《新能源汽车综合故障诊》课件-纯电动汽车充电系统的结构与检修

纯电动汽车充电系统的结构与检修一、纯电动汽车充电系统结构二、纯电动汽车充电模式分类三、纯电动汽车的充电四、纯电动汽车充电接口五、车载充电机六、高压控制箱七、高压线束八、纯电动汽车充电步骤及注意事项

2024/5/30一、纯电动汽车充电系统结构

广义的纯电动汽车的充电系统分为两大部分：一部分为车辆以外的充电装置。主要包括城市交流电网、固定充电桩。另一部分是纯电动汽车车辆（内部）充电系统。后者为狭义的纯电动汽车充电系统。纯电动汽车充电系统一般就是指车辆内部的充电系统。2024/5/30

图5-1纯电动汽车与充电机2024/5/30

纯电动汽车充电系统结构图

纯电动汽车充电系统组成：

主要由动力电池组件、车载充电器、DC/DC功率变换器、高压控制盒、快充口（直流充电口）、慢充口（交流充电口）等组成。

2024/5/30二、纯电动汽车充电模式分类

（一）充电模式分类

纯电动汽车的充电，有多种模式或方法，不同的模式或方法对充电设备有不同的要求，其充电时间和充电的效果也有所不同，经济性也有较大的区别。纯电动汽车的充电方式是维持车辆运行的必要手段，对纯电动汽车的使用寿命有较大的影响。1）按充电快慢分为：（1）快速充电（直流快充）；（2）常规充电（交流慢充）；（3）更换电池充电三模式。2024/5/302）按充电主要技术方式分为：

（1）接触式充电方式：单相交流充电方式，三相交流充电方式，直流充电方式；（2）非接触式充电方式：无线充电方式。3）按充电主要设备不同分为：（1）外置直流快充充电设备充电（直流充电桩）；（2）车载充电机充电。（交流充电桩需要借助车载充电机来充电）。2024/5/30（二）充电技术的行业发展趋势1）单相充电技术向三相充电技术发展;2）单向充电技术向双向充、放电技术发展;3）充电方式从有人手动向无人自动发展;4）充电系统的扩展功能和增值服务不断丰富;2024/5/30三、纯电动汽车的充电（一）常规充电模式

常规充电模式是采用车载充电机方式对车辆进行充电。充电过程分为两个阶段：第一阶段为恒流快充阶段，第二阶段为恒压慢充阶段。

常规充电模式，一般是利用家庭车库或是充电站等地的交流充电桩提供充电电源，通过车载充电机进行充电。此方法又称交流慢速充电法。

这种充电方法采用220V交流电为电源，充电装置和导线应按国家标准设置，采用专门充电线路。若采用家庭临时线路充电，充电线路和插座应符合国家标准，额定电流应不低于16A，需运用专用线路（如家庭的空调线路），充电电缆的线路连接中间不允许有转换连接，接地保护应安全可靠。2024/5/30纯电动汽车短路事故2024/5/30卷着线充电6.5分钟，电线温度甚至可高达100℃。电线卷起来后充电产生的热量散发不出去，极易造成电线温度升高，融化护套，引起短路甚至起火。2024/5/30纯电动汽车短路事故“飞线”充电容易漏电，线路过长电流过热更可能引发火灾，因此通常是作为应急充电手段，6楼以上高层住户要避免采用。2024/5/30纯电动汽车短路事故丰田对电池事故最到位的总结：过充、外短路、碰撞、内短路1、对于过充：系统层面，采用双检测系统，对电芯、模组电压进行检测。2、对于外短路：系统层面，关断系统、主回路保险丝。3、电芯层面：达到一定温度时，能自动切断电流，通过材料、结构、电极来实现。4、碰撞防护：通过车身、电池包结构强度来实现。5、电芯内短路：系统层面是毫无应对方案的。电芯层面，通过材料、隔膜等防内短路措施2024/5/30纯电动汽车短路事故家庭充电接线板和连线2024/5/30三种交流充电模式1.充电模式1：将电动汽车连接到交流电网时，在电源侧使用了符合GB2099.1要求的额定电流不小于16A的插头插座，在电源侧使用了相线、中性线和接地保护，并且在电源侧使用了漏电保护器。额定电压220V（AC）,电流16A。2.充电模式2：将电动汽车连接到交流电网时，在电源侧使用了符合GB2099.1要求的插头插座，在电源侧使用了相线、中性线和接地保护，并且在充电连接电缆上安装了控制导引装置。额定电压220V（AC）,电流16A。3.充电模式3：将电动汽车连接到交流电网时，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。额定电压220V（AC）,电流32A。2024/5/30（二）快速充电模式

