电动汽车动力电池充电设备及充电基础设施

电动汽车动力电池充电设备及充电基础设施新能源汽车议题电动汽车充电技术及相关设备电动汽车充电系统的组成电动汽车充电系统的工作原理电动汽车充电通讯协议充电站及其建设形式动力电池充电的作用充电Charge：从外部电源供给蓄电池直流电，将电能以化学能的方式贮存起来的过程。放电电量补充过程充电电量释放过程电动汽车充电设备直流充电桩交流充电桩充电桩ChargingPoint交流充电桩ACChargingPoint：固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车车载充电机提供交流电源的供电装置。直流充电桩DCChargingPoint：固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车动力电池提供小功率直流电源的供电装置。交流充电桩直流充电桩车载充电机高压配电盒动力电池充电机的类型车载充电机On-BoardCharger：固定安装在电动汽车上的充电机。非车载充电机Off-BoardCharger：固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，并为电动汽车动力电池提供直流电能的充电机。充电机与电动汽车充电连接方式传导式充电ConductiveCharging:利用电传导给蓄电池进行充电的方式。感应式充电:InductiveCharging:利用了电磁能量传递原理，电磁感应耦合方式向电动汽车传输电能，供电部分和受电部分之间没有直接的机械连接传导式充电的特点优点：能源转换一次性获得，电能损失小，节能环保；交直流转换一次性，不存在中高频电磁辐射；充电桩及充电机等充电设备技术门槛不太高，经济投入不大，结构相对简单，维修方便；充电功率调节范围较宽，适合多种不同电压和电流等级的动力电池储能补给。缺点：充电设备的移动搬运和电源的引线过长，人工操作繁琐，充电站及充电设备公共占地而积过大，操作人员不可避免地要接触到强电，所以容易发生危险。感应式充电的特点优点：使用方便、安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题，可适应多种恶劣环境和天气。缺点：结构复杂，成本投入较高，维修费用大；能量损耗相对较高；功率受到一定的限制；存在电磁辐射问题。电动汽车行驶中充电几种典型充电方式恒流充电ConstantCurrentCharging

充电电流在充电电压范围内，维持在恒定值的充电方式。恒压充电ConstantVoltageCharging

充电电压在充电电流范围内，维持在恒定值的充电方式。阶段充电Stagecharging

先用较大的充电电流进行快速充电，当电压达到一定值，改用较小的充电电流进行充电。几种典型的充电方式恒流限压充电Constant-CurrentLimitVoltageCharging

