5新能源汽车充电系统

第五章充电系统第五章充电系统5.1充电系统概述第五章充电系统1.纯电动汽车充电机电动汽车充电机的分类有不同的方法，总体上可分为车载充电机和非车载充电机。（1）车载充电机车载充电机指安装在电动汽车上的，采用地面交流电网和车载电源对蓄电池组进行充电的装置，包括车载充电机、车载充电发电机组和运行能量回收充电机。车载充电机通常使用结构简单、控制方便的接触式充电器，也可以是感应充电器，完全按照车载蓄电池的种类进行设计，针对性较强。第五章充电系统（2）非车载充电机非车载充电机即地面充电机。根据充电场所和充电需求的不同，地面充电机主要应用于家庭、充电站及各种公共场所。为了满足各种蓄电池的各种充电方式，通常地面充电机的功率、体积和重量都比较大，一般设计为大充电率。由于地面充电机和蓄电池管理系统在物理位置上是分开的，因此它们之间必须通过有线或者无线进行通信。第五章充电系统2.电动汽车充电方式（1）传导式充电方式传导式充电方式又称接触充电方式，接触充电方式通常采用传统的接触器控制，使用者把充电电源接头（插头）连接到汽车上（插座），即利用金属接触来导电。接触充电方式的最大优点是：技术成熟、工艺简单和成本低廉。接触充电方式的缺点是：导体裸露在外面不安全，而且会因多次插拔操作，引起机械磨损，导致接触松动，不能有效传输电能。接触式电的最大问题在于它的安全性和通用性，为了使它满足严格的安全充电标准，必须在电路上采用许多措施使充电设备能够在各种环境下安全充电。第五章充电系统（2）无线充电方式电动汽车无线充电方式的研究目前主要集中在感应式充电方式，不需要接触即可实现充电。感应充电方式是采用感应耦合方式充电，即充电电源和汽车接受装置之间不采用直接电接触的方式，而是采用由分离的高频变压器组合而成，通过感应耦合，无接触式传输能量。采用感应耦合方式充电，可以有效解决接触式充电的缺点。感应充电的最大优点是安全，因为充电器与车辆之间并无直接的电接触，即使车辆在恶劣的气候下，如雨雪天，充电也无触电的危险。第五章充电系统3.电动汽车充电模式现今普遍存在常规充电、快速充电和蓄电池组快速更换三种模式如表5-1所示。充电模式分类特点用途常规充电方式小电流充电充电电流约为15A，充电功率小，一般为1~3kW。充电时间通常为8~10小时。私家车、市内环卫车、企业商务车等车辆日均行驶里程都在蓄电池的续驶里程范围之内。中电流充电充电电流为30~60A,充电功率一般为5~20kW，采用三相四线制380V供电或单相220V供电。购物中心、饭店门口、停车场等公共场所的小型充电站。快速充电一般充电电流为150~400A。充电机功率很大，一般为50~100kW，采用三相四线制380V供电。充电时间为20分钟至2小时内。在车辆运行的间隙进行快速补充电来满足运营需要，如公交车、出租车等车辆。蓄电池组快速更换直接更换电动汽车的蓄电池组来达到为其充电的目的，时间一般5~10分钟。车辆的蓄电池组为标准化设计，易更换的车辆，例如运营车辆。第五章充电系统（1）常规充电方式蓄电池在放电终止后应立即采用小电流或中电流以恒压或恒流方式充电（在特殊情况下也不应超过24小时），一般充电时间为5~8小时，甚至长达10~20小时，这种充电称为常规充电（普通充电）。尽管常规充电的充电时间较长，但可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本，并可提高充电效率和延长蓄电池的使用寿命。第五章充电系统1）常规充电方式类型常规充电分为小电流充电和中电流充电两种方式。小电流充电方式是以较小的电流根据动力电池的充电曲线进行充电，充电时间通常为8~10小时，因采用恒流、恒压充电方式对蓄电池动力电池充电，使整个充电过程更接近动力电池的固有特性，可有效避免动力电池的过充和欠充问题。这种方式以比较低的充电电流为动力电池充电，相关技术成熟可靠，充电机的工作和安装成本也比较低。小电流充电方式主要应用于家庭充电场合，典型的充电电流约为15A，充电时间为8~10小时（充到95%以上）。