新能源汽車概論.ppt

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第 1 頁,第6章 電動汽車充電技術(shù),6.1 電動汽車充電裝置 6.1.1電動汽車對充電裝置的要求 6.1.2電動汽車充電裝置的類型 6.1.3 電動汽車充電方法 6.1.4 電動汽車充電方式 6.2電動汽車充電機 6.2.1電動汽車充電機類型 6.2.2 電動汽車充電機的電氣參數(shù)和技術(shù)指標 6.2.3 電動汽車充電機的技術(shù)要求 6.2.4 電動汽車充電機實例,第 2 頁,6.1 電動汽車充電裝置,電動汽車產(chǎn)業(yè)能否得到快速發(fā)展，充電技術(shù)是關(guān)鍵因素之一。智能、快速的充電方式成為電動汽車充電技術(shù)發(fā)展的趨勢。 蓄電池充電裝置是電動汽車不可缺少的系統(tǒng)之一，它的功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動車車載蓄電池的電能。,,第 3 頁,6.1.1電動汽車對充電裝置的要求,（1）安全性。電動汽車充電時，要確保人員的人身安全和蓄電池組的安全。 （2）使用方便。充電裝置應具有較高的智能性，不需要操作人員過多干預充電過程。 （3）成本經(jīng)濟。成本經(jīng)濟、價格低廉的充電設備有助于降低整個電動汽車的成本，提高運行效益，促進電動汽車的商業(yè)化推廣。 （4）效率高。高效率是對現(xiàn)代充電裝置最重要的要求之一，效率的高低對整個電動汽車的能量效率具有重大影響。 （5）對供電電源污染要小。采用電力電子技術(shù)的充電設備是一種高度非線性的設備，會對供電網(wǎng)及其它用電設備產(chǎn)生有害的諧波污染，而且由于充電設備功率因數(shù)低，在充電系統(tǒng)負載增加時，對其供電網(wǎng)的影響也不容忽視。,,第 4 頁,6.1.2電動汽車充電裝置的類型,電動汽車充電裝置的分類有不同的方法?？傮w上可分為車載充電裝置和非車載充電裝置。 車載充電裝置是指安裝在電動汽車上的采用地面交流電網(wǎng)或車載電源對電池組進行充電的裝置。包括車載充電機、車載充電發(fā)電機組和運行能量回收充電裝置。它將一根帶插頭的交流動力電纜線直接插到電動汽車的插座中給電動汽車充電。車載充電裝置通常使用結(jié)構(gòu)簡單、控制方便的接觸式充電器，也可以是感應充電器。它完全按照車載蓄電池的種類進行設計，針對性較強。 非車載充電裝置，即地面充電裝置，主要包括專用充電機、專用充電站、通用充電機、公共場所用充電站等。它可以滿足各種電池的各種充電方式。通常非車載充電器的功率、體積和重量均比較大，以便能夠適應各種充電方式。,,第 5 頁,6.1.2電動汽車充電裝置的類型,另外，根據(jù)對電動汽車蓄電池充電時的能量裝換的方式不同，充電裝置可以分為接觸式和感應式。 隨著電力電子技術(shù)和變流控制技術(shù)的飛速發(fā)展，高精度可控變流技術(shù)的成熟和普及，分階段恒流充電模式已經(jīng)基本被充電電流和充電電壓連續(xù)變化的恒壓限流充電模式取代。直到目前，主導充電工藝的還是恒壓限流充電模式。接觸式充電的最大問題在于安全性和通用性，為了使它滿足嚴格的安全充電標準，必須在電路上采用許多措施使充電設備能夠在各種環(huán)境下安全充電。恒壓限流充電和分階段恒流充電均屬于接觸式充電技術(shù)。 近年來，新型的電動汽車感應充電技術(shù)發(fā)展很快。感應充電器是利用高頻交流磁場的變壓器原理，將電能從離車的原方感應到車載的副方，以達到給蓄電池充電的目的。感應充電的最大優(yōu)點是安全，這是因為充電器與電動汽車之間并無直接的點接觸，使得即使電動汽車在惡劣的氣候下，如雨雪天，進行充電也無觸電的危險。