先以恒流方式进行充电，当蓄电池组端电压上升到限压值时，充电机自动转换为恒压充电，直到充电完毕。几种典型的充电方式脉冲式快速充电

：首先用脉冲电流对电池充电，然后停充一段时间，再用脉冲电流对电池充电电动汽车整车动力电池充电模式1.地面充电：将需要充电的电池从车辆上卸下，安装已充满电的电池，车辆即离开继续运营或应用，对卸载下的电池采用地面充电系统进行补充充电。采取地面充电方式有利于电池维护，提高电池使用寿命和车辆使用效率，但对车辆及电池更换设备提出了更高的要求。电动汽车整车动力电池充电1.地面充电：也是通常所说的换电模式，以其高效、便捷等优势为未来电动汽车实现整车快速充电提供了良好解决方案，因此电动乘用车一般将电池组布置在底盘之下2.车载充电：充电机与充电车辆通过充电插头进行连接，电池无需从车辆上卸下可直接进行充电。其优点是充电操作过程简单，不涉及电池存储、电池更换等过程。但车辆充电时间占用了车辆的运营或应用时间，车辆利用率较低，不利于保持电池组的均衡性以及延长电池组使用寿命。手动换电方式自动换电方式电动汽车整车动力电池充电方式交流充电直流充电地面充电车载充电交流充电直流充电电动汽车充电接口简介国标对充电接口和通信协议进行了全面系统的规范，为充电设施质量保证体系提供了技术保障，确保了电动汽车与充电设施的互联互通，避免了市场的无序发展和充电“孤岛”，有利于降低因不兼容而造成的社会资源浪费，对促进电动汽车产业政策落地，增强购买使用电动汽车消费信心将起到积极的促进作用。电动车辆传导充电系统充电模式（18487.1）充电模式1将电动车辆连接到交流电网时使用已标准化的插座，用单相或三相交流电，并使用相线、中性线及接地性保护的导体并且在电源侧使用了剩余电流动作断路器。充电模式2将电动车辆连接到交流电网时使用已标准化的插座，用单相或三相交流电，并使用相线、中线及接地性保护的导体，并且在充电连接电缆上安装了缆上控制盒。充电模式3电动车辆和交流电网相连时，使用了专用供电设备，将电动汽车与交流电网直接连接，并且在专用供电设备上安装了控制导引装置。充电模式4用非车载充电机将电动车辆和交流电网间接地连接，且控制导向器固定安装在电源一侧。充电物理接口ABC使用和电动汽车永久连接在一起的充电电缆和供电插头使用带有车辆插头和供电插头的独立的活动电缆使用了和供电设备永久连接在一起的充电电缆和电动汽车车辆插头电动汽车传导充电用连接装置示意图电动汽车充电时，连接电动汽车和电动汽车供电设备的组件除电缆外，还可能包括供电接口、车辆接口、缆上控制盒和帽盖等部件缆上控制盒：至少具有连接确认、漏电保护等控制功能充电连接装置接口功能定义相关符号供电插头、供电插座、车辆插头、车辆插座应包括接地端子和触头，且在连接和断开过程中，接地触头应最先接通和最后断开插入或断开供电插头或车辆插头时，控制导引端子应在相线端子及中性端子之后连接或断开充电连接装置的额定值额定工作电压（优选值）250V（AC）440V（AC）690V（AC）400V（DC）750V（DC）0V-30V（DC）（用于信号、控制或低压辅助电源）额定工作电流（优选值）16A（AC）32A（AC）63A（AC）125A（AC）250A（AC）125V（DC）250V（DC）400A（DC）2A（DC）（用于信号、控制）20A（DC）（只用于低压辅助电源）额定工作电流超过16A的充电连接装置应设计有控制导引电路且控制导引电路处于正常工作状态时充电连接装置应不会出现带载分断电动汽车充电接口电动汽车充电接口交流充电接口满足充电模式1、充电模式2和充电模式3使用要求的交流充电接口，其额定工作电压为250V/440V(AC)，额定工作电流不超过32A。在充电连接过程中，首先连接保护接地端子，最后连接控制确认端子与充电连接确认端子。在脱开的过程中，首先断开控制确认端子与充电连接确认端子，最后断开保护接地端子。额定电压/V额定电缆/A250/4401632交流充电接口触头电气参数值及功能定义触头编号/标识A额定电压和电流功能定义1-（L）250/440V16/32A交流电源2-（NC1）-备用3-（NC2）-备用4-（N）250/440V16/32A中线5-（PE）-保护接地6-（CC）30V2A充电连接确认7-（CP）30V2A控制确认(控制导引）控制导引电路的基本功能连接确认：车辆控制装置通过检测点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）。供电控制装置通过检测点1或检测点4的电压值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）。充电连接装置载流能力和供电设备供电功率识别：车辆控制装置通过检测点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；通过检测点2的PWM信号占空比确认当前供电设备的最大供电电流。充电过程的监测：充电过程中，车辆控制装置可以对检测点3与PE之间的电阻值（对于连接方式B和C）及检测点2的PWM信号占空比进行监测，供电控制装置可以对检测点4及检测点1（对于充电模式3的连接方式A和B）的电压值进行监测充电系统的停止：在充电过程中，当充电完成或因为其他原因不能满足继续充电的条件时，车辆控制装置和供电控制装置分别停止充电的相关控制功能。充电过程的工作控制程序1.车辆插头与车辆插座耦合，使车辆处于不可行驶状态2.确认供电接口已完全连接（对于充电模式3的连接方式A和B）3.确认车辆接口已完全连接（对于连接方式B和C）4.确认充电连接装置是否已完全连接5.车辆准备就绪6.供电设备准备就绪7.充电系统的启动8.检查充电接口的连接状态及供电设备供电能力变化情况9.正常条件下充电结束或停止10.非正常条件下充电结束或停止交流充电接口触头电气参数值及功能定义

(GB/T20234)触头编号/标识A额定电压和电流功能定义1-（L1）250/440V10/16/32/63A交流电源（单相/三相）2-（L2）440V16/32/63A交流电源（三相）3-（L3）440V16/32/63A交流电源（三相）4-（N）250/440V10/16/32/63A中线（单相/三相）5-（PE）-保护接地6-（CC）30V2A充电连接确认7-（CP）30V2A控制导引车辆接口电气连接界面示意图（GB/T20234）1-交流电源（L1）2-交流电源（L2）5-设备地（PE）3-交流电源（L3）4-中线（N）1-交流电源（L1）2-交流电源（L2）5-设备地（PE）3-交流电源（L3）4-中线（N）6-充电连接确认（CC）7-控制导引（CP）6-充电连接确认（CC）7-控制导引（CP）车辆接口车辆插头车辆插座电子锁止装置充电模式3的供电接口电气连接界面示意图

