新能源汽车电气技术-新能源汽车充电技术-ppt

新能源汽车电气技术2018新能源汽车的高电压组件采用了自安全设计结构，其控制系统能够可靠识别会给车主和技术人员带来危险的故障，并立即关闭高电压系统，确保工作部件上不再有危险电压。即便只取下高电压部件的一个盖板，高电压系统也会自动关闭。高电压系统采用容错设计结构，因此仅出现一个故障时没有直接危险。高电压系统的自诊断功能确定故障后会将其记录在故障码存储器内，这种情况下可以无危险地继续行驶。通过本任务的学习，熟悉新能源汽车国家高压法规相关要求。任务1充电的类型和操作使用相关知识充电系统基本术语充电系统的组成充电指示灯充电类型不同类型的插电式混合动力汽车与纯电动汽车充换电方式1.充电系统基本术语目前，我国的插电式混合动力汽车与纯电动汽车对使用的动力电池组采用补充充电或更换两种服务方式，其服务网络如下图所示。电动汽车充换电服务网络家用车一般采用直流充电和交流充电方式，商用车一般采用换动力电池组的方式，如下图所示。充电时既需要车内组件，也需要车外组件。在插电式混合动力汽车与纯电动汽车上需要一个充电接口和一个车载充电器，用于转换电压。在车辆外部，除交流电压网络和充电电缆外，还需要一个执行保护和控制功能的设备。如图展示了插电式混合动力汽车与纯电动汽车内部和外部的动力电池组充电组件，并将其与传统内燃机车辆加油所需组件进行了比较。用于车辆加油和动力电池组充电的组件•不允许同时进行加油和高电压蓄电池充电两项作业操作！•插有充电电缆时不要加油，要与易燃物品保持安全距离，否则未按规定插入或拔出充电电缆时，存在因燃油燃烧等原因导致人员受伤或物品受损的危险。•车辆连接交流电压网络充电时，不允许进行与高电压系统有关的任何操作。•在充电过程中，为冷却车载充电器可能会自动接通电动水泵和电子风扇。因此在车辆上接有充电电缆的情况下，不允许进行与电动驱动装置冷却系统和电子扇有关的作业。•只能由经过相应培训的电气专业人员进行有关充电电缆、电动车辆供电设备、家用插座或充电站方面的工作。温馨提示交流充电（ACcharging）：指通过交流电对带充电系统的新能源汽车的动力电池组充电。进行交流充电时，车辆的车载充电器必须将交流电整流成直流电，并调节充电电压，使其符合动力电池组的要求。直流充电（DCcharging）：指通过直流电对带充电系统的新能源汽车的动力电池组充电。进行直流充电时，直流电被输送到动力电池组，由充电站来调整动力电池组的充电电压。CCID（充电断路装置）：被并入到一级充电电缆的内嵌设备，如果检测到车辆有漏电现象，则CCID会中断充电电缆和车辆之间的电流。充电器（Charger）：指将电气设备或其他电能供应设备输出的交流电，转变成直流充电电流的设备。车载充电器安装在车辆上，而非车载充电器则是EVSE的一部分。充电插头（Chargeconnector）：充电插头即充电枪，插入汽车充电端口对动力电池组充电。在北美地区，一级和二级充电插头遵循SAE标准J1772，该标准规定了充电插头的形状、电路和通信协议。基本术语充电口或充电插口（Chargingport或Chargeinlet）：指安装在电动汽车及插电式混合动力汽车上的电气插座，通常位于保护盖后面。充电端口或充电插口的技术标准必须与插入车辆的充电插头一致，才能进行充电。充电电缆（Chargingcable）：一级交流充电的便携式充电装置，其一端插入车辆，另一端插入220V墙壁插座。充电桩（Chargingstation）：一种用来将电能输送到插电式混合动力汽车或纯电动汽车的固定设备（通常安装在家庭车库、工作地点、停车装置或公共区域）。充电站可能如220V电气插座那样简单，也可能是适合多种车型、多种充电标准的复杂充电装置。一些公共充电站可免费使用，而有些则需缴费，并由专人操作。EVSE（新能源汽车供电设备）：指为插电式混合动力汽车和纯电动汽车充电的外部充电设备。EVSE包含所有连接交流电源且带充电插头的供电设备。