,,第 6 頁,6.1.3電動汽車充電方法,電動汽車蓄電池充電方法主要有恒（定）流充電、恒（定）壓充電和脈沖快速充電，可根據(jù)具體情況選擇一種充電方法或幾種方法的組合方法，現(xiàn)代智能型蓄電池充電器可設置不同的充電方法。 1.恒流充電 恒流充電是指充電過程中使充電電流保持不變的方法。恒流充電具有較大的適應性，容易將蓄電池完全充足，有益于延長蓄電池的壽命。缺點是在充電過程中，需要根據(jù)逐漸升高的蓄電池電動勢調(diào)節(jié)充電電壓，以保持電流不變，充電時間也較長。,,第 7 頁,6.1.3電動汽車充電方法,恒流充電是一種標準的充電方法，有如下4種充電方法： （1）涓流充電，即維持電池的滿充電狀態(tài)，恰好能抵消電池自放電的一種充電方法，其充電電率對滿充電的電池長期充電無害，但對完全放電的電池充電，電流太小。 （2）最小電流充電，是指在能使深度放電的電池有效恢復電池容量的前提下，把充電電流盡可能地調(diào)整到最小的方法。 （3）標準充電，即采用標準速率充電，充電時間為14h。 （4）高速率（快速）充電，即在3h內(nèi)就給蓄電池充滿電的方法，這種充電方法需要自動控制電路保護電池不損壞。,,第 8 頁,6.1.3電動汽車充電方法,2.恒壓充電 恒壓充電是指充電過程中保持充電電壓不變的充電方法，充電電流隨蓄電池電動勢的升高而減小。合理的充電電壓，應在蓄電池即將充足時使其充電電流趨于0。如果電壓過高會造成充電初期充電電流過大和過充電，如果電壓過低則會使蓄電池充電不足。充電初期若充電電流過大，則應適當調(diào)低充電電壓，待蓄電池電動勢升高后再將充電電壓調(diào)整到規(guī)定值。 恒壓充電的優(yōu)點是充電時間短，充電過程無需調(diào)整電壓，較適合于補充充電。缺點是不容易將蓄電池完全充足，充電初期大電流對極板會有不利影響。,,第 9 頁,6.1.3電動汽車充電方法,3.脈沖充電 脈沖充電是先用脈沖電流對電池充電，然后讓電池短時間、大脈沖放電，在整個充電過程中使電池反復充、放電。,,第 10 頁,6.1.4電動汽車充電方式,電動汽車充電方式主要有常規(guī)充電方式、快速充電方式、無線充電方式、更換電池充電方式和移動式充電方式。 1．常規(guī)充電方式 常規(guī)充電方式采用恒壓、恒流的傳統(tǒng)充電方式對電動汽車進行充電。車載充電機是純電動轎車的一種最基本的充電設備，如圖所示。,,,第 11 頁,6.1.4電動汽車充電方式,小型充電站是電動汽車的一種最重要的充電方式，如圖所示，充電機設置在街邊、超市、辦公樓、停車場等處。采用常規(guī)充電電流充電。,,,,第 12 頁,6.1.4電動汽車充電方式,2．快速充電方式 快速充電方式以150～400A的高充電電流在短時間內(nèi)為蓄電池充電，其目的是在短時間內(nèi)給電動汽車充滿電，充電時間應該與燃油車的加油時間接近。大型充電站（機）多采用這種充電方式。,,,,,第 13 頁,6.1.4電動汽車充電方式,3.無線充電方式 電動汽車無線充電方式是近幾年國外的研究成果，其原理就像在車里使用的移動電話，將電能轉(zhuǎn)換成一種符合現(xiàn)行技術(shù)標準要求的特殊的激光或微波束，在汽車頂上安裝一個專用天線接收即可。有了無線充電技術(shù)，公路上行駛的電動汽車或雙能源汽車可通過安裝在電線桿或其它高層建筑上的發(fā)射器快速補充電能。電費將從汽車上安裝的預付卡中扣除。,,,,,第 14 頁,6.1.4電動汽車充電方式,4.更換電池充電方式 除了以上幾種充電方式外，還可以采用更換電池組的方式，即在蓄電池電量耗盡時，用充滿電的電池組更換已經(jīng)耗盡的電池組。