作者 | 電控極客

出品 | 汽車電子與軟件

充電是電動汽車的一項基本功能，一般分為快充和慢充。通常我們在進行電動汽車充電的時候將充電槍插入車輛充電口，然后點擊充電樁的開始充電按鈕或者使用手機掃碼點擊開始充電，等待一會兒車輛就開始充電了，這時候，我們只需要等待車輛充電完成，然后拔槍，就完成了一次電動汽車的補能。但是從充電槍插槍到開始充電是如何實現的呢？這個過程電動汽車與充電樁之間進行了哪些交互？如何判定是否滿足充電條件？如何進行充電功率控制？本文以快充為例為大家介紹從插槍到開始充電，電動汽車是如何實現充電的。

要給電動汽車充電，首先是要插槍，現在不管你是什么品牌的電動車，到哪里充電，都可以正常插槍充電，得益于充電接口的標準化。下面介紹直流充電的標準接口定義。直流充電插口和插座的標準化是按照GB/T 20234.3-2023《電動汽車傳導充電用連接裝置第3部分：直流充電接口》執(zhí)行的。

1、直流充電接口的額定值

2、車輛插頭和車輛插座的連接界面與觸頭布置

1）車輛插頭

2）車輛插座

3、觸頭參數與功能

車輛插口和車輛插座應分別包含9個觸頭，觸頭電氣參數值與功能定義應符合表2的規(guī)定。

#02

充電接口的標準化，可以保證不同廠家的充電口可以與不同充電樁完美對插。但是電動汽車直流充電充電的電壓電流較大，而且要根據不同車輛的電池容量、充電倍率、SOC調整充電電流，因此需要車輛的控制器與充電樁之間進行通訊，而通訊協(xié)議也必須做到標準化，才能使得不同的充電樁廠家和電動汽車廠家按照同樣的通訊標準各自開發(fā)自己的產品，最終能夠正常通訊，按照不同車輛的需求充電，做到“閉門造車，出門合轍”。直流充電標準化的通信協(xié)議是按照GB/T 27930-2023《非車載傳導式充電機與電動汽車之間的數字通信協(xié)議》執(zhí)行的。

1、充電機與車輛之間的通信網絡基于CAN2.0B

1）物理層

采用的CAN通信總線網絡物理層應符合SAE J1939-11：2006或SAE J1939-15：2018中的規(guī)定。充電機與車輛的通信應使用獨立的CAN總線，充電機與車輛之間的通信速率采用250kbit/s。

2）數據鏈路層

使用CAN擴展幀的29位標識符，具體每個位分配的相應定義應符合SAE J1939-21：2006中的相關規(guī)定。

每個CAN數據幀包含一個單一的協(xié)議數據單元（PDU），見表1。協(xié)議數據單元由七部分組成，分別是優(yōu)先權、擴展數據頁、數據頁、PDU格式、PDU特定格式、源地址和數據域。

3）應用層

a、應用層采用參數和參數組定義的形式

b、采用PGN對參數組進行編號，各個節(jié)點根據PGN來識別數據包的內容

c、采用周期發(fā)送和事件驅動的方式來發(fā)送數據

d、如果需發(fā)送多個PGN數據來實現一個功能的，需全部接收該定義的多個PGN報文才判斷此功能發(fā)送成功

e、定義新的參數組時，盡量將相同功能的參數、相同或相近發(fā)送周期的參數和屬于同一個子系統(tǒng)內的參數放在同一個組中；同時，新的參數組既要充分利用8個字節(jié)的數據寬度，盡量將相關的參數放在同一個組內，又要考慮擴展性，預留一部分字節(jié)或位，以便將來進行修改。

#03

1、整車高壓原理

下圖為一種典型的電動汽車高壓原理，本文根據此高壓原理說明快充充電流程。充電流程的最終目的是實現主負接觸器、附件接觸器及快充接觸器閉合，使車輛進入正常充電狀態(tài)，并且按照車輛充電需求充電。本文以車輛休眠狀態(tài)插槍快充充電說明電動汽車快充充電流程。

2、車輛休眠狀態(tài)快充充電上高壓控制方法

電動汽車車輛休眠狀態(tài)快充充電上高壓的控制是插槍后，VCU通過接收的充電喚醒信號、BMS信號、PDU信號等對上高壓過程動作時序進行控制，BMS與充電機進行信息交互，最終達成車輛充電的目標，一般按照以下流程進行控制：

1）喚醒自檢

快充充電槍插槍后，根據車輛低壓電壓平臺（12V或24V），選擇對應的電壓平臺，點擊開始充電，或者手機掃碼點擊開始充電，快充充電機會開啟低壓輔助電源發(fā)出充電喚醒信號（通過低壓輔助電源A+、A-發(fā)出），VCU接收到充電喚醒信號后，喚醒并自檢，自檢通過后，低壓上電。BMS接收到充電喚醒信號后，喚醒并自檢，自檢通過后，低壓上電，如果有影響上高壓的嚴重故障，報故障，快充上電流程中止。

