一、前言
本篇博文將詳細(xì)介紹交流充電控制引導(dǎo)電路的具體功能要求及電路實(shí)現(xiàn)。
二、控制引導(dǎo)電路原理圖
新國標(biāo)中規(guī)定，采用模式 2、模式 3、模式 4 的充電系統(tǒng)需要配備控制引導(dǎo)電路，因?yàn)槟Ｊ?nbsp;4 是針對(duì)直流樁的，因此下文只會(huì)介紹模式 2 和模式 3 的控制引導(dǎo)電路。如圖 2.1 - 2.4 所示，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)充電引導(dǎo)電路的原理圖進(jìn)行了規(guī)定。
圖 2.1 充電模式 3 連接方式 A 的控制引導(dǎo)電路原理圖
圖 2.2 充電模式 3 連接方式 B 的控制引導(dǎo)電路原理圖
圖 2.3 充電模式 3 連接方式 C 的控制引導(dǎo)電路原理圖
圖 2.4 充電模式 2 連接方式 B 的控制引導(dǎo)電路原理圖
圖 2.1 ~ 2.4 所示的就是標(biāo)準(zhǔn)中推薦的交流充電控制引導(dǎo)電路原理圖，原理圖中包括了以下元件：
- 電阻 R1 ~ R4、RC
- 開關(guān) S1 ~ S3
- 接觸器 K1、K2
- 二級(jí)管 D1
其中接觸器 K1、K2 用于控制交流電源的接通和斷開。由 R4、RC、S3 組成的電路位于車輛插頭中，S3 是車輛插頭內(nèi)部的常閉開關(guān)，跟插頭上的下壓按鈕（用以觸發(fā)機(jī)械鎖止裝置）聯(lián)動(dòng)，按下按鈕解除機(jī)械鎖止的同時(shí) S3 斷開，車輛內(nèi)部的車輛控制裝置會(huì)檢測 CC（檢測點(diǎn) 3）到 PE 的電阻值來判斷插頭的連接狀態(tài)和車輛插頭的額定電流值。如下表所示，檢測點(diǎn) 3 有 3 種連接狀態(tài)。
表 2.1 車輛插頭連接狀態(tài)
不同連接狀態(tài)和額定電流值下對(duì)于的電阻值如下表所示
表 2.2 不同連接狀態(tài)和額定電流對(duì)于的電阻阻值
開關(guān) S1 為供電設(shè)備的內(nèi)部開關(guān)，控制 PWM 的輸出。開關(guān) S2 為車輛內(nèi)部開關(guān)，當(dāng)車輛接口與供電接口完全連接，并且配備了電子鎖的接口完全鎖止后，車載充電機(jī)自檢測完成無故障并且電池組處于可充電狀態(tài)時(shí)，S2 閉合，開關(guān) S2 不是必須的，無 S2 開關(guān)（相當(dāng)于 S2 常閉）的車輛應(yīng)使用單相充電并且充電電流不能超過 8 A。
關(guān)于 CP 點(diǎn)連接狀態(tài)的檢測，供電設(shè)備端通過監(jiān)測檢測點(diǎn) 1 的電壓值來獲取連接狀態(tài)，而車輛則通過內(nèi)部的車輛控制裝置來監(jiān)測檢測點(diǎn) 3 的電壓狀態(tài)來獲得。
三、控制引導(dǎo)電路基本功能
控制引導(dǎo)電路需要具備 4 種功能：
（1）連接確認(rèn)與電子鎖
車輛控制裝置應(yīng)通過測量檢測點(diǎn) 3 和 PE 之間的電阻值來判斷車輛插頭和車輛插座是否完全連接（對(duì)于連接方式 B 和連接方式 C），完全連接后，如車輛有配備電子鎖，電子鎖應(yīng)在開始供電前鎖定車輛插頭并在整個(gè)充電過程中保持，如果不能鎖定，由電動(dòng)車輛決定后續(xù)操作。
供電控制裝置通過測量檢測點(diǎn) 1 或檢測點(diǎn) 4 的電壓來判斷供電插頭和供電插座是否完全連接（對(duì)于連接方式 A 和連接方式 B），完全連接后，如供電插座內(nèi)配備有電子鎖，供電插座內(nèi)電子鎖應(yīng)在供電之前完成鎖定并且在整個(gè)充電過程中保持，如不能鎖定，終止充電流程并提升操作人員。
（2）充電連接裝置載流能力和供電設(shè)備供電功率的識(shí)別
車輛控制裝置通過測量檢測點(diǎn) 3 與 PE 之間的電阻來確認(rèn)當(dāng)前充電連接裝置（電纜）的額定載流值（對(duì)于關(guān)系如表 2.2）；通過測量檢測點(diǎn) 2 的 PWM 信號(hào)占空比確認(rèn)當(dāng)前供電設(shè)備的最大供電電流。占空比與供電電流的映射關(guān)系如表 3.1 ~ 3.2。
表 3.1 占空比與充電電流限制值映射關(guān)系
表 3.2 電動(dòng)車檢測的占空比與充電電流映射關(guān)系
（3）充電過程的監(jiān)測
充電過程中，車輛控制裝置應(yīng)對(duì)檢測點(diǎn) 3 與 PE 之間的電阻值（對(duì)于連接方式 B 和連接方式 C）及檢測點(diǎn) 2 的 PWM 信號(hào)進(jìn)行檢測，供電裝置應(yīng)對(duì)檢測點(diǎn) 4 及檢測點(diǎn) 1（對(duì)于充電模式 3 的連接方式 A 和連接方式 B）的電壓值進(jìn)行監(jiān)測。
