一、前言

在上篇博文《交流充电桩新国标深入浅出（上）》中已经为大家介绍了新国标中关于交流充电桩的通用要求及交流充电接口的部分，其中也包括了控制引导功能。本篇博文将详细介绍交流充电控制引导电路的具体功能要求及电路实现。

二、控制引导电路原理图

新国标中规定，采用模式 2、模式 3、模式 4 的充电系统需要配备控制引导电路，因为模式 4 是针对直流桩的，因此下文只会介绍模式 2 和 模式 3 的控制引导电路。如图   2.1 - 2.4 所示，标准中对充电引导电路的原理图进行了规定。

                                         图 2.1 充电模式 3 连接方式 A 的控制引导电路原理图

                                         图 2.2 充电模式 3 连接方式 B 的控制引导电路原理图

                                       图 2.3 充电模式 3 连接方式 C 的控制引导电路原理图

                                          图 2.4 充电模式 2 连接方式 B 的控制引导电路原理图

图 2.1 ~ 2.4 所示的就是标准中推荐的交流充电控制引导电路原理图，原理图中包括了以下元件：

• 电阻 R1 ~ R4、RC
• 开关 S1 ~ S3
• 接触器 K1、K2
• 二级管 D1

其中接触器 K1、K2 用于控制交流电源的接通和断开。由 R4、RC、S3 组成的电路位于车辆插头中，S3 是车辆插头内部的常闭开关，跟插头上的下压按钮（用以触发机械锁止装置）联动，按下按钮解除机械锁止的同时 S3 断开，车辆内部的车辆控制装置会检测 CC（检测点 3）到 PE 的电阻值来判断插头的连接状态和车辆插头的额定电流值。如下表所示，检测点 3 有 3 种连接状态

连接状态	S3 状态	CC 到 PE 的电阻值
未连接	闭合	无限大
半连接	断开	R4 + RC
完全连接	闭合	RC

                                                            表 2.1 车辆插头连接状态

不同连接状态和额定电流值下对于的电阻值如下表所示

状态	RC	R4	S3	车辆接口连接状态及额定电流
状态 A	——		——	车辆接口未完全连接
状态 B	——		断开	机械锁止装置处于解锁状态
状态 C	1.5 kΩ/0.5 W	——	闭合	车辆接口已完全连接，充电电缆额定容量为 10 A
状态 C’	1.5 kΩ/0.5 W	1.8 kΩ/0.5 W	断开	车辆接口处于半连接状态
状态 D	680Ω/0.5 W	——	闭合	车辆接口已完全连接，充电电缆额定容量为 16 A
状态 D’	680Ω/0.5 W	2.7 kΩ/0.5 W	断开	车辆接口处于半连接状态
状态 E	220Ω/0.5 W	——	闭合	车辆接口已完全连接，充电电缆额定容量为 32 A
状态 E’	220Ω/0.5 W	3.3 kΩ/0.5 W	断开	车辆接口处于半连接状态
状态 F	100Ω/0.5 W	——	闭合	车辆接口已完全连接，充电电缆额定容量为 63 A
状态 F’	100Ω/0.5 W	3.3 kΩ/0.5 W	断开	车辆接口处于半连接状态
注：电阻 R4、RC 的精度为 ±3%

                                          表 2.2 不同连接状态和额定电流对于的电阻阻值  

开关 S1 为供电设备的内部开关，控制 PWM 的输出。开关 S2 为车辆内部开关，当车辆接口与供电接口完全连接，并且配备了电子锁的接口完全锁止后，车载充电机自检测完成无故障并且电池组处于可充电状态时，S2 闭合，开关 S2 不是必须的，无 S2 开关（相当于 S2 常闭）的车辆应使用单相充电并且充电电流不能超过 8 A。

关于 CP 点连接状态的检测，供电设备端通过监测检测点 1 的电压值来获取连接状态，而车辆则通过内部的车辆控制装置来监测检测点 3 的电压状态来获得。

三、控制引导电路基本功能

控制引导电路需要具备 4 种功能：

（1）连接确认与电子锁

车辆控制装置应通过测量检测点 3 和 PE 之间的电阻值来判断车辆插头和车辆插座是否完全连接（对于连接方式 B 和连接方式 C），完全连接后，如车辆有配备电子锁，电子锁应在开始供电前锁定车辆插头并在整个充电过程中保持，如果不能锁定，由电动车辆决定后续操作

供电控制装置通过测量检测点 1 或检测点 4 的电压来判断供电插头和供电插座是否完全连接（对于连接方式 A 和连接方式 B），完全连接后，如供电插座内配备有电子锁，供电插座内电子锁应在供电之前完成锁定并且在整个充电过程中保持，如不能锁定，终止充电流程并提升操作人员