基本术语2.充电系统的组成对于纯电动汽车和插电式混合动力汽车，动力电池组的充电系统是不可缺少的子系统之一，它的功能是将电网的电能转化为车载动力电池组的电能，并在动力电池组充满后自动停止充电。动力电池组充电系统主要由新能源汽车供电设备（EVSE）和车载充电部件两大部分组成。2.1新能源汽车供电设备（EVSE）车辆之外的充电部件通常称为电动汽车供电设备（EVSE）。大多数插电式混合动力汽车和纯电动汽车在设计时就已经考虑到与标准电动汽车供电设备进行对接。也有少数汽车厂家采用专有EVSE充电标准。充电系统外部设备包括以下部件：便携式充电电缆及其充电插头（一级交流充电）。配有充电电缆的充电桩（二级交流充电）。可插入汽车充电插口的充电插头（所有充电方式，将在任务2中详细介绍）。（1）便携式充电电缆及其充电插头便携式充电电缆就是一条充电线，像手机一样，只要带着这根线，任何有普通电源插口的地方都可以充电。其体积和质量均较小，因此使用非常方便，如图所示。便携式充电电缆及其充电插头包括以下组件：不同国家规格插头，用于带保护触点的普通家用插座。不同国家规格插头与“集成式电缆箱”之间的电缆连接。“集成式电缆箱”用于将普通家用插座3孔插头转换成可连接车辆的充电枪装置。“集成式电缆箱”与连接车辆接口的充电枪之间的电缆连接。用于车辆接口的充电枪。比亚迪e5便携式充电电缆及其充电插头便携式充电电缆及其充电插头是交流电压网络与车辆直流高电压车载网络之间的电气连接设备。将交流电压网络连接到带保护触点的普通家用插座上（不带车载充电器）。比亚迪e5使用的这种便携式充电电缆及其充电插头，针对车辆充电接口始终采用单相设计。插头的设计原理可确保其首先与保护触点连接。通过搭铁线使车辆搭铁。可将便携式充电电缆及其充电插头放在行李箱内。由于需要使用普通家用插座将便携式充电电缆及其充电插头连接到交流电压网络上，限制了最大充电电流强度。交流电压网络电压为110~240V，通过单相方式传输至车辆。交流电压网络的理论最大充电功率Pmax=UmaxImax=7.7kW。在德国，针对交流电压网络提供的相关产品型号可使用最大16A的电流或最大3.7kW的充电功率，属于车载慢充系统，该系统需要提升低压转高压的转化效率。虽然插电式混合动力汽车与纯电动汽车的动力电池组也可通过制动能量回收进行部分充电，但当插电式混合动力汽车和纯电动汽车与本地电能供应公司的交流电压网络连接时，会进行“正常”充电过程。此时，从交流电压网络获取能量，并传输至插电式混合动力汽车与纯电动汽车的直流高电压车载网络中。操作和使用便携式充电电缆时，必须参考相关制造商的使用说明。不允许相关维修站点人员对便携式充电电缆及其充电插头进行保养或维修。便携式充电电缆及其充电插头损坏或故障时应联系制造商。温馨提示3.7kW交流充电在很多国家均为标准配置。这种充电方式的优势在于，动力电池组充电时可将充电电缆连接到任何带有保护触点的普通家用插座上。但这样会使充电电流强度限制为低于16A。例如在德国通过交流电压网络供电时，最大充电功率为3680W（U×I=230V×16A）。从纯粹的计算角度来说，使之前完全放电的插电式混合动力汽车及纯电动汽车的动力电池组重新充满电大约需要持续7h。为减少最大充电功率使用时间，不允许以最大充电电流充电，因此实际充电持续时间更长。需要注意的是，使用家用插座为新能源汽车充电时，也需要考虑插座及线路的承受能力，如果采用一些劣质插座，则可能导致充电插座烧毁、线路烧熔等安全事故。注意：只能由经过相应培训的电气专业人员进行固定安装式充电桩的安装、保养和维修。（2）固定充电桩插电式混合动力汽车与纯电动汽车供电设备型号根据尺寸和电气要求必须以固定方式安装，例如用户屋内或车库内，在公共场所，例如停车场，也可设立充电桩。固定安装式充电桩设备（简称充电桩）分为交流电充电桩和直流电充电桩。交流电充电桩可通过2相（美国）或3相（德国）方式将交流电充电桩连接至交流电压网络，但始终通过单相方式与新能源汽车充电接口连接。