电动汽车快速充电模式是一种直流充电模式，是将电动汽车连接到交流电网的专门直流充电设施（直流充电桩），对电动汽车进行快速充电。

快速充电模式能在较短时间内使蓄电池达到或接近充满状态。这种快速充电也可称为应急充电，采用专用直流快速充电设备（直流充电桩）进行充电,该充电方式以较大的充电电流(通常为几十到几百安培的大电流)在较短时间内完成蓄电池充电。2024/5/30快速充电模式能在30分钟左右的时间，使车辆电池电量接近或达到完全充满的状态，改善了纯电动汽车行驶里程短，充电时间长的状况。。快速充电模式，充电桩消耗的电流和功率都很大，对电网有较高的要求，一般应靠近10kW变电站附近。另外，快速充电模式对个别电池寿命有一定的影响，在短时间内接受大量的电量会导致蓄电池过热。普通蓄电池不宜进行快速充电。纯电动汽车一般应尽量采用常规充电模式。快速充电模式更适宜紧急情况和电池的补充充电。2024/5/30

充电桩与充电机充电（三）更换电池充电模式

更换电池充电模式是将需要充电的蓄电池从电动汽车卸下，换上另外已经充满电量的蓄电池，安装完毕后，车辆即可行驶使用。换下的蓄电池交给电池更换站由专业的充电机构充电。

通常专业电池更换站电池更换过程在10分钟内完成，与内燃机汽车加油时间大致相当。更换电池充电模式的特点：优点：能源补给时间短，有利于合理安排充电功率，减小冲击负荷。缺点：成本高，标准化要求高。2024/5/30（四）无线充电模式

现在电动汽车充电不仅可采用接触式充电方法，也可以采用非接触式的无线充电方法，。

无线充电大概有三种传输方式：电磁感应式、无线电波式和磁场共振式。三种方式，总体来说它们的基本原理都是一样的，就是利用交变电磁场的电磁感应，来实现能量的无线传输。三种非接触式充电方式各有所长，但无线电波式由于功率低、能耗高、实用性差。目前电磁感应式和磁场共振式充电技术较为合适电动汽车。2024/5/30电磁感应无线充电2024/5/30四、纯电动汽车充电接口（一）全球5大电动车充电标准接口1.中国标准接口（GB/T20234）

我国在2006年就发布了《电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求》（GB/T20234-2006）。2011年，我国又推出了GB/T20234-2011推荐性标准，替换了部分GB/T20234-2006中的内容，其中规定：交流额定电压不超过690V，频率50Hz，额定电流不超过250A；直流额定电压不超过1000V，额定电流不超过400A。该标准优点：相比2006版的国标对更多充电接口参数进行了详细标定。缺点：标准仍不够完善。另外，其只是推荐性标准，也并未强制执行。2024/5/30国标规定了两种充电接口

一种是将交流供电电网连接到车载充电机上进行充电的“交流充电”接口；

另一种是利用非车载充电机(充电桩)对电动汽车进行“直流充电”的接口。

电动汽车国家标准插头对插头和充电接口的材质、接触电阻、工作时额定电流、额定电压、插拔力、电气性能、防水等级、断开状态、充电状态、防松设置、及时断开等都做了规定。2024/5/302024/5/30

