电动汽车充电桩电气、硬件、软件技术解析

本章教学内容电气部分硬件软件基础知识交流充电桩直流充电桩充电桩附件解析本章教学要求掌握充电桩电气原理掌握充电桩的控制流程理解控制器的功能和硬件基本原理充电桩基本知识充电模式连接方式充电枪/座–交流–直流参考资料：GB/T18487.1-2015GB/T20234.1-2015GB/T20234.2-2015GB/T20234.3-2015充电模式模式1交流–插座直连模式2交流–插座直连+控制和保护装置模式3交流–带控制引导装置的专用交流充电设备模式4直流–带控制导引功能的直流充电设备连接方式分类依据：–使用电缆和连接器将电动汽车接入电网的方法分类：A/B/C充电设备分类充电模式连接方式充电设备备注1B供电设备由电缆组件组成便携式交流2B供电设备由带有功能盒的电缆组件构成便携式交流3B供电设备由充电设备和电缆组件组成交流3C供电设备由充电设备构成交流4C供电设备由充电设备组成直流交流充电桩插座-GB直流充电桩插座-GB耦合顺序：PECC2DC+DC-A+A-S+S-CC1直流充电枪125A直流充电口插座125A充电枪/插座案例直流交流交流充电桩基本构成功能要求技术条件控制引导电路与原理充电流程硬件设计软件设计案例分析基本构成充电桩由桩体、电气模块、计量模块等部分组成。–桩体包括外壳和人机交互界面；–电气模块包括接触器、控制引导电路、充电插座、电缆转接端子排、安全防护装置等。交流充电桩（桩体，电气模块）刷卡触摸屏网络功能LAN/WIFI/2G/3G/4G计量功能需求人机交互功能–充电桩应能显示或借助外部设备显示各状态下的相关信息，显示字符应清晰、完整，没有缺损现象，不应依靠环境光源即可辨认。–充电桩宜具备手动设置充电参数的功能。计量功能–充电桩宜具备电能计量功能。–充电桩宜提供实施电能表现场检定的接口。功能需求付费交易功能–充电桩应具备付费交易功能，实现充电控制及充电计费。•IC卡•二维码支付通信功能：与外部通信的接口。–LAN/WIFI/2G/3G/4G–蓝牙功能需求安全防护功能–急停开关；–主回路应具备带负载分合电路功能；–过负荷保护、短路保护和漏电保护功能；–D级防雷装置；–电子锁止装置，锁止装置在充电过程中应保持锁止状态；–接触器故障检测功能。技术要求环境需求–工作环境温度：-20℃～+50℃–相对湿度：5％～95％–海拔高度：≤1000m电源要求–额定电压：单相交流220V/三相交流380V–额定电流：10A/16A/32A/63A–允许电压波动范围：220V±10%，380V±10%–频率：50Hz±1Hz控制引导电路确认连接状态–车辆控制装置通过测量检测点3与PE之间的电阻值来判断车辆插头与车辆插座是否完全连接。（对于连接方式B和C）。–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B）。控制引导电路控制引导电路控制引导电路设定容量----枪头电阻/PWMDUTY–车辆控制装置通过测量检测点3与PE之间的电阻值来确认当前充电连接装置（电缆）的额定容量。RC充电电缆额定容量1.5KΩ/0.5W10A680Ω/0.5W16A220Ω/0.5W32A100Ω/0.5W63A控制引导电路设定容量---通过PWM占空比/枪头电阻–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。PWM占空比D最大充电电流Imax(A)D=0%连续-12V充电桩不可用D=5%5%的占空比表示需要数字通信，且需要在电能供应之前在充电桩与电动汽车之前建议通信10%≤D≤85%Imax=D*100*0.685%D≤89%Imax=(D*100-64)*2.5，且Imax≤63A90%D≤97%预留D=100%,连续正电压不允许充电模式/连接方式3A2B充电模式/连接方式实物案例充电模式/连接方式3B3C充电模式/连接方式实物案例控制引导电路的推荐参数充电流程有S2开关插枪锁枪输出脉冲闭合S2闭合接触器断开S2开锁拔枪断开接触器T1-T1’小于10minT1’-T2小