（4）充電系統(tǒng)的停止
在充電過程中，當(dāng)充電完成或因?yàn)槠渌虿荒軡M足繼續(xù)充電的條件時(shí)，車輛控制裝置和供電控制裝置應(yīng)分別停止充電。
四、充電過程控制流程
充電的流程大致有以下幾個(gè)部分：
（1）車輛插頭和插座插合，確保車輛處于不可行駛的狀態(tài)。
當(dāng)車輛插頭與車輛插座插合后，車輛的總體設(shè)計(jì)方案可以自動(dòng)啟動(dòng)某種觸發(fā)條件（例如開關(guān)），通過互鎖或者其他措施使車輛處于不可行駛的狀態(tài)。
（2）確保供電接口和車輛接口處于完全連接的狀態(tài)。
供電裝置通過測量檢測點(diǎn) 1 或檢測點(diǎn) 4 來確認(rèn)供電接口是否處于完全連接的狀態(tài)，車輛控制裝置通過測量檢測點(diǎn) 3 和 PE 之間的電阻值來確認(rèn)車輛接口是否處于完全連接的狀態(tài)。供電設(shè)備在無故障并且供電接口完全連接的情況下將開關(guān) S1 從 +12 V 切換到 PWM 狀態(tài)，車輛通過測量檢測點(diǎn) 2 的 PWM 信號(hào)判斷充電連接裝置是否完全連接。
（3）車輛和供電設(shè)備準(zhǔn)備就緒
在車載充電機(jī)自檢完成，且沒有故障的情況，并且電池組處于可充電的狀態(tài)時(shí)，車輛控制裝置閉合開關(guān) S2。
供電控制裝置通過測量檢測點(diǎn) 1 的電壓值判斷車輛是否準(zhǔn)備就緒，當(dāng)檢測點(diǎn) 1 的峰值電壓為狀態(tài) 3 的電壓（6 V，不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表）時(shí)，供電控制裝置閉合接觸器 K1、K2 使交流供電回路導(dǎo)通。
表 4.1 檢測點(diǎn) 1 的電壓狀態(tài)
圖 4.1 交流充電控制引導(dǎo)電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
圖 4.2 無開關(guān) S2 的交流充電控制引導(dǎo)電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
（4）充電系統(tǒng)啟動(dòng)
當(dāng)電動(dòng)車和供電裝置建立好電氣連接后，車輛控制裝置會(huì)先檢測供電裝置的最大供電電流（通過檢測 PWM 的占空比，映射關(guān)系如表 3.2）、電纜的額定電流（通過測量檢測點(diǎn) 3 和 PE 之間的電阻值，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 2.2）以及車載充電機(jī)的額定輸入電流，將三者中的最小值設(shè)置為車輛充電機(jī)的最大允許輸入電流，設(shè)置完成后車載充電機(jī)開始進(jìn)行充電。
充電過程中，供電控制裝置需周期性監(jiān)測檢測點(diǎn) 1 和檢測點(diǎn) 4 來確認(rèn)供電接口連接狀態(tài)。車輛控制裝置需周期性監(jiān)測檢測點(diǎn) 2 和檢測點(diǎn) 3 來確認(rèn)車輛接口的連接狀態(tài)，監(jiān)測周期需要不大于 50 ms。
此外，車輛控制裝置需周期性檢測 PWM 的占空比，當(dāng)占空比變化時(shí)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)車載充電機(jī)的最大允許輸入大電流，監(jiān)測周期需要不大于 5 s。
（5）充電系統(tǒng)正常結(jié)束充電
充電過程中當(dāng)車輛達(dá)到結(jié)束充電的設(shè)置條件或者駕駛員對(duì)車輛實(shí)施了結(jié)束充電的指令時(shí)，車輛控制裝置斷開開關(guān) S2，并使車載充電機(jī)處于停止充電的狀態(tài)。
此時(shí)，供電控制裝置應(yīng)將開關(guān) S1 切換到 +12 V的狀態(tài)，當(dāng)檢測到 S2 開關(guān)斷開時(shí)在 100 ms 內(nèi)斷開交流供電回路，如果超過 3s 未檢測到 S2 斷開則強(qiáng)制帶載切斷交流回路。對(duì)于連接方式 A 和連接方式 B，供電裝置切斷交流回路 100 ms 后解鎖電子鎖。
（6）充電系統(tǒng)非正常結(jié)束充電
對(duì)于非正常情況下停止充電的情況，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)以下情況進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定:
