纯电动汽车充电系统pptx

  Project 2项目四充电系统充电系统1充电系统概述2充电系统核心部件目录任务一 充电系统概述学习目标1. 了解充放电C率、时率的基本概念。2. 掌握电动汽车常用的充电方法。3. 熟知电动汽车的慢速充电系统。4. 熟知电动汽车的快速充电系统。一、 电动汽车充电系统概述1. 电动汽车充电系统 电动汽车充电系统是维持电动汽车运行的能源补给设施，是从供电电源提取能量对动力电池充电时使用的有特定功能的电力转换装置。最重要的包含交流（慢速）充电系统和直流（快速）充电系统，电动汽车充电系统如图4-1所示。电动汽车对充电系统的基础要求如下：（1）安全性 包括人员的人身安全和动力电池的安全。（2）易用性 具有较高的智能性，不需要操作人员过多干预充电过程。（3）经济性 价格低、性能优异的充电设备有助于降低整个电动汽车的成本，促进电动汽车的商业化推广。（4）高效性 高效率是对现代电动汽车充电系统的重要要求之一。（5）低污染性 采用电力电子技术的充电设备是一种高度非线性的设备，会对供电网及其他供电设备产生有害的谐波污染，而且由于充电设备功率因数低，在充电系统负载增加时，对供电网的影响也不容忽视。2. 电动汽车充放电速率的表示方法（1）C率 C率又称倍率，是指电池在规定时间内放出其额定容量时所需要的电流值，即：C率=充放电电流（A）/额定容量（A·h）其数值为电池额定容量的倍数。例如：额定容量为100 A·h的电池用20A放电时，其放电倍率为0.2C。电池放电C率是表示放电快慢的一种量度。所用的容量1小时放电完毕，称为1C放电；5小时放电完毕，则称为1/5=0.2C放电。（2）时率时率又称小时率，是电池以一定的电流放完其额定容量所需要的小时数，即时率（h）=电池的额定容量（A·h）/规定的充放电电流（A），充放电时间表示的充放电速率。例如：电池额定容量为C20=12 A·h，则表示电池应以12/20=0.6A的电流放电，连续达到 20h者即为合格。二、慢速充电系统慢速充电系统通过慢速充电线束（家用慢速充电线束、充电桩慢速充电线V家用交流插座或交流充电桩相连为动力电池进行充电；慢速充电系统将220V交流电转化为直流电，以实现动力电池的电能补给。1. 慢速充电系统构成慢速充电系统主要是由供电设备（交流充电桩或家用交流电源）、车载充电机、慢充充电口、充电枪、高压线束、低压控制线束、高压控制盒、动力电池、整车控制器（VCU）等部件组成，慢速充电系统构成如图4-2所示。图4-2 慢速充电系统构成交流充电桩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，提供人机操作界面和交流充电接口，并具备相应保护功能的专用装置，如图4-3所示。交流充电桩可应用在各种大、中、小型电动汽车充电站中。其特点是充电功率较小，电池充电时间比较久，可充分的利用低谷时段充电。图4-3 交流充电桩2. 慢速充电接口慢速充电接口适用于电动汽车传导充电使用，其接口功能定义执行国家标准GBT20234.2-2015《电动汽车传导充电用连接装置》规定，参见表4-1。表4-1 慢速充电接口的额定值标称电压V额定电流A2501632北汽EV200的慢充充电口位于传统汽车的油箱口部位，打开充电盖后能够正常的看到充电插头为7孔式，其供电触头布置方式如图4-4所示。另外必须要格外注意：不充电时禁止打开充电盖。慢充充电接口电气参数和功能定义如表4-2所示。表4-2 慢充充电接口各触头功能定义触头编号/标识功能定义1-（L）交流电源2-（NC1）备用触头3-（NC2）备用触头4-（N）中线-（PE）保护接地(PE)，连接供电设备地线-（CC）充电连接确认7-（CP）控制确认3. 慢速充电工作原理（1）慢速充电系统对充电条件的要求 充电线连接确认信号正常；充电机供电电源正常（包括220V和12V）及充电机工作正常；充电唤醒信号输出正常（12V）；充电桩、整车控制器（VCU）、电池管理系统（BMS）之间通信正常；动力电池电芯温度在5℃～45℃之间；单体电池最高电压与最低电压差小于0.3V；单体电池最高温度与最低温度差小于15℃；绝缘性能大于20MΩ；实际单体最高电压不大于额定单体电压0.4V；高、低压电路连接正常。