新能源汽车电动汽车充电技术

1、 第 1 页新能源汽车课件 第6章电动汽车充电技术新能源汽车电动汽车充电技术第1页 第 2 页目 录6.1 电动汽车充电装置6.1.1电动汽车对充电装置要求6.1.2电动汽车充电装置类型6.1.3 电动汽车充电方法6.1.4 电动汽车充电方式6.2电动汽车充电机6.2.1电动汽车充电机类型6.2.2 电动汽车充电机电气参数和技术指标6.2.3 电动汽车充电机技术要求6.2.4 电动汽车充电机实例新能源汽车电动汽车充电技术第2页 第 3 页6.1 电动汽车充电装置电动汽车产业能否得到快速发展，充电技术是关键原因之一。智能、快速充电方式成为电动汽车充电技术发展趋势。蓄电池充电装置是电动汽车不可缺乏

2、系统之一，它功效是将电网电能转化为电动车车载蓄电池电能。新能源汽车电动汽车充电技术第3页 第 4 页6.1.1电动汽车对充电装置要求（1）安全性。电动汽车充电时，要确保人员人身安全和蓄电池组安全。（2）使用方便。充电装置应含有较高智能性，不需要操作人员过多干预充电过程。（3）成本经济。成本经济、价格低廉充电设备有利于降低整个电动汽车成本，提升运行效益，促进电动汽车商业化推广。（4）效率高。高效率是对当代充电装置最主要要求之一，效率高低对整个电动汽车能量效率含有重大影响。（5）对供电电源污染要小。采取电力电子技术充电设备是一个高度非线性设备，会对供电网及其它用电设备产生有害谐波污染，而且因为充电

3、设备功率因数低，在充电系统负载增加时，对其供电网影响也不容忽略。新能源汽车电动汽车充电技术第4页 第 5 页6.1.2电动汽车充电装置类型电动汽车充电装置分类有不一样方法。总体上可分为车载充电装置和非车载充电装置。车载充电装置是指安装在电动汽车上采取地面交流电网或车载电源对电池组进行充电装置。包含车载充电机、车载充电发电机组和运行能量回收充电装置。它将一根带插头交流动力电缆线直接插到电动汽车插座中给电动汽车充电。车载充电装置通常使用结构简单、控制方便接触式充电器，也能够是感应充电器。它完全按照车载蓄电池种类进行设计，针对性较强。非车载充电装置，即地面充电装置，主要包含专用充电机、专用充电站、通

4、用充电机、公共场所用充电站等。它能够满足各种电池各种充电方式。通常非车载充电器功率、体积和重量均比较大，方便能够适应各种充电方式。新能源汽车电动汽车充电技术第5页 第 6 页6.1.2电动汽车充电装置类型另外，依据对电动汽车蓄电池充电时能量装换方式不一样，充电装置能够分为接触式和感应式。伴随电力电子技术和变流控制技术飞速发展，高精度可控变流技术成熟和普及，分阶段恒流充电模式已经基本被充电电流和充电电压连续改变恒压限流充电模式取代。直到当前，主导充电工艺还是恒压限流充电模式。接触式充电最大问题在于安全性和通用性，为了使它满足严格安全充电标准，必须在电路上采取许多办法使充电设备能够在各种环境下安全

5、充电。恒压限流充电和分阶段恒流充电均属于接触式充电技术。近年来，新型电动汽车感应充电技术发展很快。感应充电器是利用高频交流磁场变压器原理，将电能从离车原方感应到车载副方，以到达给蓄电池充电目标。感应充电最大优点是安全，这是因为充电器与电动汽车之间并无直接点接触，使得即使电动汽车在恶劣气候下，如雨雪天，进行充电也无触电危险。新能源汽车电动汽车充电技术第6页 第 7 页6.1.3电动汽车充电方法电动汽车蓄电池充电方法主要有恒（定）流充电、恒（定）压充电和脉冲快速充电，可依据详细情况选择一个充电方法或几个方法组合方法，当代智能型蓄电池充电器可设置不一样充电方法。1.恒流充电恒流充电是指充电过程中使充

6、电电流保持不变方法。恒流充电含有较大适应性，轻易将蓄电池完全充分，有益于延长蓄电池寿命。缺点是在充电过程中，需要依据逐步升高蓄电池电动势调整充电电压，以保持电流不变，充电时间也较长。新能源汽车电动汽车充电技术第7页 第 8 页6.1.3电动汽车充电方法恒流充电是一个标准充电方法，有以下4种充电方法：（1）涓流充电，即维持电池满充电状态，恰好能抵消电池自放电一个充电方法，其充电电率对满充电电池长久充电无害，但对完全放电电池充电，电流太小。（2）最小电流充电，是指在能使深度放电电池有效恢复电池容量前提下，把充电电流尽可能地调整到最小方法。（3）标准充电，即采取标准速率充电，充电时间为14h。（4）

