电动汽车充电站充放电设备

电动汽车充电站充放电设备许继电源有限公司2010年1月目录1.概述 (2)2.许继的技术优势 (2)3.充放电设备 (3)4.监控系统设备 (20)5.谐波治理设备 (22)1.概述电动汽车以电代油，能够实现“零排放”与“低噪音”，是解决能源和环境问题的重要手段。

随着石油资源的紧张和电池技术的发展，电动汽车在性能和经济性方面已经接近甚至优于传统燃油汽车，并开始在世界范围内逐渐推广应用。

以电动汽车为代表的新一代节能与环保汽车是汽车工业发展的必然趋势已经成为普遍共识。

充电系统为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。

在充电系统中，充电站的建设需要根据电动汽车的充电需求，结合电动汽车运行模式进行相应的规划和设计。

目前，以电力公司主导的电动汽车充电站的技术和建设规范已相继出台，并建成多个示范工程，为充电站的推广积累了宝贵的经验。

许继电源作为电力直流操作电源设备的主要供应商，掌握有蓄电池充放电的关键技术和制造能力，参与国家电网公司电动汽车充放电装置技术标准的制订，是电动汽车充放电设备技术开发与产品制造的先导企业。

2.许继的技术优势许继电源是专业从事电力电子产品研发、制造与系统集成的厂商，主要产品包括电力直流操作电源、电力专用UPS、有源逆变蓄电池放电装置、大功率电力电子STATCOM（SVG）和APF设备。

其中直流操作电源、电力专用UPS、有源逆变蓄电池放电装置的销量居全国第一，大功率电力电子设备的研发和制造技术国内处于领先地位。

许继电源从1988年开始研发、生产蓄电池充放电装置，充放电技术经历了从相控变换技术到高频变换技术两个时代，1998年以后完全进入高频变换时代。

用于直流储能的蓄电池经历了固定式防酸电池、隔镍碱性电池、阀控式铅酸电池和锂离子电池，积累了丰富的充放电设备的研发、制造和运行经验。

到目前为止，已研发、制造、交付商业运行的充放电设备涵盖了交流侧电压380V/220V，直流侧电压12V～800V、电流5A～400A、最大功率300kW的范围，先后供货12万余台充放电设备。

已熟练掌握了包括单向和双向AC/DC、DC/DC，单相和三相PFC 等多种拓扑结构的高频变换控制技术和IGBT、MOSFET功率变换器件的应用技术、热设计技术和电磁兼容设计技术。

许继电源致力于为电力控制提供高性能和高可靠的电源解决方案，生产的PZ61系列高频开关直流电源和PBD系列电力专用UPS产品，服务运行的500kV 及以上变电站达110余座、220kV变电站达480余座、110kV及以下变电站达9600余座，其中特高压直流输电工程的换流站大部分采用许继电源的PZ61系列直流操作电源产品。

在发电领域，服务运行的1000MW机组达28台（国内60％以上）、600MW机组达106台、300MW机组达116个、风电场达82座。

大批量在电力系统运行的高频整流和逆变电源产品，许继电源积累了丰富的网上运行经验，利用熟练的高频开关功率变换设计与制造技术，根据电动汽车的充电需求，使我们能够在短时间内开发出适用于电动汽车充电站的充放电设备。

如2009年的四季度，许继电源仅用三个月的时间，成功为上海世博园电动汽车充电站设计制造了125A/75V充电机196台和75A/400V充电机56台。

目前，这两种规格的电动汽车充电机全部通过了国家开普实验室的电磁兼容试验和型式试验，产品的技术指标先进，输入谐波电流总畸变率小于5％、效率大于92％，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力和与电池管理系统及充电站监控系统通信的功能，2010年4月即可投入商业运行。

在电力系统自动化方面，许继电气具有成熟的CBZ-8000变电站自动化控制产品，它的软硬件技术平台可以移植到充电站的监控系统中，针对充放电管理的特点和要求，开发相应的充电站管理应用程序。

综上所述，在电动汽车充电站设施领域，许继不但能提供核心的充电和充放电设备，而且也能够提供充电站的监控设备。

3.充放电设备电动汽车充放电设备包括非车载充电机、车载充电机、非车载充放电装置和交流充电桩等，分别说明如下：充电机是指采用传导方式将电网交流电能变换为直流电能，为电动汽车动力电池充电，提供人机操作界面及直流充电接口，并具备相应测控保护功能的专用装置。

充电机固定安装在电动汽车外的称为非车载充电机，固定安装在电动汽车上的称为车载充电机。

非车载充放电装置是指固定安装在电动汽车外，采用传导方式实现电网交流电能与电动汽车动力电池电能之间的双向转换，提供人机操作界面及直流充放电接口，并具备相应测控保护功能的专用装置。

交流充电桩是指固定在地面、柱上或墙上，采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能，提供人机操作界面及交流充电接口，并具备相应测控保护功能的专用装置。

3.1 非车载充电机3.1.1 原理结构非车载充电机为模块化设计，单个充电模块的输出功率为10kW。

10kW 以上的充电机采用2个或以上的充电模块并联工作，满足整机输出功率需求。

1）ZCD10充电模块ZCD10充电模块输入采用有源功率因数校正电路，其电气原理如图3-1所示，外形结构如图3-2所示（3U 高630mm 宽）。

图3-1 ZCD10充电模块原理拓扑图图3-2 ZCD10充电模块外形图2）ZCD20充电模块ZCD20充电模块输入采用无源功率因数校正电路，其电气原理如图3-3所示，外形结构如图3-4所示（3U 高19英寸宽）。

