的状态时，交流充电桩需要重新启动充电。

在测试中遇到的案例是，充电桩在检测到 CP波形高电平变为9 V时，断开输出接触器的同时也将CP信号从PWM波形的状态切换为电平波形状态，如图5所示。

图5 交流充电桩被动停止充电错误做法波形Fig.5 Error behavior waveform of AC charging pile passively stop charging

虽然这样的设计并不影响充电安全性能，但是却不符合标准，而如果按照标准加入这一个功能，对于车载充电机的充电设计将会提升开发空间，电动汽车在出现需要停止充电的需求后还可以重新自动启动充电，因此该功能对于交流桩这样的慢速充电模式是非常必要的。此功能的测试波形图如图 6所示。

左图中，充电桩在检测到CP信号高电平变化为9 V时立刻停止充电；右图中，充电桩在检测到CP信号高电平从9 V重新变回6 V时，而重新启动充电。

图6 交流充电桩被动停止充电正确做法波形Fig.6 Correct method waveform of AC charging pile passively stop charging

2 直流充电桩预启动充电

直流充电桩是一个高压直流充电系统，需要将充电正负极直接搭接到电池正负极的，两个电源系统的相接势必会造成瞬间极大的冲击，特别是电动汽车上的动力蓄电池，容性极大，如果出现了电压比充电系统低的情况，两系统搭接瞬间该冲击电流会非常大，可能会影响充电接触器K1和K2以及电池的寿命，因此直流充电桩的控制导引设计需要考虑在搭接瞬间的预充电过程。

按照标准要求，充电桩在绝缘自检之后需要进入配置阶段，在配置阶段获取电池电压后等待车辆端接触器K5和K6闭合，在确认电池电压无误后进入预充电阶段。预充电过程需要达到的要求是，充电桩输出接触器K1和K2闭合前输出电压需要比电池电压低1～10 V。

实验过程中(试验中所用的电池模拟装置是恒压拉载的电子负载)遇到的冲击电流较大的情况如图7所示。

图7 直流充电桩输出冲击电流超标波形Fig.7 Overpass waveform of output shock current overpass of DC charging pile

由图7可见冲击电流已经达到了41 A，远超标准规定的20 A。红色标记处可以明显的看出来，接触器吸合时车辆端电池电压瞬间上升高了，该现象就是充电桩没有进行预充过程，而直接进入充电阶段产生的，充电桩在闭合接触器K1和K2的瞬间输出电压是 BMS的需求电压，而该电压高于电池电压,这样的做法不符合标准,也就造成了冲击电流高于标准规定值的情况发生。

按照标准做预充电启动的充电桩被测波形如图8所示，冲击电流几乎为零。

图8 直流充电桩输出冲击电流正常波形Fig.8 Normal waveform of output shock current of DC charging pile

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