交流充电桩的工作原理

　　和车辆之间“握手”是通过模拟电平实现的。因为涉及到几种模拟信号在不同阶段、不同场景下的不同跳变，逻辑设计如果不够严谨，很容易出问题。特别是，现在市面上的交流桩逻辑处理不尽相同！

　　交流充电模式可采用模式2和模式3。模式2就是使用“缆上控制器”进行充电，一头为交流插头，一头为充电枪，中间的小黑盒为“缆上控制器”（现在慢慢都称为模式二充电盒）。模式3使用交流桩进行充电。最常见的连接方式有连接方式B和连接方式C。连接方式B指的是交流枪线可以从交流桩上取出来，方式C则是固定在交流桩上的。市面上常见的是方式C。在电路原理上模式2，模式3的连接方式B和连接方式C是一样的。

　　交流桩通过图示检测点1处的电平值来确认充电枪是否连接完好。 在初始状态下，S1接通12V。 插枪成功后，车辆端的R1和交流桩里面的R3分压，检测点1处电平值由12V变为9V(有效范围为8.2V~9V)电平后，交流桩将S1切换到PWM状态。附录的标称值为：R1阻值为1KΩ,R3阻值为2.74KΩ。12V*R3/（R1+R3）=8.79V。

　　这里还涉及到一个概念，就是插枪唤醒。 CC/CP电路需要先工作起来，处在待机状态，才可能识别CC信号。 如果一直通过车辆端的蓄电池供电，长时间很容易让蓄电池亏电。因此，需要一个电路， 在插枪之前只检测CC的一小部分低功耗电路供电（一般要求静态休眠电流1mA）,当充电枪插入后，可以唤醒辅助电源给整个CC/CP电路供电。了解这一个思路，具体的实现就最简单了，这里不做表述。只需检测检测点3串入CC检测电路的阻值正常（1.5KΩ/10A,680Ω/16A,220Ω/32A,100Ω/32A），就认为充电枪和慢充枪座处在“完全连接”状态。

　　国标还赋予了CC信号一个新的功能，是通过阻值的不同来判断充电线缆的过电流能力。最常见的交流供电电流分为10A（普通10A交流插座）、16A（家用空调插座）、32A三档，64A的就很少见了。对于节约社会资源、桩企物料成本和减轻重量，对枪线设置不一样规格是很有必要的。特别是对新兴事物---小功率直流充电设备的充电线缆更有必要。但是作者觉得特意使用CC信号阻值来识别线缆过电流能力，其实是考虑到充电模式3的连接方式B的应用场景。因为在连接方式C中，

　　充电桩企在设计时就已经知道线缆的过电流能力，只需要在CP信号中对总的过电流能力予以体现就可以了。

　　这里还有一个问题，就是这三个档位的识别范围，在设计中需要基于蓄电池的电压范围。因为整个CC/CP电路建立在蓄电池电平基础上。蓄电池的电压值影响到CC检测结果。如果没有考虑到这一点，就会出现在某个蓄电池电压点，CC检测非正常现象。这是交流充电系统没有通信协议，完全基于模拟信号传递充电信息的严重弊端。

　　这里对半连接这种情况的处理，每家车厂要求是不一样的。最常见的处理是，当按下S3半连接，在任何阶段都认为是用户要结束充电，因此中断充电，弹开电磁锁，允许拔枪。比较少见的是为了防盗，按下S3半连接，也不允许拔枪，除非做另外的确认操作，比如刷卡。这里的S3开关本身是没办法阻止拔枪这一个动作的，阻止它的是电磁锁，这个会在后面讲到。

　　充电桩停止供电。拔枪断锁的这一段时间最好控制在1S内，以不至于影响用户拔枪体验。

　　国标要求对于连接方式C中的充电接口和连接方式B中的供电接口，都要有锁止装置，也就是电磁锁。交流供电电流为10A和16A档位的供电设备能没有电磁锁。主要考虑到大电流的强拔带来的触点氧化和不正常拔枪可能带来的触电风险。交流充电接口的电磁锁是配置在车辆接口里的（直流充电接口电磁锁是配置在枪头上的），它的作用就是，通过弹针卡住充电枪头或者S3开关，使得充电枪无法拔出。