于3sT2-T2’小于3sR1D1PWMR3R2S2车辆接口检测点1检测点2桩车充电流程无S2开关插枪锁枪输出脉冲闭合接触器开锁拔枪断开接触器T1-T1’小于10minT1’-T1’’小于3sR1D1PWMR3R2S2车辆接口检测点1检测点2桩车交流充电桩硬件设计电气设计–电气原理–器件选型•漏保•继电器/接触器•智能电表•枪主控制器设计–主控制板–刷卡模块–触摸屏幕–通信模块L内部供电LNPECP检测PWMCC检测NPECPCC交流输入交流充电枪电压检测电流检测急停检测漏保继电器防雷浪涌急停ACDC继电器控制刷卡通信接口显示通信接口调试接口LED灯控制电源充电故障微控制器交流充电桩控制器交流充电座或温度检测网络通信接口电子锁智能电表电表通信交流充电桩电气原理总图控制器接线图漏电保护器的选用(RCD)AC–应用于交流故障电流的漏电保护A–应用于交流和脉动直流故障电流的漏电保护B–应用于交流、脉动直流和平滑电流故障电流的漏电保护继电器/接触器优缺点–价格–分断能力–反馈触点建议–32A/63A接触器–10A/16A继电器智能电表GB/T18487.1-201510.2.5交流充电枪参照标准–GB/T20234.1-2015–GB/T20234.2-2015交流充电枪–配线长度5米–配线线径2.5平方/16A6平方/32A桩端插座–配线线径2.5平方/16A6平方/32A–电子锁主控制器设计单片机选型–8位/16位/32位–UART串口(=3路)-RS232，RS485–CAN接口(=1路)–PWM接口–AD接口交流电流电压采样–电压/电流采样（互感器）–电表PWM驱动电路主控制器设计电子锁驱动电路–驱动芯片/继电器数字输出，指示灯驱动–LED指示灯/LED灯带网络接口–串口------LAN–串口------WIFI–串口------GPRS枪头温度检测–NTC控制器原理图单片机电路型号：MC9S12G128–汽车级16位微控制器，低成本、高性能。–总线频率为25MHz的S12CPU内核提供业界公认的S12架构和处理能力–汽车级16位微控制器，低成本、高性能。–128KFLASH–4KBEEPROM–8KRAM–CAN模块（支持CAN协议2.0A/B）–三个串行通信接口PWM控制电路占空比输出控制电路12V/PWM频率=1000Hz光藕TLP350检测点1引导电路控制CP检测–比较器–光耦CC检测–光耦交流电压/电流采样电路电压采样–电压传感器电流采样–互感器电子锁驱动电路H桥驱动–直流电机型电子锁继电器驱动–直流电机型电子锁–电磁阀继电器控制及LED控制LED控制–50mA–500mA接触器控制–通过继电器控制主接触器或主继电器–带反馈控制，检测接触器开合状态控制器网络通信模块电压/电流采集网口RS232温度采集电子锁控制电路数字输入接触器控制控制引导电路RS485单片机项目参数尺寸300x120x70mm输入电压AC220V单相±20%额定功率3.2kw重量3kg使用温度-45℃~85℃电缆长度3.5m漏电保护30mA插拔寿命1000次参考标准GB/T20234.1-2011GB/T18487-2011案例分析—便携式充电桩交流输入插头16A大三角交流充电枪主控制板案例分析—便携式充电桩工频变压器电流互感器主控单片机继电器零序电流互感器保险丝组成部分功能工频变压器供电-低压部分主控单片机充电逻辑控制电气保护功能电流互感器检测电流，提供过流保护使用继电器充电回路主开关保险丝电路保护零序电流互感器漏电保护作用进线出线案例分析—标准交流充电桩项目参数尺寸1200x350x300mm输入电压AC220V单相±20%额定功率7kw额定电流32A使用温度-20℃~50℃充电连接方式3B参考标准GB/T20234.1-2011GB/T18487-2011案例分析—标准交流充电桩刷卡器触摸屏HMI充电枪座子充电控制器开关电源计费控制单元接触器触摸屏HMI指示灯急停刷卡处充电口案例分析—标准交流充电桩交流充电桩使用案例TELSABMW交流充电桩使用案例荣威550plug-inBYD秦使用困境：使用不方便过度担心安全