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直流充电桩充电过程详述:摘枪-插枪-充电-充电结束-挂枪,细思极恐

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  直流充电桩充电过程详述:摘枪-插枪-充电-充电结束-挂枪,细思极恐


  充电和加油一样,看起来是由一系列简单的动作组成:拔枪-插枪-刷卡-充电-充电结束-再拔枪-挂枪。这些动作的每一个细节其实在《GB/T 18487.1-2015:电动汽车传导充电系统 第1部分:通用要求》附录B和《GB/T 27930-2015:电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》附录A中都有标准化流程上的要求。

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  我相信,标准中定义的每一个细节都是有讲究的,它凝聚了30余位主要起草人(184871.1的主要起草人有22位,27930有25位,多位起草人同时参加了两个标准的起草)和参加起草单位的一批专家团队的心血。


  18487.1和27930这两个标准,一个偏硬,一个偏软,前者是做充电桩整体方案设计的电气工程师更关注的,后者是做充电桩控制器的软件工程师更关注的。读标准需要静下心来读透,更需要在实践的过程获得更深刻的认知。本文试着将笔者对这两个标准的解读写出来。不当之处,恳请专家学者、同行从业者多多斧正!


  用直流充电桩给电动汽车充电(为方便表达,本文下文用“充电桩”均表示“直流充电桩”),在GB/T 27930-2015的Pg.5给出了总体流程图如下:


  “整个充电过程包括六个阶段:物理连接完成、低压辅助上电、充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段和充电结束阶段。”


  这种专业化的表述显然是拒绝外行人阅读的。假如我们亲身经历一次充电的全过程,我们看到的详细流程如下(下文描述的充电过程揉杂了浅显的专业知识,不完全是普通消费者角度的描述):


  1.上电


  给充电桩供电,来自电网的380V三相交流电输入到充电桩。从配电侧需要连接五条电缆给充电桩,分别是三相交流输入U、V、W,地线PE和中线N。电缆的规格根据充电桩的输入电流大小决定。


  充电桩的三相交流电上电后,面板上的电源指示灯被点亮,此时充电桩处在“待机”状态。充电桩里面的“充电桩之芯”(俗称“充电模块“,“充电桩之芯”是高斯宝电气注册的商标)的辅助电源和DSP都处在工作状态。充电桩之芯的CAN通讯口也已在工作状态,时刻等待着接受来自充电桩控制器的报文。


  在充电站投入运营的充电桩大都一直处在“待机”状态。


  2.摘枪


  从充电桩桩体的充电枪“插座”或“固定座”上拔出充电枪。


  值得说明的是:多数充电桩上面安装的是“固定座”,只是起到固定摆放充电枪的作用,没有任何电气连接; 也有部分充电桩使用“插座”,这种设计中,用户需要先“刷卡或扫描二维码”启动计费,再“摘枪”,否则枪被锁在充电桩上。这样会增加了一点充电桩的成本,因为插座的价格高于固定座。这样做的好处是显而易见的:充电枪被固定在充电桩桩体上,不能随便被挪动。


  3.插枪


  将充电枪插入车身的充电枪插座。下面这组图片更有画面感。如果不特别说明,你可能以为是在加油。


  上述三个步骤完成了前述充电总体流程的第一个阶段:物理连接完成。将充电枪插入车辆充电插座后,机械锁和电子锁联动,锁止充电枪。 GB18487.1标准的主要起草人之一、南瑞集团公司的吾喻明先生对此解读如下:


  4.刷卡或扫描二维码


  刷卡或扫描二维码相当于给充电桩一个“Enable”信号,充电桩控制器接受到这个信号后,开始执行自检相关的一系列动作。


  前述这两个标准中都没有明确提出刷卡或扫描二维码的这个节点,但是这个动作对于充电桩运营显然是很重要的。


  值得说明的是,现在的充电桩设计,很多厂家为降低成本,在交流输入端大都节省了交流接触器,只有三相空气开关(塑壳断路器)。


  有交流接触器的好处是:在夜间,充电桩长期没有车主来充电时可以断开强电的交流输入,“充电桩之芯”处在完全断电状态。但是,二次供电一直维持,确保充电桩控制器始终处在待机状态,刷卡或扫描二维码就会启动或断开交流接触器。


  5.自检


  自检过程中用户看到充电桩显示屏上显示出一系列的步骤说明和进行条,这过程包括前述总体流程的三个阶段:低压辅助上电、充电握手阶段、充电参数配置阶段。 在此过程中,充电桩实现绝缘检测,启动泄放电阻将绝缘检测时的高压泻放到60V以下。在这过程中,充电桩上的辅助电源供电给BMS,BMS开始工作,充电桩和车辆BMS之间进行数据交互、握手、配置充电相关参数(BMS告知充电桩电池相关信息)。


  在自检过程中,充电桩控制器执行一系列程序,充电桩和车辆上的三组开关执行了断开或闭合的一系列动作。详情请看本文的下集: 《直流充电桩充电过程详述(下· 专业版)︱“充电桩之芯及其它”系列之七》。


  6. 充电


  一切就绪后,充电桩之核(充电桩控制器)下发指令给充电桩之芯,充电模块按指令要求的输出电压和输出电流开始工作,持续给电动汽车动力电池充电。


  在充电过程中,BMS和充电桩控制器在实时地通讯,充电桩之芯的输出电流之调整有一定的约束,184871标准中下面这段条文:


  7. 充电结束


  有三大类情况会产生“充电结束”的条件:


  A.人为因素


  充电进行过程中,人为刷卡可结束充电,或通过APP执行中止充电的指令也可结束充电。 当然,人为地将三相交流输入断掉也结束充电了:-)


  B.充电桩


  下面四种情况下都将中止充电:


  充电桩出现不能继续充电的故障


  发生通讯故障。3次通讯超时即判断为通讯故障。


  充电枪和车辆之间的物理连接被断开 ,包括开关S由闭合变为断开,车辆接口由连接变为断开。


  充电桩输出电压高于电池的最高允许电压。


  C.BMS


  车辆有异常,不能接受继续充电,BMS向充电桩控制器下发中止充电的报文。


  8.再拔枪,挂枪


  结束充电后,充电桩的输出电压泄放到60V以下之后,电子锁和机械锁将解开,用户才能将枪从车辆的充电插座上拔出来,放回充电桩的固定座或插座。


  至此,充电全过程结束。


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