電動汽車用戶把車停在一個特定的區(qū)域，然后用更換電池組的機器將耗盡的蓄電池取下，換上已充滿電的電池組。由于電池更換過程包括機械更換和蓄電池充電，因此有時也稱它為機械“加油”或機械充電。電池更換站同時具備正常充電站和快速充電站的優(yōu)點，也就是說可以用低谷電給蓄電池充電，同時又能在很短的時間內(nèi)完成“加油”過程。通過使用機械設備，整個電池更換過程可以在10min內(nèi)完成，與現(xiàn)有的燃油車加油時間大致相當。,,,,,第 15 頁,6.1.4電動汽車充電方式,5．移動式充電方式 對電動汽車蓄電池而言，最理想的情況是汽車在路上巡航時充電，即所謂的移動式充電(MAC)。這樣，電動汽車用戶就沒有必要去尋找充電站、停放車輛并花費時間去充電了。MAC系統(tǒng)埋設在一段路面之下，即充電區(qū)，不需要額外的空間。 接觸式和感應式的MAC系統(tǒng)都可實施。對接觸式的MAC系統(tǒng)而言，需要在車體的底部裝一個接觸拱，通過與嵌在路面上的充電元件相接觸，接觸拱便可獲得瞬時高電流。當電動汽車巡航通過MAC區(qū)時，其充電過程為脈沖充電。對于感應式的MAC系統(tǒng)，車載式接觸拱由感應線圈所取代，嵌在路面上的充電元件由可產(chǎn)生強磁場的高電流繞組所取代。很明顯，由于機械損耗和接觸拱的安裝位置等因素的影響，接觸式的MAC對人們的吸引力不大。,,,,,第 16 頁,6.2 電動汽車充電機,充電機是電動汽車充電裝置最主要的設備，它的性能好壞直接影響電動汽車的充電效果。本節(jié)參照電動汽車有關(guān)標準，介紹電動汽車用鋰離子電池充電的充電機。,,第 17 頁,6.2.1電動汽車充電機類型,根據(jù)安裝位置不同，可以分為車載充電機和地面充電機；根據(jù)輸入電源不同，可以分為單相充電機和多相充電機；根據(jù)連接方式不同，可以分為傳導式充電機和感應式充電機；根據(jù)功能不同，可以分為普通充電機和多功能充電機。 車載充電機是安裝在電動汽車上，通過插頭和電纜與交流插座連接，因此也稱為交流充電機。車載充電機的優(yōu)點是在蓄電池需要充電的任何時候，只要有可用的供電插座，就可以進行充電。缺點是受車上空間的限制，因而功率處理能力有限，只能提供小電流慢速充電，充電時間較長。 地面充電機一般安裝在固定的地點，已事先做好輸入電源的連接工作，直流輸出端與需要充電的電動汽車相連接，所以也稱為直流充電機。地面充電機可以提供多達上百千瓦的功率處理能力，可以對電動汽車進行快速充電。,,,第 18 頁,6.2.1電動汽車充電機類型,傳導式充電機的輸出直接連接到電動汽車上，兩者之間存在實際的物理連接，電動汽車上不裝備電力電子電路。 感應式充電機是利用電磁感應耦合方式向電動汽車傳輸電能，兩者之間沒有實際的物理連接，充電機分為地面部分和車載部分。 普通充電機只提供對蓄電池的充電功能，多功能充電機除了提供對蓄電池的充電功能外，還能提供諸如對蓄電池進行容量測試、對電網(wǎng)進行諧波抑制、無功率補償和負載平衡等功能。當前實際運行的充電機基本上以交流電源作為輸入電源，因此，充電機的功率轉(zhuǎn)化單元實質(zhì)上是一個AC—DC變換器。 目前，地面充電機使用的是傳導式大功率三相充電機。,,,第 19 頁,6.2.2電動汽車充電機的電氣參數(shù)和技術(shù)指標,電動汽車充電機銘牌標識的電氣參數(shù)和技術(shù)指標主要有： 輸入電源：AC380V； 穩(wěn)流精度：1% 穩(wěn)壓精度：1%； 滿載效率：91% 滿載功率因數(shù)：0.9； 使用環(huán)境溫度：-20~50℃； 最高輸出電壓：串聯(lián)電池的個數(shù)電池充電限制電壓k（k為系數(shù)，由電池廠家提供）； 最低輸出電壓：串聯(lián)電池的個數(shù)電池放電限制電壓； 最大輸出電流：按蓄電池廠家提供數(shù)據(jù)確定； 最低充電電流：按蓄電池廠家提供數(shù)據(jù)確定； 最大輸出功率：最高輸出電壓最大輸出電流。