7、高速率（快速）充电，即在3h内就给蓄电池充满电方法，这种充电方法需要自动控制电路保护电池不损坏。新能源汽车电动汽车充电技术第8页 第 9 页6.1.3电动汽车充电方法2.恒压充电恒压充电是指充电过程中保持充电电压不变充电方法，充电电流随蓄电池电动势升高而减小。合理充电电压，应在蓄电池即将充分时使其充电电流趋于0。假如电压过高会造成充电早期充电电流过大和过充电，假如电压过低则会使蓄电池充电不足。充电早期若充电电流过大，则应适当调低充电电压，待蓄电池电动势升高后再将充电电压调整到要求值。恒压充电优点是充电时间短，充电过程无需调整电压，较适合于补充充电。缺点是不轻易将蓄电池完全充分，充电早期大电流对

8、极板会有不利影响。新能源汽车电动汽车充电技术第9页 第 10 页6.1.3电动汽车充电方法3.脉冲充电脉冲充电是先用脉冲电流对电池充电，然后让电池短时间、大脉冲放电，在整个充电过程中使电池重复充、放电。新能源汽车电动汽车充电技术第10页 第 11 页6.1.4电动汽车充电方式电动汽车充电方式主要有常规充电方式、快速充电方式、无线充电方式、更换电池充电方式和移动式充电方式。1常规充电方式常规充电方式采取恒压、恒流传统充电方式对电动汽车进行充电。车载充电机是纯电动轿车一个最基本充电设备，如图所表示。 新能源汽车电动汽车充电技术第11页 第 12 页6.1.4电动汽车充电方式小型充电站是电动汽车一个

9、最主要充电方式，如图所表示，充电机设置在街边、超市、办公楼、停车场等处。采取常规充电电流充电。 新能源汽车电动汽车充电技术第12页 第 13 页6.1.4电动汽车充电方式2快速充电方式快速充电方式以150400A高充电电流在短时间内为蓄电池充电，其目标是在短时间内给电动汽车充满电，充电时间应该与燃油车加油时间靠近。大型充电站（机）多采取这种充电方式。新能源汽车电动汽车充电技术第13页 第 14 页6.1.4电动汽车充电方式3.无线充电方式电动汽车无线充电方式是近几年国外研究结果，其原理就像在车里使用移动电话，将电能转换成一个符合现行技术标准要求特殊激光或微波束，在汽车顶上安装一个专用天线接收即

10、可。有了无线充电技术，公路上行驶电动汽车或双能源汽车可经过安装在电线杆或其它高层建筑上发射器快速补充电能。电费将从汽车上安装预付卡中扣除。新能源汽车电动汽车充电技术第14页 第 15 页6.1.4电动汽车充电方式4.更换电池充电方式除了以上几个充电方式外，还能够采取更换电池组方式，即在蓄电池电量耗尽时，用充满电电池组更换已经耗尽电池组。电动汽车用户把车停在一个特定区域，然后用更换电池组机器将耗尽蓄电池取下，换上已充满电电池组。因为电池更换过程包含机械更换和蓄电池充电，所以有时也称它为机械“加油”或机械充电。电池更换站同时具备正常充电站和快速充电站优点，也就是说能够用低谷电给蓄电池充电，同时又能

11、在很短时间内完成“加油”过程。经过使用机械设备，整个电池更换过程能够在10min内完成，与现有燃油车加油时间大致相当。新能源汽车电动汽车充电技术第15页 第 16 页6.1.4电动汽车充电方式5移动式充电方式对电动汽车蓄电池而言，最理想情况是汽车在路上巡航时充电，即所谓移动式充电(MAC)。这么，电动汽车用户就没有必要去寻找充电站、停放车辆并花费时间去充电了。MAC系统埋设在一段路面之下，即充电区，不需要额外空间。接触式和感应式MAC系统都可实施。对接触式MAC系统而言，需要在车体底部装一个接触拱，经过与嵌在路面上充电元件相接触，接触拱便可取得瞬时高电流。当电动汽车巡航经过MAC区时，其充电过