（GB/T20234）1-交流电源（L1）2-交流电源（L2）5-设备地（PE）3-交流电源（L3）4-中线（N）1-交流电源（L1）2-交流电源（L2）5-设备地（PE）3-交流电源（L3）4-中线（N）6-充电连接确认（CC）7-控制导引（CP）6-充电连接确认（CC）7-控制导引（CP）供电接口供电插头供电插座电子锁止装置充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理充电连接装置充电导引原理直流充电接口满足充电模式4使用要求的直流充电接口，其额定工作电压为400V/750V(DC)，额定工作电流不超过250A。额定电压/V额定电流/A750V125A250A直流充电接口车端插头车端插座直流充电接口触头功能定义触头编号/标识额定电压和电流功能定义1——（DC+）750V80A/125A/200A/250A直流电源正，连接直流电源正与电池正极2——（DC-）750V80A/125A/200A/250A直流电源负，连接直流电源负与电池负极3——（PE）—保护接地(PE),连接供电设备地线和车辆电平台4——（S+）0V~30V2A充电通信CAN_H,连接非车载充电机与电动汽车的通信线5——（S-）0V~30V2A充电通信CAN_L,连接非车载充电机与电动汽车的通信线6——（CC1）0V~30V2A充电连接确认7——（CC2）0V~30V2A充电连接确认8——（A+）0V~30V2A低压辅助电源正，连接非车载充电机为电动汽车提供的低压辅助电源9——（A-）0V~30V2A低压辅助电源正，连接非车载充电机为电动汽车提供的低压辅助电源非车载充电机控制装置和车辆控制装置应有CAN总线终端电阻，建议120欧，通信线宜采用屏蔽双绞线，非车载充电机端屏蔽层接地直流充电接口触头功能定义DC+直流电源总正DC-直流电源总负PE保护接地S+充电通信CANHS-充电通信CANLCC1充电连接确认1CC2充电连接确认2A+低压辅助电源正A-低压辅助电源负直流充电接口触头功能定义车辆插头和车辆插座在连接过程中触头耦合的顺序为：保护接地，充电连接确认CC2，直流电源正、直流电源负，低压辅助电源正与低压辅助电源负，充电通信，充电连接确认CC1；在脱开的过程中则顺序相反。1-直流电源正（DC+）2-直流电源负（DC-）5-充电通信CAN-L（S-）3-电平台（PE）4-充电通信CAN-H（S+）6-充电连接确认（CC1）7-充电连接确认（CC2）车辆插头电子锁止装置8-低压辅助电源正（A+）9-低压辅助电源负（A-）1-直流电源正（DC+）2-直流电源负（DC-）5-充电通信CAN-L（S-）3-电平台（PE）4-充电通信CAN-H（S+）6-充电连接确认（CC1）7-充电连接确认（CC2）8-低压辅助电源正（A+）9-低压辅助电源负（A-）车辆插座电动汽车非车载充电机直流充电接口连接示意图直流充电导引电路原理非车载充电机车辆接口电动汽车电池包电子锁DC+DC-AC/DCDC/DCDC+DC-DCDCACDCTK1K2K5K6K3K4A+A-A+A-S+S-S+S-CC1CC1CC2CC2IMD辅助电源非车载充电机控制器检测点1检测点2车辆控制器车身地检波电路电流测量电压测量设备地K0U1R1R2R3SR4U2R5直流快速充电CAN通信直流快速充电CAN通信充电站相关基本概念充电站EVChargingStation：有特定控制功能和通信功能，将直流电能量传送到电动汽车上的设施总称。充电站监控系统ChargingStationSupervisorSystem：

将充电站的充电机、配电设备、谐波监测、视频监视、火灾报警及站内其他设备的状态信息、参数配置信息、充电过程实时信息等进行集成，实现站内设备监视、保护、控制和管理的系统。充电区ChargingArea：充电站内为电动汽车进行充电的停车区域。配电站DistributionStation：在中低压配电网中，用于接受并分配电力、并将10（20）kV变换为380V电压的供电设施的总称。

充电站-主要功能与布局主要由配电区、监控区充电区、更换电池区和电池维护区等五个基本部分组成。充电站总体结构(1)配电区为充电站提供所需的电源，不仅给充电机提供电能，而且要满足照明、控制设备的需要，内部建有变配电所有设备、配电监控系统，相关的控制和补偿