电动汽车充电技术及装置

第三章03电动汽车充电技术及装置一、电动汽车充电机的类型1．按照连接方式划分按照充电机与电池组连接方式的不同，电动汽车的充电机可分为传导式充电机和非接触式充电机两种。

2．按照安装位置划分根据安装位置的不同，电动汽车的充电机可分为非车载充电机和车载充电机两种。

3．按照充电时间划分按照充电时间的不同，电动汽车的充电机可分为快速充电机和慢速充电机。

4．按照充电机的功能划分二、电动汽车充电机性能及其技术要求2．技术要求（1）充电机应能和蓄电池管理系统或蓄电池管理单元通信，接收蓄电池数据，充电过程中应采用适当方法保证串联蓄电池中的单体蓄电池电压不超过上限，在蓄电池管理系统发出蓄电池严重故障信息后应能自动停止充电。

（2）充电机应具有面板操作和远程操作功能，应能和监控系统连接，在监控计算机上能完成除闭合和切断输入电源外的所有功能。

（3）充电机应能通过监控网络向监控计算机传送由蓄电池管理系统发送的数据。

（4）充电机应具有故障报警功能，能主动向监控系统发送故障信息。

（5）充电机应具有输入欠压、输入过压、输出短路、蓄电池反接、输出过压、过温、蓄电池故障等保护功能。

（6）在脱离蓄电池管理系统的情况下，充电机应停止充电。

（7）充电机应提供一条充电电缆连接确认信号。

二、电动汽车充电机性能及其技术要求（8）提供良好的人机界面，完成充电机充电过程的闭环控制，并显示故障类型，提供一定的故障排除指示。

（9）整车充电时要为蓄电池管理系统提供所需的直流电源，目前一般取24V/50A。

（10）充电机的监控系统应具备事件记录功能，为事故分析和运行测试提供历史数据。

对于有多台充电机的充电站，充电机还需要为充电站监控系统提供事件记录数据。

（11）充电机的可靠性必须满足一定的指标，综合考虑成本和利用率，充电机须保证70000～80000h的安全可靠充电小时数。

（12）充电机的设计必须充分保证人身安全，其带电部分不可外露，同时保证车体和大地等电位。

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。

二、电动汽车充电机性能及其技术要求3．电动汽车充电机的输出要求（1）电动汽车充电机的输出电压、电流范围。

（2）稳压精度。

（3）稳流精度。

（4）纹波系数。

（5）输出电流误差。

（6）输出电压误差。

（7）输出限流、限压特性。

（10）谐波电流。

（11）噪声。

（12）可靠性指标。

二、电动汽车充电机性能及其技术要求4．电动汽车充电机实例下图是某企业生产的电动汽车车载充电机。

它采用高频开关电源技术，具有浮充、均匀自动切换、短路、过载等保护功能，可以实现涓流横流/快速横流/恒压自动切换功能，确保蓄电池电量充足，延长蓄电池的使用寿命。

二、电动汽车充电机性能及其技术要求4．电动汽车充电机实例下图是某企业生产的电动汽车非车载充电机。

它采用高频开关电源技术，具有欠压、过压反接、短路、过载等保护功能，采用合理的充电曲线和单片机控制充电过程，确保蓄电池电量充足，延长蓄电池的使用寿。

三、电动汽车充电机的结构原理（一）传导式车载充电机1．车载充电机的技术要求传导式车载充电机由于安置在电动汽车上，因此除了要实现为动力电池组充电所需的功率变换外，还应满足体积小、质量轻、可靠性高及便于在车辆上安装和使用等要求。

2．车载充电机的技术原理目前，车载充电机主要由配电网输入的单相220V或三相380V、频率为50Hz的交流电源供电，主电路一般包括二极管桥式整流、有源功率因数校正、LC滤波、高频DC／DC斩波变换等组成部分，作用是把来自电网的单相或三相变流输入电能变换成稳定、可控的直流输出，并按一定的充电模式给动力电池组充电。