这种充电方式对电网没有特殊要求，直接从低压照明电路取电，充电功率小，一般为1〜3kW。第五章充电系统中电流充电方式主要应用在购物中心、饭店门口、停车场等公共场所的小型充电站。小型充电站的充电电流为30〜60A,充电功率一般为5~20kW，采用三相四线制380V供电或单相220V供电，计费方式是投币或刷卡，用户只需将车停靠在小型充电站指定的位置上，接上电线即可开始充电。该方式的充电时间是：补电1~2小时，充满5~8小时（充到95%以上），在小型充电站使用中电流充电1小时，电动汽车的行驶里程可增加40km。第五章充电系统2）常规方式的充电模式电动汽车蓄电池类型不同，适应的充电模式也不同。常规充电方式采用的充电模式有：第五章充电系统名称分类充电过程特点常规方式的充电模式恒流充电模式恒流充电模式是指电流维持在恒定值的充电模式，也是最常用的充电模式。控制简单，设备简单，仅适用于部分蓄电池（如Ni/MH)，不能将蓄电池组完全充满电，充电效率低。分级恒流充电模式分级恒流充电模式是在普通恒流充电方式的基础上发展而来的，在初期用较大的电流进行充电，充电一定时间或充电电压达到一定值后改用较小电流，再充电一定时间或充电电压达到另一更高值后改用更小的电流。这种充电方式的效率较高，所需充电时间较短，充电效果也比较好，并且对延长蓄电池组使用寿命有利，但对充电机系统有较高的要求。分级恒流充电模式适用于Ni/MH蓄电池和锂离子蓄电池的前期充电。低压恒压浮充模式低压恒压浮充模式不同于通常的将均充和浮充分开进行的方式，充电电源一直按照稳压限流的方式工作，蓄电池在浮充状态下渐渐补足失去的能量，直到充电至终止电压。这种充电方式具有原理简单、实现方便等特点，但有可能会导致蓄电池欠充，而且长时间充电会损害蓄电池组，加速蓄电池自放电，适用于锂离子蓄电池。梯度恒压充电模式。在充电时根据电流衰减情况逐步提供充电电压，电流呈阶梯方式下降。在充电初期1~3小时），蓄电池电压呈直线上升；在充电中期（3~7h),充电电流接近指数衰减；在充电后期（8~12h),当充电电流小于设定值时，终止充电或转入涓流充电阶段。梯度恒压充电模式综合了恒流充电方式和恒压充电方式的优点。第五章充电系统2.快速充电快速充电又称应急充电，是以较大电流短时间在电动汽车停车的20分钟至2小时内,为其提供短时充电服务，一般充电电流为150~400A。快速充电不同于常规充电所采用的恒流、恒压充电方式。该充电方式是以150〜400A的大电流对蓄电池进行恒流充电，力求在短时间内充入较大的电量，充电时间应该与燃油车的加油时间接近，因此快速充电也可称为迅速充电，主要应用于大型充电站。第五章充电系统3.蓄电池组快速更换蓄电池组快速更换，通过直接更换电动汽车的蓄电池组来达到为其充电的目的。蓄电池组快速更换的时间与燃油汽车加油时间相近，需要5~10分钟，快换可以在充电站、换电站完成，电动汽车蓄电池不需现场充电，但是需要电动汽车的车载蓄电池实现标准化，即蓄电池的外形、容量等参数完全统一，同时，还要求电动汽车的构造设计能满足更换蓄电池的方便性、快捷性。由于蓄电池组重量较大，更换蓄电池的专业化要求较强，需配备专业人员借助专业机械来快速完成蓄电池组的更换。换电站的主要设备是蓄电池拆卸、安装设备。第五章充电系统5.2充电接口充电接口是指用于连接活动电缆和电动汽车的充电部件，它由充电插座和充电插头两部分组成，是传导式充电机的必备设备，充电插头在充电过程中与充电插座进行结构耦合，从而实现电能的传输。GBT20234.2-2015《电动汽车传导充电用连接装置第2部分：交流充电接口》和GBT20234.3-2015《电动汽车传导充电用连接装置第3部分：直流充电接口》两个国家标准，对充电接口进行了规范。第五章充电系统1.