（a）充電過程中，當(dāng)車輛控制裝置檢測到車輛插頭和車輛插座的連接狀態(tài)由完全連接變成半連接（狀態(tài) B）的狀態(tài)時(shí)，車輛控制裝置應(yīng)在 100 ms 內(nèi)停止車載充電機(jī)充電，然后斷開 S2（若車輛配置 S2）。
（b）充電過程中，當(dāng)車輛控制裝置檢測到車輛插頭和車輛插座的連接狀態(tài)由完全連接變成斷開連接（狀態(tài) A）的狀態(tài)時(shí)，車輛控制裝置停止車載充電機(jī)充電，然后斷開 S2（若車輛配置 S2）。
（c）充電過程中，車輛控制裝置對(duì)檢測點(diǎn)2 的 PWM 信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)信號(hào)斷開時(shí)，車輛控制裝置應(yīng)在 3s 內(nèi)停止車載充電機(jī)充電，然后斷開 S2（若車輛配置 S2）。
（d）充電過程中，如果檢測點(diǎn)1 的電壓值為 12 V、9V、或者其他非 6V 的狀態(tài)時(shí)，供電控制裝置應(yīng)在 100 ms 內(nèi)斷開交流供電回路。
（e）充電過程中，供電控制裝置對(duì)檢測點(diǎn) 4 進(jìn)行檢測（對(duì)于模式 3 的連接方式 A 和連接方式 B），如檢測到連接狀態(tài)由完全連接變?yōu)閿嚅_，則供電控制裝置需要將 S1 切換到 +12V 的狀態(tài)并在 100 ms 內(nèi)斷開交流供電回路。
（f）充電過程中，如果剩余電流保護(hù)裝置動(dòng)作，車載充電機(jī)處于失電狀態(tài)，則車輛控制裝置應(yīng)斷開 S2（若車輛配置 S2）
（g）供電設(shè)備檢測車載充電機(jī)的實(shí)際充電電流，當(dāng)①供電設(shè)備 PWM 信號(hào)對(duì)于的最大供應(yīng)電流≤20 A，且車載充電機(jī)實(shí)際工作電流超過最大供應(yīng)電流 2 A 并持續(xù) 5s 時(shí)或②供電設(shè)備 PWM 信號(hào)對(duì)于的最大供電電流大于 20 A，且車載充電機(jī)實(shí)際工作電流大于最大供應(yīng)電流的 1.1 倍并保持 5s 時(shí)，供電設(shè)備應(yīng)在 5s 內(nèi)切斷交流供電回路并將開關(guān) S1 切換到 +12V 的狀態(tài)。
（h）當(dāng)車輛 S2 斷開（檢測點(diǎn) 1 的電壓為 9V 時(shí)），供電控制裝置應(yīng)在100 ms 內(nèi)斷開交流供電回路并持續(xù)輸出 PWM。
（i）當(dāng)供電接口已完全連接但未閉合交流供電回路時(shí)，如果發(fā)生連接異常，供電控制裝置應(yīng)在 100 ms 內(nèi)將 S1 切換到 +12V 的狀態(tài)并且保持交流供電回路不閉合。
五、控制引導(dǎo)電路實(shí)例
以上內(nèi)容便是關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于控制引導(dǎo)電路的功能要求和規(guī)范介紹，那么實(shí)際電路設(shè)計(jì)中關(guān)于控制引導(dǎo)電路應(yīng)該如何設(shè)計(jì)呢，下面我列舉了實(shí)際中一個(gè)控制引導(dǎo)電路的例子進(jìn)行說明，該控制引導(dǎo)電路是基于模式 3 連接方式 C 進(jìn)行設(shè)計(jì)的，具體電路原理圖如下圖所示：
圖 5.1 實(shí)際應(yīng)用中的控制引導(dǎo)電路
該設(shè)計(jì)中采用了一個(gè)雙運(yùn)放芯片 ADA4620-2ARZ ，第一個(gè)運(yùn)放用于實(shí)現(xiàn)電壓的放大，將 MCU 輸出的 PWM 電壓幅值放大到 12 V，第二個(gè)運(yùn)放作為電壓跟隨器，對(duì)第一個(gè)運(yùn)放的輸出電壓（CP 點(diǎn)的電壓）進(jìn)行跟隨。第二個(gè)運(yùn)放的輸出端用 R11、R13 組成一個(gè)分壓電路，用于給 MCU 采集實(shí)際的 CP 點(diǎn)的電壓，另外電路中還使用了二極管對(duì)采樣點(diǎn)的電壓進(jìn)行鉗位，該電路比較簡單，在此不詳細(xì)敘述。
六、總結(jié)
至此，關(guān)于交流充電控制傳導(dǎo)電路的內(nèi)容便全部介紹完了，總結(jié)一下，本篇博文中分別介紹了新國標(biāo)中對(duì)于交流充電控制引導(dǎo)電路的規(guī)定，控制引導(dǎo)電路所需具備的功能，以及交流充電的控制流程，最后列舉說明了實(shí)際應(yīng)用中控制引導(dǎo)電路的電路設(shè)計(jì)。希望通過閱讀完本篇博文，各位朋友對(duì)于交流充電樁新國標(biāo)會(huì)有進(jìn)一步的了解。