三、电动汽车充电机的结构原理（二）传导式非车载充电机1．非车载充电机的技术要求为保证传导式非车载充电机安全、可靠、高效地工作，要求其能够满足稳流精度和稳压精度都低于1%，满载时的效率和功率因数分别大于91%和0.9；使用环境温度在－20～50℃之间；输出电压不能超过电池组的充电限制电压和低于电池组的放电限制电压；充电电流应满足电池组的额定参数等要求。

三、电动汽车充电机的结构原理2．非车载充电机的组成原理（1）整流部分（2）滤波环节（3）斩波部分（4）功率因数校正部分（5）充电控制管理系统（6）人机交互单元（7）远程通信接口（8）电量计费部分三、电动汽车充电机的结构原理（四）非接触式充电机1．非接触式充电的原理（1）电磁感应方式（2）电磁谐振（磁共振）方式（3）微波方式2．非接触式充电机的技术实现方式一般非接触式充电机可视为实现AC／DC／AC／DC转换的功率变换器。

四、电动汽车充电机的试验与测试（一）测试仪器对充电机的测试主要涉及电阻、电压、电流、功率、功率因数、相位和频率等参数，因此可选择相应的电气仪器和仪表，也可以开发专用的充电机试验与测试综合平台。

（二）充电机的功能测试1．外观检查外形及安装尺寸应符合设计要求，表面平整、油漆均匀且无流痕，有防飞石的保护措施；柜门开闭灵活，防水和防尘措施齐全、可靠；柜内配线符合相关标准，器件安装牢靠且有高压标志和接地螺栓。

四、电动汽车充电机的试验与测试2．电气测试（1）绝缘电阻。

（2）容量。

（3）效率和功率因数。

（4）控制电压波动范围。

（5）输入电压突加试验。

（6）模拟过分相试验。

（7）充电机启动性能。

（8）负载突加、突减试验。

（9）输人电压特性。

（10）输出特性。

（11）输出电压稳态调整率。

（12）限流充电试验。

四、电动汽车充电机的试验与测试3．保护功能测试（1）电池组欠压保护。

（2）输入过压保护。

（3）输入欠压保护。

（4）输出过压保护。

（5）输出欠压保护。

（6）输出过流保护。

（7）输出过载保护。

（8）短路保护测试。

（9）电池组反接保护测试。

四、电动汽车充电机的试验与测试（三）气候环境测试（1）温升测试。

充电机在40℃±1℃的环境中连续工作，当散热器的表面温度在最后1h 内变化不超过1℃时，视为达到稳定状态，要求散热器表面温升不得高于40K，表面温度不超过85℃＋5℃，可恢复5次。

若仍超过此温度，则充电机停止工作，并发出故障信号并发送故障代码。

（2）低温测试。

充电机在-25℃的环境温度下保持2h后，通电后应能正常工作；在-40℃的环境下保持4h，然后移出并除去水渍，在常温下恢复1～2h，通电后应能正常工作。

（3）高温测试。

充电机在40℃的环境温度下连续工作6h，性能参数应符合标准要求；在70℃的环境温度下存放6h，恢复常温通电后应能正常工作。

（4）湿热测试。

充电机在规定的湿度和温度下维持一定的时间，通电后应能正常工作。

四、电动汽车充电机的试验与测试（四）机械环境测试充电机主体在承受规定的最大机械冲击或振动后，应保证外壳的变形范围未接触到充电机内部的带电部分，不影响安全防护等级，通电后能正常工作。