 （2）充电连接装置载流能力和供电设备供电功率的识别

车辆控制装置通过测量检测点 3 与 PE 之间的电阻来确认当前充电连接装置（电缆）的额定载流值（对于关系如表 2.2）；通过测量检测点 2 的 PWM 信号占空比确认当前供电设备的最大供电电流。占空比与供电电流的映射关系如 表 3.1 ~ 3.2

PWM 占空比 D	最大充电电流 Imax/A
D=0%，连续的 -12V	充电桩不可用
D = 5%	5% 的占空比表示需要数字通信，且需在供电前在充电桩和电动车之间建立通信
10% ≤ D ≤ 85%	Imax = D X 100 X 0.6
85% ≤ D ≤ 90%	Imax = (D X 100 -64) X 2.5 且 Imax ≤ 63
90% ≤ D ≤ 97%	预留
D = 100%，连续正电压	不允许

                                         表 3.1 占空比与充电电流限制值映射关系

PWM 占空比 D	最大充电电流 Imax/A
D < 3%	不允许充电
3% ≤ D ≤ 7%	5% 的占空比表示需要数字通信，且需在供电前在充电桩和电动车之间建立通信
7% ＜ D ＜ 8%	不允许充电
8% ≤ D ＜ 10%	Imax = 6
10% ≤ D ≤ 85%	Imax = (D X 100) X 0.6
85% ＜ D ≤ 90%	Imax = (D X 100 -64 ) X 2.5 且 Imax ≤ 63
90% ＜ D ≤ 97%	预留
D ＞ 97%	不允许充电

                                    表 3.2 电动车检测的占空比与充电电流映射关系

 （3）充电过程的监测

充电过程中，车辆控制装置应对检测点 3 与 PE 之间的电阻值（对于连接方式 B 和连接方式 C）及检测点 2 的 PWM 信号进行检测，供电装置应对检测点 4 及 检测点 1（对于充电模式 3 的连接方式 A 和连接方式 B）的电压值进行监测

 （4）充电系统的停止

在充电过程中，当充电完成或因为其他原因不能满足继续充电的条件时，车辆控制装置和供电控制装置应分别停止充电。

四、充电过程控制流程

充电的流程大致有以下几个部分：

 

（1）车辆插头和插座插合，确保车辆处于不可行驶的状态

当车辆插头与车辆插座插合后，车辆的总体设计方案可以自动启动某种触发条件（例如开关），通过互锁或者其他措施使车辆处于不可行驶的状态。

 

（2）确保供电接口和车辆接口处于完全连接的状态

供电装置通过测量检测点 1 或 检测点 4 来确认供电接口是否处于完全连接的状态，车辆控制装置通过测量检测点 3 和 PE 之间的电阻值来确认车辆接口是否处于完全连接的状态。供电设备在无故障并且供电接口完全连接的情况下将开关 S1 从 +12 V 切换到 PWM 状态，车辆通过测量检测点 2 的 PWM 信号判断充电连接装置是否完全连接

 

（3）车辆和供电设备准备就绪

在车载充电机自检完成，且没有故障的情况，并且电池组处于可充电的状态时，车辆控制装置闭合开关 S2

供电控制装置通过测量检测点 1 的电压值判断车辆是否准备就绪，当检测点 1 的峰值电压为状态 3 的电压（6 V，不同状态对应关系如下表）时，供电控制装置闭合接触器 K1、K2 使交流供电回路导通

充电过程状态	充电连接装置是否连接	S2	车辆是否可以充电	检测点 1 峰值电压	说明
状态 1	否	断开	否	12 V	车辆接口未完全连接，检测点 2 的电压为 0
状态 2	是	断开	否	9 V	S1 被切换到 PWM 状态，R3 被检测到
状态 3	是	闭合	可	6 V	车载充电机及供电设备处于正常工作状态

                                                       表 4.1 检测点 1 的电压状态

                                                图 4.1 交流充电控制引导电路状态转换图

                                 图 4.2 无开关 S2 的交流充电控制引导电路状态转换图

（4）充电系统启动

当电动车和供电装置建立好电气连接后，车辆控制装置会先检测供电装置的最大供电电流（通过检测 PWM 的占空比，映射关系如表 3.2）、电缆的额定电流（通过测量检测点 3 和 PE 之间的电阻值，对应关系如表 2.2）以及车载充电机的额定输入电流，将三者中的最小值设置为车辆充电机的最大允许输入电流，设置完成后车载充电机开始进行充电。