慢充接口(1)慢充接口的位置不同品牌或车型车型的慢充接口的位置可能有所不同，常见于例车辆的左后或右后轮穴上侧，如下图5-1所示：图5-1慢充口位置第五章充电系统(2)慢充接口定义慢充接口如图5-2所示，各脚含义如表5-3所示图5-2慢充接口第五章充电系统表5-3慢充接口各脚含义序号端子名称作用1L1交流电源(单相)2L2定义交流电源(三相)3L3交流电源(三相)4N中线5PE保护接地(PE),连接供电设备地线和车辆电平台6CC充电连接确认7CP控制导引第五章充电系统2.快充口(1)快充口位置北汽新能源目前大部分车型的快充口都设置在前中网车标的后方，早期的部分车型快充口安装在前机舱内，每次快充时要开着前机舱盖才可以，EC180车型没有快充功能，ARCFOX-1的快充口位于车辆右后轮穴上侧。第五章充电系统(2)快充接口定义快充接口如图5-3所示，各端子含义如下表5-4所示：图5-3快充接口第五章充电系统表5-4快充接口各脚含义序号端子名称作用1DC+直流电源正2DC—直流电源负3PE保护接地（PE)4S+充电通信CAN_H5S-充电通信CAN_L6CC1充电连接确认7CC2充电连接确认8A+低压辅助电源正9A—低压辅助电源负第五章充电系统3.连接方式电动汽车接入电网的方式分为A、B、C三类，如下表5-5所示：连接方式类型连接方式描述连接方式简图A将电动汽车和交流电网连接时，使用和电动汽车永久连接在一起的充电电缆和供电插头（电缆组件是车辆的一部分）B将电动汽车和交流电网连接时，使用带有车辆插头和供电插头的独立的活动电缆组件（可拆卸电缆组件不是车辆或者充电设备的一部分。）C将电动汽车和交流电网连接时，使用了和供电设备永久连接在一起的充电电缆和车辆插头（电缆组件是充电设备电的一部分）第五章充电系统4.充电模式依据相关的国家标准规定，电动给汽车到电网（电源）给电动汽车供电的连接方有四种模式，如下表5-6所示：第五章充电系统类别描述简图备注模式1将电动汽车连接到交流电网（电源）时，在电源侧使用了符合GB2099.1和GB1002要求的插头插座，在电源侧使用了相线、中性线和接地保护的导体。应采用单相交流供电，且不允许超过8A和250V。不应使用模式1对电动汽车进行直接充电。模式2在电源侧使用了符合GB2099.1和GB1002要求的插头插座，在电源侧使用了相线、中性线和接地保护的导体。并且在充电连接时使用了缆上控制与保护装置（IC-CPD）。应采用单相交流供电。电源侧使用符合GB2099.1和GB1002要求的16A插头插座时输出不能超过13A；电源侧使用符合GB2099.1和GB1002要求的10A插头插座时输出不能超过8A。应具备剩余电流保护和过流保护功能。模式3将电动汽车连接到交流网（电源）时，使用了专用供电设备，将电动汽车与交流电网直接相连，并且在专用供电设备上安装了控制导引装置。模式3应具备剩余电流保护功能。连接方式A、B、C适用于模式3。采用单相供电时，电流不大于32A。采用三相供电且电流大于32A时，应采用连接方式C。模式3注意事项:应具备剩余电流保护装置；采用单相供电时，电流应不大于32A；采用三相供电时，电流应不大于63A;采用三相供电时，电流大于32A时应采用方式C；模式4将电动汽车连接到交流电网或直流电网时，使用了带控制导引功能的直流供电设备。模式4可直接连接至交流电网或直流电网。仅连接方式C适用于模式4第五章充电系统5.3车载充电机1.车载充电机定义车载充电机是采用高频开关电源技术，主要功能是将交流220V市电转换为高压直流电给动力电池进行充电，保证车辆正常行驶。同时车载充电机提供相应的保护功能，包括过压、欠压、过流、欠流等多种保护措施，当充电系统出现异常会及时停止充电，相对于传统工业电源，具有效率高、体积小、耐受恶劣工作环境等特点。车载充电机工作过程中需要协调充电桩、BMS等部件。第五章充电系统2.车载充电机的安装位置车载充电机既可以独立安装（图5-4）也可以与其它部件集成安装（图5-5）。图5-4独立安装的车载充电机第五章充电系统图5-5与其它部件集成安装的车载充电机第五章充电系统3.车载充电机内部构造车载充电机内部可分为3部分，主电路、控制电路、线束及标