电动汽车充电机构成简述

电动汽车充电机一般由六部分组成，分别为功率单元、充电接口、计量单元、控制单元、供电接口以及人机交互界面。电动汽车型号不同，车载充电机的结构也不同。

如图4-1所示，车载充电机系统由主控MCU、EMI、整流滤波、PFC、全桥逆变、高频变压、BMS、人机交互等部分构成。BMS的作用主要有两点：其一是数据采集，即收集、检测电池组实时的状态，并及时对出现异常的电池单体进行保护；其二是能量管理，即可以根据电池组的状态进行充电过程控制。BMS与主控MCU之间通过CAN总线进行交互通信，BMS将电动汽车动力电池组的各种数据（如当前电量、所需充电电压及充电电流等充电需求）经CAN总线发送给充电机系统，充电机系统则根据动力电池组的实测状态及所要达到的最终状态做出相应分析和控制（如充电回路的输出电压和输出电流的功率信息）并经过CAN总线实时反馈给BMS，以满足电池组对充电的要求。

图4-1 车载充电机系统

车载充电机系统硬件电路设计主要包括充电机功率单元、主控单元、通信单元及BMS硬件设计等。

1.充电机功率单元硬件

开关电源部分是能量传递的核心单元，其可靠性和效率高低对车载充电机有着至关重要的影响。在上述系统中，前级采用有源功率因数校正，后期采用全桥变换电路拓扑结构，满足开关电源低谐波、高功率因数的要求。在开关电源硬件电路中，由交流市电220V供电，经EMI抑制模块，通过桥式整流电路后，经过主动式功率因数校正器，以提高转换效率，降低谐波影响，使整形输入的电流与电压相同。它以稳定的直流电压输出作为全桥逆变电路的输入，MOS管的通断由主控MCU输出的PWM信号控制，使直流电压逆变为交流方波，再通过高频变压器进行隔离升压，通过全桥整流后的输出为直流脉冲电压，通过滤波电路使其变为平滑的直流电压。再通过电流、电压传感器对输出的充电电流和充电电压等信号进行采样反馈，来调节全桥移相角，进而控制电源的输出。

2.充电机主控单元硬件

充电机系统需要通过主控单元进行系统控制，控制单元需要采用用主控MCU芯片。控制单元芯片需要有较高的工作频率以接收各类功率单元、通信单元、BMS单元的交互信息，并进行处理和发送控制信号。控制单元硬件需要含有CAN2.0B接口，工作的温度需要满足汽车工业级温度标准。

3.通信单元硬件

充电机系统中的通信主要集中在主控MCU与BMS之间的通信。其功能包括的输出功率、电流、电压和温度补偿等。(www.xing528.com)

4.BMS硬件设计

BMS（电池管理系统）检测电池的电压和温度，对电池组的安全使用起着重要作用。充电系统为了更高效率地工作，并保证电池的安全性，就必须通过BMS得到电池的相关数据，进而进行充电策略的控制，达到防止电池过充电、延长电池寿命的目的。

BMS（电池管理系统）通过控制器与外围电路来实现对电动汽车动力电池的管理、保护与控制。其工作原理为通过电压采集电路采集电动汽车动力电池包各个单体电池电压、动力电池组总电压等，由控制器的模-数转换器进行A-D转换，同时对流过动力电池的电流、动力电池各部分温度进行采集且传送至内置模-数转换器进行A-D转换，再由微控制器对采集的各种参数进行综合分析处理，温度管理电路可以在检测到温度异常的时候进行温度调节，而电池均衡管理系统的作用是在测量的相邻单体电池电压压差超过1%时进行均衡控制。同时测量数据能够通过液晶显示器实时显示，对动力电池组及单体电池出现异常状况时能够及时发出声光报警，并可通过通信接口单元将异常数据进行上传。

（1）系统主程序

在系统通上电之后，首先应初始化MCU、各终端、CAN总线等，再将系统运行所需参数通过按键的方式设置完成，进行与BMS的通信；电动汽车动力电池组的实时状态（如最大电流和最大功率等）将会上传给BMS，BMS根据这些状态数据进行处理，再传递给控制器，计算所需要的电压和电流值。充电回路中电流和电压传感器检测出电路的实时电压和电流值。MCU使用控制充电回路综合采集数据。在充电过程中，BMS、MCU、传感器不断地进行数据交换，及时根据当前状态进行调整，使电流或电压达到BMS要求的值。如果充电过程中出现异常，将会停止充电。系统主程序流程如图4-2所示。

（2）CAN通信子程序

CAN总线采用ISO/OSI参考模式中的三层，分别为应用层、数据链路层和物理层。基于CAN总线的通信系统，其物理层、数据链路层协议在相关器件中可以实现，软件设计中只需对应用层进行设置。BMS与充电管理系统的通信采用通信选择扩展的格式，对CAN2.0B的29位标识符做了进一步的定义，包含一个协议数据单元。其中数据单元由源地址、目的地址、帧类型、数据域、页码、保留位和优先级七部分组成。将数据域的8B分为四个部分，每个部分2B，一部分用于上位机向充电装置控制单元发送下行数据，另一部分则用于充电装置控制单元向上位机发送上行数据。图4-3所示为CAN通信流程。

图4-3 CAN通信流程

上述该车载充电机为例的充电设备具有通用性和灵活性，可有效地减少地面充电设备成本。随着电动汽车产业的发展，车载充电机的应用将更加广泛。