12、程为脉冲充电。对于感应式MAC系统，车载式接触拱由感应线圈所取代，嵌在路面上充电元件由可产生强磁场高电流绕组所取代。很显著，因为机械损耗和接触拱安装位置等原因影响，接触式MAC对人们吸引力不大。新能源汽车电动汽车充电技术第16页 第 17 页6.2 电动汽车充电机充电机是电动汽车充电装置最主要设备，它性能好坏直接影响电动汽车充电效果。本节参考电动汽车相关标准，介绍电动汽车用锂离子电池充电充电机。新能源汽车电动汽车充电技术第17页 第 18 页6.2.1电动汽车充电机类型依据安装位置不一样，能够分为车载充电机和地面充电机；依据输入电源不一样，能够分为单相充电机和多相充电机；依据连接方式不一样，能

13、够分为传导式充电机和感应式充电机；依据功效不一样，能够分为普通充电机和多功效充电机。车载充电机是安装在电动汽车上，经过插头和电缆与交流插座连接，所以也称为交流充电机。车载充电机优点是在蓄电池需要充电任何时候，只要有可用供电插座，就能够进行充电。缺点是受车上空间限制，因而功率处理能力有限，只能提供小电流慢速充电，充电时间较长。地面充电机普通安装在固定地点，已事先做好输入电源连接工作，直流输出端与需要充电电动汽车相连接，所以也称为直流充电机。地面充电机能够提供多达上百千瓦功率处理能力，能够对电动汽车进行快速充电。新能源汽车电动汽车充电技术第18页 第 19 页6.2.1电动汽车充电机类型传导式充电

14、机输出直接连接到电动汽车上，二者之间存在实际物理连接，电动汽车上不装备电力电子电路。感应式充电机是利用电磁感应耦合方式向电动汽车传输电能，二者之间没有实际物理连接，充电机分为地面部分和车载部分。普通充电机只提供对蓄电池充电功效，多功效充电机除了提供对蓄电池充电功效外，还能提供诸如对蓄电池进行容量测试、对电网进行谐波抑制、无功率赔偿和负载平衡等功效。当前实际运行充电机基本上以交流电源作为输入电源，所以，充电机功率转化单元实质上是一个ACDC变换器。当前，地面充电机使用是传导式大功率三相充电机。新能源汽车电动汽车充电技术第19页 第 20 页6.2.2电动汽车充电机电气参数和技术指标电动汽车充电机

15、铭牌标识电气参数和技术指标主要有：输入电源：AC380V；稳流精度：1%稳压精度：1%；满载效率：91%满载功率因数：0.9；使用环境温度：-2050；最高输出电压：串联电池个数电池充电限制电压k（k为系数，由电池厂家提供）；最低输出电压：串联电池个数电池放电限制电压；最大输出电流：按蓄电池厂家提供数据确定；最低充电电流：按蓄电池厂家提供数据确定；最大输出功率：最高输出电压最大输出电流。新能源汽车电动汽车充电技术第20页 第 21 页6.2.3电动汽车充电机技术要求（1）充电机和电池管理系统之间能够进行通讯，接收电池数据，充电过程中应采取适当方法确保串联电池中单体电池电压不超出上限。（2）充电

16、机应含有面板操作和远程操作功效，充电机及其监控系统相连，在监控计算机上能完成除闭合和切断输入电源外全部功效。（3）充电机应能经过监控网络向监控计算机传送对应电池管理系统发送数据。（4）充电机应含有故障报警功效，能主动向监控系统发送故障信息。（5）充电机应含有输入欠压、输入过压、输出短路、电池反接、输出过压、过温、电池故障等保护功效。（6）在脱离电池管理系统情况下，充电机应停顿充电。新能源汽车电动汽车充电技术第21页 第 22 页6.2.3电动汽车充电机技术要求（7）充电机应提供一条充电电缆连接确认信号。一方面，在充电期间，当充电插头连接到汽车后，汽车控制逻辑可经过此信号来禁止在充电期间汽车驱动

17、系统工作，保证充电安全；其次，此确认线与充电线形成闭锁，保证充电人员安全。（8）提供良好人机界面，完成充电机充电过程闭环控制，并显示故障类型，提供一定故障排除指示；提供开放式充电过程参数（包括充电模式、充电参数、阶段数）设定功能，并按照参数完成对充电过程自动控制；当充电机保护系统动作，引起充电过程中断，此时应能显示故障类型，对比较轻易排除故障提供简单处理方法。（9）整车充电时要为电池管理系统提供所需直流电源，目前一般取24V/50A。新能源汽车电动汽车充电技术第22页 第 23 页6.2.3电动汽车充电机技术要求（10）充电机监控系统应具备事件统计功效，为事故分析和运行测试提供历史数据。对于有

