电动汽车充电系统技术原理与解析

上海工程技术大学汽车工程学院2016-11电动汽车充电系统技术原理与解析充电桩、DC-DC变换器、车载充电机Page2LOGO目录充电设施发展现状及未来规划充电桩基本定义/参考标准/充电桩接口交流充电桩介绍直流充电桩介绍DC-DC变换器车载充电机Page3LOGO目录充电设施发展现状及未来规划充电桩基本定义/参考标准/充电桩接口交流充电桩介绍直流充电桩介绍DC-DC变换器车载充电机Page4LOGO2016年8月新能源乘用车销量排行全国全球2016年1-7月，新能源汽车生产21.5万辆，销售20.7万辆，比上年同期分别增长119.8%和122.8%。其中纯电动汽车产销分别完成16.2万辆和15.3万辆，比上年同期分别增长156.4%和160.9%；插电式混合动力汽车产销均完成5.4万辆，比上年同期分别增长53.7%和57.6%。Page5LOGO历年新能源汽车销量对比在十三五的新政策环境下，16年新能源乘用车市场呈现逐步恢复增长特征，1-2月受春节和政策因素影响而产销较低，随着对骗补问题的政策的处理态度日益明朗，3-7月新能源车逐步实现恢复性增长。随着新能源车调整补贴的政策逐步明朗，未来几个月新能源车发展仍有很好的前景。Page6LOGO充电桩发展现状数据显示，去年我国新能源汽车产量达34万辆，销量为33万辆。今年我国新能源汽车产销量持续高速增长态势，1月至8月，我国新能源汽车生产25.8万辆，销售24.5万辆，比上年同期分别增长111%和115.6%。近几年我国新能源汽车产销量快速增长，而下游充电桩数量严重不足。截至今年上半年，我国新能源汽车累计产量已达75万辆，而同期充电桩数量仅为13.1万个，其中包括公共充电桩8.1万个、随车建成私人充电桩5万个，车桩比为6:1左右，未来仍有较大的发展空间。随着政策的不断加码，我国充电桩建设将步入加速期。Page7LOGO“十三五”规划发布时间：2015年11月17日牵头部委：发改委、能源局、工信部、住建部四部委内容：联合印发《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》通知，明确到2020年，新增集中式充换电站超过1.2万座，分散式充电桩超过480万个，以满足全国500万辆电动汽车充电需求。2020年1.2万480万500万截至日期充电桩数量电动汽车保有量Page8LOGO目录充电设施发展现状及未来规划充电桩基本定义/参考标准/充电桩接口交流充电桩介绍直流充电桩介绍DC-DC变换器车载充电机Page9LOGO充电桩定义其功能类似于加油站里面的加油机，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，为电动汽车充电的设备。分类（按接口类型）：交流（慢充）直流（快充）充电桩基本介绍交流充电桩直流充电桩汽车交流交流高压配电盒车载充电机交流直流电池充电桩电网充电桩应用示意图Page10LOGO充电桩构成充电功能（交流/直流）刷卡触摸屏网络功能LANWIFI2G3G4G计量蓝牙Page11LOGO常见电动车充电时长车型慢充时间快充时间续航里程北汽E150EV8小时2小时150KM比亚迪E620小时2小时300KM江淮和悦IEV48小时2.5小时200KM江淮和悦IEV58小时2.5小时200KM奇瑞eQ纯电动车8至10小时30分钟200KM腾势5小时1.5-2小时250KM北汽C70GB10小时以上2小时130KM荣威E506-8小时1.5小时180KM赛欧SPRINGO7.5小时--130KM长安E308小时1.5小时160KM启辰e308小时1.5小时180KM众泰知豆E206小时1小时120KM力帆LF7002EV7小时--150KMPage12LOGO充电设施标准标准:IEC61851IEC(TheInternationalElectrotechnicalCommission)SAEJ1772SAE(SocietyofAutomotiveEngineersofUnitedStates)GB/T20234GB(国标)CHAdeMOCHAdeMO(日本)IEC标准是欧洲使用的标准，由国际电工学会发起建立。SAEJ1772是美国SAE发起建立的标准。GB是中国国家标准。CHAdeMO是一种快充标准，由日本相关企业行业发起。这些标准定义充电方法、通信标准和插头插座等。不同的标准的充电设施无法完全兼容。Page13LOGO充电桩国家标准电动车辆传导充电系统一般要求(GB/T18487.1-2015)2011电动汽车传导充电用连接装置第1部分:通用要求(GB/T20234.1-2015)2011电动汽车传导充电用连接装置第2部分:交流充电接口(GB/T20234.2-2015)2011电动汽车传导充电用连接装置第3部分:直流充电接口(GB/T20234.3-2015)2011电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议(GB/T27930-2015)2011NB/T33008.1-2013电动汽车充电设备检验试验规范第1部分;非车载充电机NB/T33001-2010电动汽车非车载传导式充电机技术条件NB/T33008