在我国，固定安装式交流电充电桩包括落地式和挂壁式两种，如图所示。与便携式充电电缆及其充电插头不同，在此最大电流强度可为32A，最大充电功率可为7.4kW。这些最大值由安装场地电气所用导线横截面积决定。进行安装时，电气专业人员根据导线横截面积进行充电桩配置，从而确保通过控制信号可将相应最大电流强度传输至车辆。交流充电桩在美国，充电电缆与交流电充电站之间不允许使用插接件，因此客户无法断开充电电缆与交流电充电站的连接。直流电充电桩是固定安装式充电桩的另一种形式，如图所示。与交流电充电桩不同，在直流电充电桩内已将交流电压转化为直流电压。因此，在新能源汽车上无须通过车载充电器将交流电压转化为直流电压。直流电充电桩通常可提供远高于交流电充电桩的充电功率。因此，通过直流电充电桩可更迅速地为动力电池组充电。直流充电桩2.2车载充电部件一般而言，带充电系统的新能源汽车会有几个与外部充电设备相搭配的车载充电部件：将交流电整流成直流电的充电器（交流充电方式）。车载充电接口和充电控制系统。（1）充电器充电器指将电网提供的交/直流电转化为车载动力电池组所需的直流电的装置（即AC/DC变换器）。纯电动汽车和插电式混合动力汽车的充电器分为车载充电器（安装在车内）和非车载充电器（安装在充电桩内）两种。车载充电器指将AC/DC变换器安装在插电式混合动力汽车或纯电动汽车上，采用地面交流电网或车载电源对动力电池组进行充电的装置。车载充电器通常使用结构简单、控制方便的接触式充电器，也可称为感应充电器。其充电方式包括家用普通插座充电和充电桩充电两种。如图所示为北汽EV160车载充电器。为便于统一管理和数据交换，比亚迪e5的车载充电器已经与其他高压组件做成一个四合一的整体。车载充电器负责与交流电网建立连接并满足车辆充电的安全要求，此外还通过控制导线与车辆建立通信。这样可以安全启动充电过程并在车辆与车载充电器之间交换充电参数（例如最大电流强度）。北汽EV160车载充电器非车载充电器指将AC/DC变换器安装在地面充电装置内，主要包括专用充电机、专用充电站、通用充电机、公共场所充电站等，它充电速度快，但价格昂贵。非车载充电器根据充电时的能量转换方式可分为接触式和感应式。通过充电设备直接连接到车辆充电接口的都属于接触式。感应式充电是利用高频交流磁场的变压器原理，在车内产生感应电流，以达到给动力电池组充电的目的，如图所示。感应式充电相对于传统充电设备，感应充电系统的优势在于充电设施与动力电池组之间不需要电缆连接。感应充电系统包含两个部分：安装于车辆底部的二次绕组，安装在充电车位地面上的一次绕组。独特的绕组排列设计，实现了系统的小型化和轻量化，以及感应磁场在三维空间的有效分布。电能通过绕组之间形成的交变磁场输送至车辆，不需要任何触点或电缆连接，目前可实现的充电功率为3.6kW。这种充电方式的效率超过90%，已经可以为新能源汽车的动力电池组提供高效、便捷、安全的充电服务。感应式充电设备的所有导电部件均有绝缘保护措施，其使用不受天气条件的制约，即使是雨雪天气也不会对供电产生负面影响，这意味着一次绕组甚至可以安装在室外。在充电过程中，系统的电磁辐射也保持在最低水平。一次绕组和二次绕组之间的工作空间被持续监测，检测到有异物进入时充电过程会立即中止，以保证用电安全。（2）车载充电接口插电式混合动力汽车与纯电动汽车车载充电可分为快充和慢充两种。为保证充电快速高效，要使用特定的充电接口进行充电，像在传统车辆上必须打开燃油箱盖一样，需按压充电接口盖或操作遥控钥匙开锁按钮使充电接口盖开锁。此外，充电时需要保证整车的防水密封性符合要求，通过另一个端盖防止真正的充电接口受潮和弄脏，如图所示。保证车载充电接口能够承受存在瞬时大电流的充电过程。充电口防潮保护装置车载充电接口一般设置在车辆的侧部（原加油口位置）或前部（车标后面），不同厂家的设置方式存在一定差异。比亚迪e5的车载充电接口安装在车标后面，如图所示，左侧插孔为交流充电接