18、多台充电机充电站，充电机还需要为充电站监控系统提供事件统计数据。（11）充电机可靠性必须满足一定指标，综合考虑成本和利用率，提议充电机要确保5年7000080000h充电小时数。（12）充电机设计必须充分确保人身安全，其带电部分不可外露，同时确保车体和大地等电位；充电机与充电站接地连接，充电机与车体外壳连接、充电站接地网连接等要可靠方便。新能源汽车电动汽车充电技术第23页 第 24 页6.2.4电动汽车充电机实例图是某企业生产电动汽车车载充电机。它采取高频开关电源技术，含有浮充、均匀自动切换、短路、过载等保护功效，能够实现涓流横流/快速横流/恒压自动切换功效，确保蓄电池电量充分，延长蓄电池使用

19、寿命。新能源汽车电动汽车充电技术第24页 第 25 页6.2.4电动汽车充电机实例电动汽车车载充电机充电过程为：（1）此充电机依据锂离子电池特征，对电压要求严格，电压过高会造成电池过充甚至电池爆炸而设定充电过程。（2）充电早期，先要小电流对电池激活，使得电池内部化学反应充分建立起来，为大电流充电做准备。（3）今后进入18A恒流充电阶段，当电压充到400V时，充电机减小充电恒流值后而不进入稳压阶段，今后继续检测充电电压，当电池电压再次到达400V时，充电机再次减小充电电流，重复以上充电过程直到充电电流很小，充电机认为电池已经充满并关机。（4）充电机关机只是关闭充电处于空载状态而不是整机停机。新能

20、源汽车电动汽车充电技术第25页 第 26 页6.2.4电动汽车充电机实例该充电机主要特点有：（1）依据电池特征设计充电曲线，能够延长蓄电池寿命；（2）使用方便，维护简单，智能充电，无需人工职守；（3）保护功效齐全，含有过压、欠压、过流、过热、短路、输出反接等保护功效；（4）直观性强，充电过程和故障采取指示灯，能一目了然；（5）采取高频开关技术，使得充电机效率高，体积小，重量轻；（6）充电机风扇由45温控开关控制，当散热器温度低于45时，风扇不转动，当散热器温度高于45时，风扇开始转动，能够降低噪声和延长风扇寿命；整机温度保护为65，当机内温度到达65时，充电机停顿工作，等候散热后，低于65后，

21、自动恢复工作。新能源汽车电动汽车充电技术第26页 第 27 页6.2.4电动汽车充电机实例该充电机主要技术指标：（1）输入电压：AC220V10%，5060Hz；（2）输出电压：200400VDC；（3）输出电流：018A；（4）最大功率：3.5kW；（5）输出纹波：1%；（6）电压电流温度精度：1%；（7）工作效率：90%；（8）指示状态：电源指示、充电指示、故障指示；新能源汽车电动汽车充电技术第27页 第 28 页6.2.4电动汽车充电机实例（9）保护功效：过压、欠压、过流、过热、短路、反接保护；（10）12V输出：DC13.5V/150W；（11）CAN接口：波特率9600bps；（12

22、）安全指标：绝缘电阻200M，耐压1500V/min；（13）冷却方式：风冷；（14）外形尺寸：330300140mm；（15）重量：10kg。新能源汽车电动汽车充电技术第28页 第 29 页6.2.4电动汽车充电机实例2.电动汽车非车载充电机图是某企业生产电动汽车非车载充电机。它采取高频开关电源技术，含有欠压、过压、反接、短路、过载等保护功效，采取合理充电曲线和单片机控制充电过程，确保蓄电池电量充分，延长蓄电池使用寿命。新能源汽车电动汽车充电技术第29页 第 30 页6.2.4电动汽车充电机实例电动汽车非车载充电机充电过程为：（1）预充充电：充电机开启后，首先以510A电流对蓄电池充电4分钟

23、，然后进行大电流充电；4分钟小电流充电目标是激活电池，让电池内部化学反应充分建立起来，防止电池在冷状态下充电。（2）4分钟小电流结束后，充电机进入预设电流（比如88A）恒流充电阶段；当电压充当预设电压（比如370V）时，充电机减小充电恒流值后而不进入稳压阶段；今后继续检测充电电压，当电池电压再次到达370V时，充电机再次减小充电电流（每次以2A递减），重复以上充电过程直到充电电流到8A时，充电机认为电池已经充满并关机。（3）充电机关机只是关闭充电处于空载状态而不是整机停机。新能源汽车电动汽车充电技术第30页 第 31 页6.2.4电动汽车充电机实例该充电机主要特点有：（1）依据电池特征设计充电曲线，既能够充满电池又能够延长蓄电池寿命；（2）使用方便，