（2）慢速充电系统工作过程 交流充电桩（或家用16A供电插座）提供的交流电经车载充电机整流、滤波、升压后转换为高压直流电压，通过高压控制盒连接到动力电池，慢速充电系统工作原理如图4-5所示。（1）交流供电 （2）充电唤醒 （3）BMS检测充电需求 （4）BMS发送充电指令 （5）充电过程 （6）停止充电图4-5 慢速充电系统工作原理三、 快充系统1. 快充系统构成快充系统主要由快充桩（直流充电桩）、快充接口、高压控制盒、动力电池、整车控制器、高压线束和低压控制线束等组成。直流充电桩及高压控制盒如图4-6所示。图4-6 直流充电桩及高压控制盒2. 快充充电接口 直流充电桩的充电接口是充电桩与电动汽车快充充电口进行物理连接，完成充电和控制引导的连接器。直流充电桩与电动汽车的充电接口功能定义执行国家标准GB/T20234.3-2015《电动汽车传导充电用连接装置》的规定，如表4-3所示。北汽EV200的快充充电口位于车头前部正中间位置，如图4-7所示。快速充电口表4-3 直流充电接口额定值标称电压V额定电流A750125250图4-7快充充电口位置图4-8 快充充电口针脚名称表4-4 快充充电接口各触头功能定义触头编号/标识功能定义1— (DC+)直流电源正，连接直流电源正与电池正极。2— (DC—)直流电源负，连接直流电源负与电池负极。3— ( )保护接地(PE)，连接供电设备地线—(S+)充电通信CAN_H，连接非车载充电机与电动汽车的通信线—(S—)充电通信CAN_L，连接非车载充电机与电动汽车的通信线—(A+)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—)低压辅助电源负，连接非车载充电机为电动汽车提供的低压辅助电源。3. 快充工作原理（1）直流供电 （2）充电唤醒 （3）BMS检测充电（4）BMS发送充电（5）充电过程 （6）停止图4-9 快速充电系统结构组成任务二 充电系统核心部件学习目标1.认识电动汽车充电机。2.认识DC/DC变换器。3.了解高压控制盒的作用。一、 充电机（1）车载充电机（2）地面充电机（3）感应式充电机1. 充电机的分类（1）车载充电机 车载充电机固定安装在电动汽车上，当要充电时通过电缆与地面交流电源连接完成充电，由于只需将车载充电机的插头插接到停车场或其附近的交流电源插座上或专用的充电桩上即可进行充电，因此车载充电机又称交流充电机。图4-10 车载充电机与充电电源连接（2）地面充电机 地面充电机又称直流充电机，指采用直流充电模式为电动汽车动力电池总成进行充电的充电机。直流充电模式是以充电机输出的可控直流电源直接对动力电池总成进行充电。图4-11 地面充电机充电连接（3）感应式充电机 感应式充电机利用电磁感应耦合方式向电动汽车传输电能，两者之间没有实际的物理连接图 4-12 感应式充电机充电原理图4-13 移动式感应充电2. 车载充电机的功能车载充电机是采用高频开关电源技术，基本功能是将交流220V市电转换为高压直流电给动力电池进行充电，保证车辆正常行驶。车载充电机工作过程需要协调充电桩、电池管理系统（BMS）等部件，同时车载充电机提供对应的保护功能，包括过压、欠压、过流、欠流等多种保护的方法，当充电系统出现异常会及时切断供电。表4-5车载充电机的供电功能电源功能高压直流电经高压控制盒，为动力电池充电低压直流电充电时BMS、VCU、仪表等用电表4-7车载充电机的通信功能通信形式功能与BMS通信BMS控制车载充电机的工作状态（工作模式指令、动力电池允许最大电压、充电允许最大电流、加热状态电流值等），同时车载充电机将充电状态（单体电压、总电压、温度、电流等）发送给BMS与车辆监控系统通信通过通信系统将充电状态（电压、电流等）发送到车辆仪表或监控系统故障诊断通过通信系统将车载充电机内部的故障信息发送到CAN网络，能够最终靠诊断仪或CAN卡读出数据表4-6车载充电机的保护功能保护形式保护条件输出过压保护输出不小于设定电压值时关闭输出输出过流保护输出电流大于设定电流值时关闭输出短路保护输出短路时，充电机自动进入输出限流保护或关闭状态，故障排除后，自动恢复工作过温保护当温度超过过温保护值时，充电机自动进入过温保护状态，当温度回到正常状态后，自动恢复工作状态输入过压保护输入不小于设定电压值时关闭输出输入欠压报警输入小于等于设定电压值时可关闭输出或降低输出功率3. 