a）交流充电接口b）直流充电接口2.Combo充电接口Combo接口可以允许电动车慢充和快充，是目前在欧洲应用的最广的插座类型，包括奥迪、宝马、克莱斯勒、戴姆勒、福特、通用、保时捷以及大众都配置SAE（美国汽车工程师协会）所制定的充电界面。。2024/5/303.CHAdeMO充电接口CHAdeMO（CHArgedeMove的缩写），是日本日产及三菱汽车等支持的CHAdeMO充电接口，CHAdeMO从日语翻译过来意思为“充电时间短如茶歇”。这种直流快充接口可以提供最大50kW的充电容量。CHAdeMO采用的快速充电方式电流受控于汽车的CAN总线信号。即在监视电池状态的同时，实时计算充电所需电流值，通过通讯线向充电器发送通知;快速充电器及时接收来自汽车的电流命令，并按规定值提供电流。2024/5/304.特斯拉充电接口

特斯拉汽车有一套自己的充电标准，号称能在30分钟内充满可跑300km以上的电量。因此其充电插座最高功率可达120kW,最高电流可达80A。2024/5/305.CCS充电接口（联合充电系统）

为了改变混乱的充电接口标准现状，美系和德系的八大厂商福特、通用、克莱斯勒、奥迪、宝马、奔驰、大众和保时捷于2012年发布了“联合充电系统”充电接口。即“CCS”标准充电接口。“联合充电系统”可将现行所有充电接口统一起来，这样，用一种接口就能够完成单相交流充电、快速三相交流充电、家用直流充电和超速直流充电四种模式。2024/5/306.世界主流充电接口2024/5/30（二）充电接口结构1.交流充电接口

国家标准《电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求》（GB/T20234-2011）规定，我国交流充电接口为七对端子。

a）充电插头 b）充电插座2024/5/301）端子功能定义:L1-交流电(220V、16/32A)；N-中线(交流电220V、16/32A)；CC-充电连接确认（电压36V，电流2A）;CP-控制确认（电压36V，电流2A）；PE-保护接地；NC1-备用端子；NC2-备用端子。共七对端子。（二）充电接口结构交流充电桩1）只提供电流输出，没有充电功能2）交流充电的最大功率是有交流充电机决定的，交流充电机最大功率的限制，将限制交流充电

2024/5/30交流充电接口连接界面示意图2.直流充电接口

国家标准《电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求》（GB/T20234-2011）规定，我国直流充电接口为九个端子。

a)充电插头 b）充电插座

2024/5/302.直流充电接口直流充电桩与电动汽车之间通信充电时，直流充电桩需要与电动汽车进行信息互换，让充电桩识别插头连接状态，如是否可靠连接、是否漏电等，用于确定是否可以开始充电或断电。二者之间通过CAN协议进行通信，因此每一个直流充电插头都必须包含CAN接口，一桩多充的充电桩则会有多个CAN接口。2024/5/301）电气参数值及功能定义2024/5/302）直流充电连接界面在充电插头和充电插座的连接过程中，端子藕合的顺序为：保护接地，直流电源正与直流电源负，低压辅助电源正与低压辅助电源负，充电通信与充电连接确认。在脱开的过程中，则顺序相反。2024/5/30

直流充电接口的连接界面示意图五、车载充电机（一）充电机分类

纯电动汽车的动力源是车载电池，充电机就是为车载电池充电的专门设备。充电机分为车载充电机和非车载充电机。车载充电机是指固定安装在电动汽车上的充电机，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电能的功能。车载充电机依据电池管理系统（BMS）提供的数据，能动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。2024/5/302024/5/30

车载充电机（二）充电桩

充电桩是安装在充电站、停车场、车库等固定位置并与交流电网相连，为电动汽车充电提供的充电装置。充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两种。交流充电桩是安装充电站、停车场、家庭车库等固定位置，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，同时具备计量计费功能；

直流充电桩是安装于充电站等固定位置的专用电动汽车传动装置。直流充电桩不仅有提供充电电源的功能，还具有充电机功能。是一台直流充电机。

直接对电动汽车充电。不需要通过车载充电机。直流充电机的功率较大，可以提供几十到几百千瓦的充电功率，可以为电动汽车进行快速充电。同时，可以对充电电量进行计量。2024/5/302024/5/30（三）充电机结构原理

高频开关电源充电机由整流电路、调