1 简介
随着纯电动汽车的使用越来越广，充电需求越来越多，市场对车辆的充电安全性和便利性提出越来越高的要求，便利、安全且快速的充电是市场对车辆的一致需求。
本文主要介绍纯电动汽车的充电系统的组成、电气原理和控制策略。纯电动汽车的充电系统方式主要有两种，一是交流充电方式，即为慢充，二是直流充电方式，即为快充，两种充电方式的组成、电气原理和控制方式各不相同。
2 交流充电系统
2.1 交流充电的组成
交流充电指电网输入给车辆的电压为交流电，可以是220V AC单向电或380V AC三相电。交流电通过标准充电插头和充电插座，进入车载充电机，车载充电机再把交流电转化为直流电，给动力电池充电，完成基本的交流充电。
交流充电的部件主要有车载充电机、交流充电插座（交流充电插座线束）、充电线、交流充电桩或220V交流电源和车辆控制器（VCU、BMS）等组成，如图1为各部件示图。
图1 交流充电的组成
其中交流充电插座和车载充电机固定在车辆上，充电线随车配送，交流充电桩固定在停车场，各部件的作用如下：
（1）车载充电机是交流充电系统的关键部件，其根据控制指令把交流电转化为直流电给电池充电。
（2）交流充电插座是国家标准件，是车辆连接外部电网的接口，其接口有2个信号回路，1个接地回路，1个零线回路和3个火线回路，共7个接口，根据输入的电压是220V AC或380V AC，应用相应的火线接口。
（3）车辆控制器是实施监控车辆的状态，并发出控制指令给车载充电机，使其工作或停止工作，控制其工作电流和电压等，是车辆充电的控制大脑。
（4）模式2充电线是连接外部电网和车辆的充电线，直接给车载充电机提供220V AC电源。其线缆上的功能盒可检测车辆和电网状态，连接或断开给车辆的供电，具有一定的保护功能。根据标准要求其输入的充电电流限制在13A以内，输入电压为220V AC，所以采用模式2的充电线充电时，车载充电机的输入最大功率为2860W，即充电时间会延长。
（5）交流充电桩也是车辆连接外部电网的部件，直接给车载充电机提供220V AC或380V AC电源。其也具有检测车辆和电网状态，连接或断开给车辆供电的功能。充电桩的供电电压有220V AC和380V AC，根据充电桩的输出功率而定。根据标准要求，如交流充电桩的输出电流大于32A时，供电电压必须采用380V AC。因此采用交流充电桩充电时，充电功率较大，即充电时间会缩短。
2.2 交流充电的电气原理
交流充电方式总共有三种充电模式，分别为模式1、模式2和模式3。根据国家标准要求和充电安全，其中模式1严禁使用，模式3一般采用连接方式C的模式，其模式2和模式3连接方式C的交流充电工作原理电气图如图2和图3所示。
图2 模式2充电的电气原理图
交流充电是国家标准的充电方式，其电气原理图、检测和控制要满足标准GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》的要求，如图2和图3所示。除了满足国家标准要求外，不同汽车厂会根据项目需求，增加充电提示或显示的功能，方便客户的查看充电状态。
根据标准要求，CC信号是充电插头和充电插座是否连接的判断信号，同时车辆根据CC的信号值，判断RC阻值，确定线束的容量。CP信号是判断供电设备的供电能力，通过PWM值确定。电气原理图中的各电阻值和PWM值都必须满足标准要求，且控制器必须按照标准进行判断，以满足车辆在市场上的充电需求。
图3 模式3充电的电气原理图
2.3 交流充电的控制策略
根据图2和图3所示，无论是模式2还是模式3，原理图基本相同，只是电网的交流供电方式不同。以某项目的为例，简述其控制策略，其电气原理图、检测和控制即满足标准要求，同时为了便于客户使用，交流充电的控制策略和顺序如下：
①车载充电机检测CC和CP信号，车载充电机可根据CC信号判断充电线的容量，根据CP信号，判断供电设备的供电能力。
②车辆处于休眠或停车状态时，当充电插头插上充电插座时，车载充电机检测到CC或CP，自身唤醒。
③车载充电机自唤醒后，唤醒VCU和BMS。
④VCU和BMS被唤醒后，开始进入交流充电模式，并检测车辆状态，即车辆是否有故障，电池是否满电。
⑤车载充电机反馈充电线束状态和供电设备信息给BMS。
⑥BMS根据车载充电机反馈的信息和车辆的状态，发送开始充电或停止充电指令给车载充电机。
⑦充电线或交流充电桩的供电控制装置，通过CP信号判断车辆状态，连接或断开K1和K2，即连接或断开交流电的输入。
⑧车载充电机根据接收到的指令，开始或停止工作，给车辆充电或停止充电进入休眠。
以上是充电过程的控制简述，而在整个充电的伊始，车辆和交流充电桩（或充电线）都会先判断充电接口是否连接完好，车辆才会判断是否启动充电，所以客户必须插抢到位，此也是为了保证充电安全。在使用上，客户只需插抢，无需执行其他操作，车辆随即进入充电模式，开始充电，提高了客户使用的便利性。在实际使用中，如果车辆在充电过程，当电网没有电时，车辆会自动进入休眠，减少自身的能耗；当又来电时，车辆也会自动唤醒，并检测车辆状态，如车辆未满电时会继续充电，如已满电，会停止充电并进入休眠，减少能量消耗。例如模式3充电方式，其充电过程的电压变化如图4所示。