（五）允许温度及电介质绝缘测试在规定的环境温度下，充电机壳体、把手等人体可接触到的金属或非金属部分应分别低于允许的最高温度。

四、电动汽车充电机的试验与测试（六）电磁环境测试（1）抗电磁干扰。

（2）静电放电抗扰度。

（3）低频传导干扰抗扰度。

（4）高频传导干扰抗扰度。

（5）辐射电磁场抗扰度。

（6）电磁干扰。

1．按安装方式分按安装方式，可分为落地式充电桩、挂壁式充电桩。

一、电动汽车充电桩的基本形式充电桩的两种形式一、电动汽车充电桩的基本形式2．按安装地点分按照安装地点，可分为公共充电桩、专用充电桩和自用充电桩。

公共充电桩一、电动汽车充电桩的基本形式3．按充电接口数分按充电接口数，可分为一桩一充和一桩多充。

4．按充电方式分接充电方式，可分为直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩。

多用充电桩二、电动汽车充电桩的构成和功能1．交流充电桩的构成和功能交流充电桩一般由桩体、电气模块、计量模块等组成。

桩体包括外壳和人机交互界面；电气模块和计量模块安装在桩体内部；电气模块包括充电插座、电缆转接端子排和安全防护装置等。

二、电动汽车充电桩的构成和功能2．直流充电桩的构成和功能直流充电桩的系统结构如图所示，主要由充电桩控制器、人机交互界面、IC卡读写器、功率变换子系统及电量计量等部分组成。

三、电动汽车充电接口技术方案及规范标准（一）交流充电接口由于不同国家和地区的电网系统不同，因此不同国家在各自的交流充电标准中对充电连接器电压和电流的要求也不尽相同。

三、电动汽车充电接口技术方案及规范标准（二）交流充电的控制导引对于电动汽车的充电接口而言，物理结构的标准化只是保证了接口物理连接的互换性，除此之外，还需要用控制导引电路来完成连接状态的判断和对充电过程的安全控制。

三、电动汽车充电接口技术方案及规范标准（三）直流充电接口四、非车载充电机与电池管理系统之间的通信协议（一）数据帧格式在国内各非车载充电机与电池管理系统之间的通信标准中，除汽车行业标准对通信的数据报文进行了详细的规定之外，其他标准的数据帧格式基本参照CAN通信标准，但是由于各标准的编写背景不同，在各个阶段的参数配置及参数编码方面，深圳市地方标准与南方电网企业标准一致，而国家标准主要由能源局主持编写，因此国家标准与能源局行业标准基本一致。

四、非车载充电机与电池管理系统之间的通信协议（二）充电过程1．充电握手阶段当充电机和BMS物理连接完成并上电后，BMS首先检测低压辅助电源是否匹配，如果低压辅助电源匹配，双方进人充电握手阶段，确定充电机编号、BMS通信协议版本号、电池类型、整车动力蓄电池系统的额定容量和额定总电压等信息。

2．充电参数配置阶段充电握手阶段完成后，充电机和BMS进入充电参数配置阶段。

BMS向充电机发送电池充电参数报文，确定单体动力蓄电池的最高允许充电电压和电流、动力蓄电池的标称总能量、最高允许充电总电压、最高允许温度、整车动力蓄电池的荷电状态和总电压。

3．充电阶段充电配置阶段完成后，充电机和BMS进入充电阶段。

4．充电结束阶段（一）三相PWM 整流电路1．整流电路结构和工作原理五、充电桩功率变换器主电路拓扑单相PWM 整流电路的原理图五、充电桩功率变换器主电路拓扑2．PWM整流电路控制方法直接电流控制系统结构五、充电桩功率变换器主电路拓扑3．主要技术特性（1）具有完美的正弦波输入电流，极大地减少了整流器对电网的谐波污染。

（2）输入功率因数近似为1，使得整流电路与电网之间几乎没有无功传递，可以降低电源系统变压器的容量，大幅减少无功损耗，从而可以节约能源，降低系统成本。

（3）输入电压范围宽，更适合于电网电压剧烈波动的地区，有利于减少蓄电池的充放电次数。

（4）整流输出直流电压纹波小，可延长蓄电池使用寿命。

五、充电桩功率变换器主电路拓扑（二）单级PFC功率变换器1．基本电路的改进在对基本电路的实际改进中，通常是在如图所示电路中的VD1、VD2两条二极管电路中加入电感线圈等元件，以减少电路的电压应力。