.2-2013电动汽车充电设备检验试验规范第2部分：交流充电桩NB/T33002-2010电动汽车交流充电桩技术条件国家标准行业标准Page14LOGO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Page15LOGO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/CPage16LOGO充电插头和插座(CHARdeMO除外)充电模式2和3:AC充电充电模式4:DC充电IEC-1NorthAmericaIEC-2EuropeGBChinamainlandChargingmode2Chargingmode3；Connectmanner:BChargingmode3；Connectmanner:CChargemode4Page17LOGO充电插座ACDCIEC-1NorthAmericaIEC-2EuropeGBChinamainlandPage18LOGOCCS-2充电插头和插座CCS-2plugSocketIEC-2plugFastchargingSlowchargingCCSintegratesone-phaseACcharging,three-phaseACchargingandDCchargingintoasinglevehicleinlet.ThisuniversalchargingsystemwillallowEVownerstorechargeatmostexistingchargingstationsregardlessofpowersource.TherearetwovariantsoftheCCS.OneisbasedonSAEJ1772socketinterface(equivalenttoIECType1socket)andtheotherbasedonIECType2socketinterface.TheyarecalledCombo1andCombo2respectively.TheformerismorecommonlyusedinEVsfromtheU.S.whilethelatterismoresoamongEVsfromEuropeancountries.Page19LOGOCCS-2(管脚定义)Page20LOGOIEC-2充电插头和插座Page21LOGOCCS-1和IEC-1CCS-1IEC-1Page22LOGO交流充电桩插座-GB桩供电侧车辆侧Page23LOGO直流充电桩插座-GBPage24LOGO充电插头(ABB)IEC-2ACCCS-2CHAdeMOPage25LOGO目录充电设施发展现状及未来规划充电桩基本定义/参考标准/充电桩接口交流充电桩介绍直流充电桩介绍DC-DC变换器车载充电机Page26LOGO交流充电桩定义：给电动汽车提供交流电源的充电装置。基本组成：继电器（接触器），控制器引导电路，漏电保护电路，过流过压保护电路，防雷模块分类（分类依据：枪的数量）单枪双枪容量分类10A220VAC便携式16A220VAC32A220VAC市场主流63A380VAC产品种类（安装方式）便携式壁挂式落地式Page27LOGO交流充电桩内部结构Page28LOGO交流充电桩样机Page29LOGO交流充电桩使用案例TELSABMWPage30LOGO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Page31LOGO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Page32LOGO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。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Page33LOGO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。Page34LOGO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±1HzPage35LOGO控制引导电路作用1：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）。Page36LOGO控制引导电路作用2：设定容量----枪头电阻/PWM占空比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新国标老国标Page37LOGO控制引导电路作用2：设定容量---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Page38LOGO常用充电模式/连接方式3A2B充电模式/连接方式实物案例Page39LOGO常用充电模式/连接方式3B3C充电模式/连接方式实物案例Page40LOGO控制引导电路的推荐参数Page41LOGO充电流程有S2开关按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3s