交流输入交流输入图3-3 ZCD20充电模块原理拓扑图图3-4 ZCD20充电模块外形图3）ZCD11、ZCD21系列10kW 非车载充电机10kW 非车载充电机是采用1个ZCD10或ZCD20充电模块单机工作，并通过RS-485连接充电监控与通信管理单元，具备人机交互、与BMS 通信等非车载充电机的全部功能，其原理拓扑如图3-5所示，外形结构如图3-6所示。

图3-5 10kW 非车载充电机原理拓扑图（6U高630mm宽）图3-6 10kW非车载充电机外形图4）ZCD1X、ZCD2X系列20kW～200kW非车载充电机（X为并联模块个数） 20kW～200kW非车载充电机是采用2～20个ZCD10或ZCD20充电模块并机工作，并通过RS-485连接充电监控与通信管理单元，具备人机交互、与BMS通信等非车载充电机的全部功能，其原理拓扑如图3-7所示，外形结构如图3-8所示。

图3-7 20kW～200kW非车载充电机原理拓扑图（高≤2260mm×宽≤800mm×深≤800mm）图3-8 20kW～200kW非车载充电机外形图3.1.2功能特点1）具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力，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。

充电机典型的充电程序流程图如下：2）具备手动充电功能，在充电过程中，通过专业操作人员设置充电方式、充电电压、充电电流等参数，充电机根据设定参数执行相应操作，完成充电过程。

3）具备高速CAN网络与BMS通信的功能，判断充电机是否与电动汽车正确连接；判断动力电池类型；获得电池系统参数、及充电前和充电过程中整组和单体电池的实时数据。

4）可通过高速CAN网络或工业以太网与充电监控系统通信，上传充电机和动力电池的工作状态、工作参数和故障告警信息，接受启动充电或停止充电控制命令。

5）彩色触摸屏显示与输入人机交互界面，可显示当前电池类型、充电方式、充电电流、充电电压、充电时间、充电电量及计费信息；在手动设定过程中能显示输入和帮助信息；在出现故障时能显示相应告警内容；通过触摸屏可对充电机的参数进行设定或对充电机进行启动或停止控制。

6）完备的安全防护措施：紧急停止充电按钮；人工确认启动充电；交流输入过压保护功能；交流输入欠压告警功能；交流输入过流保护功能；直流输出过流保护功能；直流输出短路保护功能；直流输出防止反接功能；输出软启动功能，防止电流冲击；在充电过程中，充电机能保证动力电池的温度、充电电压和电流不超过允许值；并具有单体电池电压限制功能，自动根据BMS的电池信息动态调整充电电流。

自动判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。

当充电机与电动汽车正确连接后，充电机才能允许启动充电过程；当充电机检测到与电动汽车连接不正常时，立即停止充电；充电联锁功能，保证充电机与电动汽车连接分开以前车辆不能启动；具有阻燃功能。

3.1.3充电接口1）非车载充电机与电动汽车的充电接口定义如图3-9所示。

图3-9 非车载充电机与电动汽车的电气连接2）非车载充电机采用单一插头的车辆连接器与电动汽车的车载充电插孔相连接，具有防误操作功能及锁紧装置防止连接意外断开。

3）车辆连接器功率触头额定电流可选63A、125A、250A，寿命≥10000次。

3.1.4技术指标1）环境条件工作温度：－20℃～＋50℃；相对湿度：5％～95％；海拔高度：≤2000米。

2）交流输入交流工作电压：380V±15％（三相四线）；交流工作频率：50Hz±1Hz；满载功率因数：ZCD10系列≥0.99，ZCD20系列≥0.94；谐波电流总畸变率：ZCD10系列≤5％，ZCD20系列≤26％；3）直流输出稳流精度：不超过±1％；稳压精度：不超过±0.5％；纹波系数：≤0.5％；满载效率：ZCD10系列≥92％，ZCD20系列≥94％；最高电压：1.05×电池充电限制电压×电池串联个数；典型电压值可选择75V、300(350)V、400(450)V、500(550)V、600(650)V；最低电压：电池放电限制电压×电池串联个数；最大电流：按电池厂家要求的最大充电电流确定；最大功率：最高输出电压×最大输出电流，按10kW的倍数确定。

4）结构防护外壳防护等级：室内IP32、室外IP54，结构上防止手触及带电部分。

充电机金属外壳和零件采用双层防锈处理，非金属外壳具有防氧化保护膜或进行防氧化处理。

充电机内部印制电路板、接插件进行防潮湿、防霉变、防烟雾处理，满足TH工作条件。

5）平均无故障时间：MTBF≥50000h。

3.2车载充电机车载充电机主要为小型电动汽车进行补充电能，充电功率较小，可利用建在路边、小区等的交流充电桩为电动汽车充电，并充分利用低谷时段充电。

3.2.1原理结构车载充电机输入采用有源功率因数校正电路，其电气原理如图3-10所示，外形结构如图3-11所示（长420mm×宽160mm×高120mm）。

交流输入图3-10 车载充电机原理拓扑图图3-11 车载充电机外形图3.2.2功能特点1）具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力，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。