stm32 交流充电桩开发充电引导过程

只看该作者 · 2023-5-30 23:34

电动汽车充电技术分为直流充电和交流充电。交流充电桩在体积、成本和安装条件上相比直流充电桩有一定优势。cp全称充电控制导引，用于监控充电桩与电动汽车之间的交互功能。根据cp信号产生和检测的位置，分为四种模式。

目前充电桩广泛采用的是模式三，即充电桩提供产生并检测cp信号，识别并控制充电状态。根据充电线缆与充电桩或电动汽车的连接状态，分为a/b/c三种连接方式，目前广泛采用的连接方式c，即充电线缆固定与充电桩相连，通过充电插头与电动汽车相连，该种连接方式下，需要充电桩通过cp信号判断充电插头的插入和拔出等状态。

cp信号分为dc输出和pwm输出2种状态，其中pwm周期为1khz。根据电压等级，共有3种状态12v，9v，6v。其中dc/pwm12v，dc/pwm9v,dc/pwm6v，分别代表充电插头未插入电动汽车插座，充电插头已插入电动汽车插座，电动汽车就绪并请求交流电输出三种状态。充电桩需要识别以上cp信号电压状态来判断充电行为所处的状态。

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为了保证电池的循环充电次数能在800~1000之间，通常充电倍率应该在0.5C~0.25C之间，采用国家电网供电，利用车载充电机为动力电池充电，这属于慢充方案，配套的公共设施是交流充电桩。

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为了应对紧急情况，希望在15~30min分钟内能把电池充满到最大容量的80%，对应的充电倍率应该在2C~4C之间，这属于快充方案，配套的公共设施是直流充电桩。直流充电桩对电池损害比较大，车主花费在更换电池上的成本就会增大，所以如果不是很紧急的情况，应该尽量减少直流充电桩的使用。

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国内外的充电桩原理大同小异，但外形略有区别，如下：

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交流充电桩通过车载充电机为电池充电，相对于直流充电桩而言，交流充电桩成本低，结构简单，对蓄电池更友好，适合大范围推广，接下来将由浅入深介绍一下交流充电桩的接口技术。

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交流充电桩（包括国标和非国标）的主要功能就是将单相电或者三相电引出来，充电桩只起到电流中转站的作用，后续的整流+DC/DC变换都是由车载充电机完成。

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国标交流充电桩就是在上图所示的原始交流充电桩基础上，添加了一些商业化模块（比如人机交互界面、计费模块、报警模块等）和控制引导电路。控制引导电路是交流充电桩接口技术的核心内容，并且为了单相电和三相电都能兼容，国标交流充电桩接口最终采用的7端子结构，其端子分布方式如下图所示：

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充电模式3连接方式B的典型控制引导电路图：

控制引导电路主要作用是用来确认充电接口和充电插座是否连接，然后在充电过程中进行周期性检测，以判断继续充电还是停止充电等。

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下面详细介绍控制引导电路的工作原理：

1、连接确认

（1）车辆控制装置通过检测PE和监测点3之间的电阻值来确认车辆插头和车辆插座是否连接；

（2）充电桩侧的供电控制装置通过检测监测点4或检测点1的电压值来判断供电插头和供电插座是否连接。

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2、充电开始

当车辆接口和供电接口都确认连接后，充电桩将开关S1从12V连接状态切换到PWM状态，并等待车辆控制装置闭合开关S2，此时测检点1峰值电压9V，CP端产生1KHz的PWM波，其占空比代表充电桩额定电流大小。当车辆侧开关S2闭合，代表车辆已经充电准备就绪了，此时检测点1的电压峰值为6V。确认车辆就绪后，充电桩闭合接触器K1和K2，使交流回路导通，充电开始。整个过程中检测点1的电压状态如下：

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3、充电过程周期检测

在充电过程中，充电桩对检测点进行周期性检测，以确认充电连接装置的连接状态和车辆是否处于可充电状态，检测周期不大于50ms。

（1）在充电过程中，充电控制装置不断检测检测点4和检测点1，如果检测到供电接口断开，则供电控制装置开关S1切换到12V并断开交流供电回路；

（2）在充电过程中，车辆控制装置不断检测检测点2和检测点3，如果判断车辆接口断开，则车辆控制装置控制车载充电机停止充电，并断开开关S2。

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4、充电结束

大致原理如上所述，控制引导电路是充电桩接口技术的灵魂，这对于电动汽车设计者以及使用者至关重要，更为详细的内容请参考国标GBT 20234-2011。

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