2）充電握手及充電參數配置

BMS喚醒自檢成功后進入充電握手階段，BMS與充電機進入充電握手階段，雙方發(fā)送辨識報文，發(fā)送電池和充電機的必要信息。充電握手階段完成后，充電機和BMS進入充電參數配置階段，此階段充電機向BMS發(fā)送充電機最大輸出能力報文，BMS根據充電機最大輸出能力判斷是否能夠進行充電。詳情如下所示：

a、充電握手階段

充電握手階段分為握手啟動階段和握手辨識階段，車輛接口物理連接完成，充電機成功閉合電子鎖后，低壓輔助供電回路導通，進入握手啟動階段發(fā)送握手報文，并進行充電機自檢。如果自檢通過，雙方進入握手辨識階段，交互車輛和充電機的身份及其他必要信息；如果自檢失敗，充電機發(fā)送充電機終止充電報文。充電握手階段報文應符合表3的要求。

b、充電參數配置階段

充電握手階段完成后，充電機和車輛進入充電參數配置階段。在此階段，車輛向充電機發(fā)送動力蓄電池當前電池電壓，如果該電壓不在充電機輸出能力范圍內，充電機判斷充電參數不匹配；車輛也可根據充電機最大輸出能力判斷是否能夠進行充電。如果判斷充電參數不匹配，充電機和車輛發(fā)送中止充電報文（如果充電機判斷充電參數不匹配，應在發(fā)送充電機最大輸出能力報文后再發(fā)送中止充電報文）；如果充電參數匹配，進入充電準備就緒過程。充電參數配置階段報文應符合表4的要求。

3）VCU發(fā)送多合一控制器喚醒信號

VCU自檢成功低壓上電完成后，發(fā)送多合一控制器喚醒信號。多合一控制器接收到喚醒信號后，喚醒并自檢。多合一控制器自檢后，如果有影響上高壓的嚴重故障，報故障，快充上電流程中止。

4）VCU發(fā)送主負接觸器閉合指令

如果滿足上一步驟判斷的快充上高壓條件，VCU發(fā)送主負接觸器閉合指令。

5）閉合主負接觸器

BMS接收到VCU閉合主負接觸器指令后，進行預充后閉合主負接觸器并反饋主負接觸器閉合狀態(tài)。如果超過設定時間VCU未收到BMS反饋的主負接觸器閉合狀態(tài)，則報主負接觸器閉合超時故障，快充上電流程中止。

6）BMS發(fā)送快充接觸器閉合請求

BMS閉合主負接觸器后，同時檢測到CC2信號（快充充電槍連接信號）有效，CC信號（慢充槍充電連接信號）無效后，發(fā)送快充接觸器閉合請求。

7）VCU發(fā)送附件接觸器閉合指令

在設定時間內，VCU接收到BMS反饋的主負閉合狀態(tài)后，VCU發(fā)送閉合附件接觸器指令。

8）閉合附件接觸器

PDU接收到附件接觸器閉合指令后，閉合附件接觸器并反饋附件接觸器閉合狀態(tài)。如果超過設定時間VCU未收到PDU反饋的附件接觸器閉合狀態(tài)，則報附件接觸器閉合超時故障，上電流程中止。

9）VCU發(fā)送快充接觸器閉合指令

VCU接收到附件接觸器閉合狀態(tài)，同時接收到BMS發(fā)送的快充接觸器閉合請求后，發(fā)送快充接觸器閉合指令。

10）快充接觸器閉合

PDU接收到快充接觸器閉合指令后，閉合快充接觸器并反饋快充接觸器閉合狀態(tài)。VCU轉發(fā)充電接觸器狀態(tài)至BMS。

11）開始充電

BMS接收到快充接觸器閉合狀態(tài)后，開始充電，并發(fā)送充電狀態(tài)；如果超過設定時間BMS未收到PDU反饋的快充接觸器閉合狀態(tài)，則報快充接觸器閉合超時故障，上電流程中止。充電過程詳情如下所示：

在整個充電階段，車輛實時向充電機發(fā)送車輛充電需求，充電機根據車輛充電需求調整充電電壓和充電電流，保證充電過程正常進行。在充電過程中，充電機和車輛發(fā)送各自的充電狀態(tài)。除此之外，車輛可向充電機發(fā)送蓄電池具體狀態(tài)信息及電壓、溫度等信息。BMV、BMT、BSP為可選報文，充電機不對其進行報文超時判定，也可依據傳輸協(xié)議功能拒絕接收。

車輛根據充電過程是否正常、電池狀態(tài)是否達到自身設定的充電結束條件或者是否接收充電機中止充電報文來判斷是否結束充電；充電機根據是否接收停止充電指令、充電過程是否正常、是否達到預先設定的充電參數值，或者是否接收車輛終止充電報文來判斷是否結束充電。充電階段報文應符合表5的要求。

12）充電結束

當充電機和車輛停止充電后，雙方進入充電結束階段。在此階段車輛向充電機發(fā)送整車充電過程中的充電統(tǒng)計數據，包括：終止SOC、電池最低電壓和最高電壓；充電機接收車輛的充電統(tǒng)計數據后，向車輛發(fā)送整個充電過程中的輸出電量、累計充電時間等信息，最后充電機停止低壓輔助電源的輸出。充電結束階段報文應符合表6的要求。

#04

本文介紹了直流充電的標準接口定義、通信協(xié)議，并以一種典型的電動汽車高壓原理為例，介紹整車充電完整流程，希望能讓讀者對電動汽車快充過程有一個基本的了解。