充电过程中，供电控制装置需周期性监测检测点 1 和检测点 4 来确认供电接口连接状态。车辆控制装置需周期性监测检测点 2 和检测点 3 来确认车辆接口的连接状态，监测周期需要不大于 50 ms。

此外，车辆控制装置需周期性检测 PWM 的占空比，当占空比变化时实时调节车载充电机的最大允许输入大电流，监测周期需要不大于 5 s。

 

（5）充电系统正常结束充电

充电过程中当车辆达到结束充电的设置条件或者驾驶员对车辆实施了结束充电的指令时，车辆控制装置断开开关 S2，并使车载充电机处于停止充电的状态。

此时，供电控制装置应将开关 S1 切换到 +12 V的状态，当检测到 S2 开关断开时在 100 ms 内断开交流供电回路，如果超过 3s 未检测到 S2 断开则强制带载切断交流回路。对于连接方式 A 和连接方式 B，供电装置切断交流回路 100 ms 后解锁电子锁。

 

（6）充电系统非正常结束充电

对于非正常情况下停止充电的情况，标准中对以下情况进行了相应的规定:

    （a）充电过程中，当车辆控制装置检测到车辆插头和车辆插座的连接状态由完全连接变成半连接（状态 B）的状态时，车辆控制装置应在 100 ms 内停止车载充电机充电，然后断开 S2（若车辆配置 S2）。

    （b）充电过程中，当车辆控制装置检测到车辆插头和车辆插座的连接状态由完全连接变成断开连接（状态 A）的状态时，车辆控制装置停止车载充电机充电，然后断开 S2（若车辆配置 S2）。

    （c）充电过程中，车辆控制装置对检测点 2 的 PWM 信号进行监测，当信号断开时，车辆控制装置应在 3s 内停止车载充电机充电，然后断开 S2（若车辆配置 S2）。

    （d）充电过程中，如果检测点 1 的电压值为 12 V、9V、或者其他非 6V 的状态时，供电控制装置应在 100 ms 内断开交流供电回路。

    （e）充电过程中，供电控制装置对检测点 4 进行检测（对于模式 3 的连接方式 A 和连接方式 B），如检测到连接状态由完全连接变为断开，则供电控制装置需要将 S1 切换到 +12V 的状态并在 100 ms 内断开交流供电回路。

    （f）充电过程中，如果剩余电流保护装置动作，车载充电机处于失电状态，则车辆控制装置应断开 S2（若车辆配置 S2）

    （g）供电设备检测车载充电机的实际充电电流，当①供电设备 PWM 信号对于的最大供应电流 ≤20 A，且车载充电机实际工作电流超过最大供应电流 2 A 并持续 5s 时或②供电设备 PWM 信号对于的最大供电电流大于 20 A，且车载充电机实际工作电流大于最大供应电流的 1.1 倍并保持 5s 时，供电设备应在 5s 内切断交流供电回路并将开关 S1 切换到 +12V 的状态。

    （h）当车辆 S2 断开（检测点 1 的电压为 9V 时），供电控制装置应在 100 ms 内断开交流供电回路并持续输出 PWM。

    （i）当供电接口已完全连接但未闭合交流供电回路时，如果发生连接异常，供电控制装置应在 100 ms 内将 S1 切换到 +12V 的状态并且保持交流供电回路不闭合。

五、控制引导电路实例

以上内容便是关于标准中关于控制引导电路的功能要求和规范介绍，那么实际电路设计中关于控制引导电路应该如何设计呢，下面我列举了实际中一个控制引导电路的例子进行说明，该控制引导电路是基于模式 3 连接方式 C 进行设计的，具体电路原理图如下图所示：

 
                                                       图 5.1 实际应用中的控制引导电路

该设计中采用了一个双运放芯片 ADA4620-2ARZ ，第一个运放用于实现电压的放大，将 MCU 输出的 PWM 电压幅值放大到 12 V，第二个运放作为电压跟随器，对第一个运放的输出电压（CP 点的电压）进行跟随。第二个运放的输出端用 R11、R13 组成一个分压电路，用于给 MCU 采集实际的 CP 点的电压，另外电路中还使用了二极管对采样点的电压进行钳位，该电路比较简单，在此不详细叙述。

六、总结

至此，关于交流充电控制传导电路的内容便全部介绍完了，总结一下，本篇博文中分别介绍了新国标中对于交流充电控制引导电路的规定，控制引导电路所需具备的功能，以及交流充电的控制流程，最后列举说明了实际应用中控制引导电路的电路设计。希望通过阅读完本篇博文，各位朋友对于交流充电桩新国标会有进一步的了解。后续博文将会讲解关于交流充电桩中的软件设计，欢迎关注！