　　那么电磁锁应该在何时锁上，何时断开。国标要求：“完全连接后，如果车辆插座内配备有电子锁，电子锁应在开始供电（K1与K2闭合）前锁定车辆插头并在整一个完整的过程中（状态3）保持”。也就是一旦检测CC正常后，就可以闭合电磁锁了。国标并没有规定何时断开电磁锁。作者觉得断开电磁锁满足条件为：充电被终止（人为按下S3、充电桩断开CP、电动汽车断开S2）、和其他故障。这里并没有强调是什么故障，有的充电机内部故障是可以一段时间内的自恢复的，或者CP故障的自恢复。

　　充电接口中的锁止电磁锁按照驱动方式大致上可以分为脉冲式和保持式。脉冲式就是电磁锁的锁止和解锁需要一个正向和反向的脉冲驱动电平即可。这个驱动脉宽时间不宜过长，一般为300ms~1000ms。保持式就是电磁锁的锁止是需要一个持续的高电平驱动的。保持式的电磁锁的优点是，可以有效的预防出现因为意外断电导致电磁锁无法拔出这种尴尬的情况。脉冲式的电磁锁优点是功耗会更小。交流充电座中的电磁锁一般为脉冲式的。它的驱动电路也不难，用H桥驱动就可以了。

　　车载充电机的研发工程师可能比较了解电磁锁的信号线，有的有两个反馈信号，有的只有一个。电磁锁的反馈原理其实很简单，就是一个开关信号。当电磁锁锁止，这个开关闭合短路。当电磁锁解锁，这个开关断开开路。如果反馈信号有两个线，那么这个反馈开关是独立的，开关两端就是两根反馈信号。如果只有一个反馈信号线，那么这个反馈开关一头和电磁锁驱动负（Lock-）相连，一头就是反馈信号。两种反馈的原理是一样的，但是对于CCCP控制器检测电磁锁反馈电路上做相应区分就可以了。

　　对于脉冲式电磁锁的逻辑一定要处理好。如果处理不好，电磁锁反复锁止断开，或者持续的正负电平，都会损坏电磁锁。对电磁锁反馈信号检测到的电磁锁故障，一般是不做故障处理，不应影响正常的充电进行的，但是能对电磁锁故障上报VCU处理。那假如发现交流充电枪突然锁死在枪座上，而电磁锁无法解锁怎么办呢。一般在充电座后面电磁锁上有一个强制解锁的拉环，把手通过轮胎上面伸进去就可以拉开，如果实在不行就只能去4S店处理了。

　　充电桩内部电阻R1和车辆内部电阻R3分压，检测点1处电平由12V变为9V。此时，充电桩判断充电枪已和车辆插接良好。

　　对于充电桩而言，所有的握手信息都来源于检测点1的信号。检测点1的电平从12V变为9V，充电枪已插接好；检测点1电平充9V变为6V，车辆已准备好充电，充电桩闭合K1、K1交流接触器，给车辆供给交流电；检测点1电平从6V变为9V，收到车辆结束充电通知，断开K1，K2，断开交流电（这一段时间需在100ms内实现）。

　　CP的占空比用来体现了交流充电桩的最大供电电流能力，车辆端的充电功率使得交流电流大于此限值。国标规定CP占空比的识别有效值区间为8%到90%。不在这个区间内的值都为不正常，不能充电。国标详细规定了CP信号的频率，上升下降时间，阻值有效电平范围，具体的对应电流关系等，有表格能查阅，这里不做表述。

　　在模式3的充电桩中，绝大部分是需要刷卡上下电的。充电刷卡对应的操作为切换S1到PWM信号，或者闭合K1，K2供给交流电。结束充电刷卡对应的操作为断开S1开关，或者断开K1，K2断开交流电。这里的两个或者就是市面上交流充电桩的差异。因为国标并没有对刷卡这一动作进行规范，所以才有了这些差异性。

　　交流充电桩充电过程中，使用磁卡刷卡交流充电桩结束充电，此时断开了K1，K2开关，交流电断开，但是S1开关并未动作，CP占空比仍然正常。那么此时车辆端是否应该解开电磁锁呢？