车载充电机的结构车载充电机接口由交流输入端、直流输入端、低压通信端组成车载充电机位置车载充电机接口（1）交流输入端：连接从交流充电插座进来的连接器；交流输入端各针脚含义如图4-17所示。图4-17交流输入端接口针脚（2）直流输出端 车载充电机输出到电池的部分；直流输出端各针脚含义如图4-18所示。图4-18直流输出端接口针脚（3）低压通信端 车载充电机与电池管理系统（BMS）和外部连接的低压接口；低压通信端各针脚如图4-19所示，底端一排从右向左分别为针脚1～8，上端一排从右向左分别为针脚9～16。低压控制端各针脚含义：1脚：新能源CAN_L2脚：新能源CAN_GND5脚：互锁输出（到高压盒低压插件）8脚：GND9脚：新能源CAN_H11脚：CC信号输出13脚：互锁输入（到空调压缩机低压插件）15脚：12V+ OUT16脚：12V+ IN图4-19低压通信端接口针脚4. 车载充电机的工作原理北汽EV200车载充电机采用高频开关电源技术，具有过压、欠压、过流、欠流等保护的方法，当充电系统出现异常会及时切断供电。车载充电机内部可分为3部分，主电路、控制电路、线束及标准件。车载充电机内部结构如图4-20所示。图4-20车载充电机内部结构车载充电机工作时，整流电路将输入的220V交流电转变为脉动电流，经过PFC电路后转变为直流电，然后再进行逆变升压，最后将变压器输出的交变电流整流滤波后输入动力电池进行充电，充电过程中充电机根据接受整车控制器（VCU）或电池管理系统（BMS）发送的充电电压、充电电流等指令进行工作。表4-8车载充电机参数项目名称参数值输入电压220V±15% AC输出电压240V-410V DC效率满载大于90%冷却方式风冷防护等级IP66二、 DC/DC变换器1. DC/DC变换器的结构组成电动汽车中的DC/DC变换器（又称“变压器”）位于机舱内，在高压控制盒与车载充电机之间，大多数都用在将动力电池的高压直流电转换为12V低压直流电给蓄电池及整车低压用电系统供电图4-21 DC/DC变换器位置示意DC/DC变换器共有4处接线口，分别为低压输出负极、低压输出正极、低压控制端、高压输入端图4-22 DC/DC变换器接线高压输入端各针脚含义图4-24低压控制端接口针脚A脚：控制电路电源正兼使能（直流12V启动，0～1V关机）B脚：电源状态信号输出（故障线V高电平，正常：低电平）C脚：控制电路电源2. DC/DC变换器的工作原理DC/DC变换器工作原理是ECU控制绝缘栅双极晶体管（1GBT）的导通和截止，把动力电池组件的直流电逆变成高压、高频交流电，然后通过变压器把这一高压、高频交流电转变为低压、高频的交流电，最后通过二极管整流滤波变成12V直流电。表4-9 DC/DC变换器基本信息参数项目名称参数值输入电压240V～410V DC输出电压14V DC效率峰值大于88%冷却方式风冷防护等级IP67图4-25 DC/DC变换器工作原理图三. 高压控制盒1. 高压控制盒的结构组成高压控制盒，也叫高压配电盒，跨接在充快速电接口和电池之间，及动力电池和电机控制器之间，基本功能是对动力电池中储存的电能进行输出及分配，实现对支路用电器件的切断和保护。包括整车主继电器、高压各分系统保险。图4-26高压控制盒位置高压控制盒共有5个接线口，分别连接快充、动力电池组件、电机控制器和其他高压接插件图4-27高压控制盒接口高压控制盒内部结构如图4-28所示图4-28高压控制盒内部结构图4-29 高压控制盒内部熔断器图4-30快充插件接口针脚低压控制端插件各针脚含义如下：1脚：快充继电器

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