,,,,第 20 頁,6.2.3電動汽車充電機的技術(shù)要求,（1）充電機和電池管理系統(tǒng)之間能夠進行通訊，接收電池數(shù)據(jù)，充電過程中應采用適當方法保證串聯(lián)電池中的單體電池電壓不超過上限。 （2）充電機應具有面板操作和遠程操作功能，充電機及其監(jiān)控系統(tǒng)相連，在監(jiān)控計算機上能完成除閉合和切斷輸入電源外的所有功能。 （3）充電機應能通過監(jiān)控網(wǎng)絡向監(jiān)控計算機傳送對應電池管理系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)。 （4）充電機應具有故障報警功能，能主動向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送故障信息。 （5）充電機應具有輸入欠壓、輸入過壓、輸出短路、電池反接、輸出過壓、過溫、電池故障等保護功能。 （6）在脫離電池管理系統(tǒng)的情況下，充電機應停止充電。,,,,,第 21 頁,6.2.3電動汽車充電機的技術(shù)要求,（7）充電機應提供一條充電電纜連接確認信號。一方面，在充電期間，當充電插頭連接到汽車后，汽車控制邏輯可通過此信號來禁止在充電期間汽車驅(qū)動系統(tǒng)工作，保證充電安全；另一方面，此確認線與充電線形成閉鎖，保證充電人員安全。 （8）提供良好的人機界面，完成充電機充電過程的閉環(huán)控制，并顯示故障類型，提供一定的故障排除指示；提供開放式充電過程參數(shù)（包括充電模式、充電參數(shù)、階段數(shù)）設定功能，并按照參數(shù)完成對充電過程的自動控制；當充電機的保護系統(tǒng)動作，引起充電過程中斷，此時應能顯示故障類型，對比較容易排除的故障提供簡單的處理方法。 （9）整車充電時要為電池管理系統(tǒng)提供所需的直流電源，目前一般取24V/50A。,,,,,第 22 頁,6.2.3電動汽車充電機的技術(shù)要求,（10）充電機的監(jiān)控系統(tǒng)應具備事件記錄功能，為事故分析和運行測試提供歷史數(shù)據(jù)。對于有多臺充電機的充電站，充電機還需要為充電站監(jiān)控系統(tǒng)提供事件記錄數(shù)據(jù)。 （11）充電機的可靠性必須滿足一定的指標，綜合考慮成本和利用率，建議充電機要保證5年70000~80000h的充電小時數(shù)。 （12）充電機的設計必須充分保證人身安全，其帶電部分不可外露，同時保證車體和大地等電位；充電機與充電站接地連接，充電機與車體外殼連接、充電站接地網(wǎng)連接等要可靠方便。,,,,,第 23 頁,6.2.4電動汽車充電機實例,圖是某企業(yè)生產(chǎn)的電動汽車車載充電機。它采用高頻開關(guān)電源技術(shù)，具有浮充、均勻自動切換、短路、過載等保護功能，可以實現(xiàn)涓流橫流/快速橫流/恒壓自動切換功能，確保蓄電池電量充足，延長蓄電池的使用壽命。,,,,,,,第 24 頁,6.2.4電動汽車充電機實例,電動汽車車載充電機的充電過程為： （1）此充電機根據(jù)鋰離子電池特性，對電壓要求嚴格，電壓過高會導致電池過充甚至電池爆炸而設定充電過程。 （2）充電初期，先要小電流對電池激活，使得電池內(nèi)部化學反應充分建立起來，為大電流充電做準備。 （3）此后進入18A恒流充電階段，當電壓充到400V時，充電機減小充電恒流值后而不進入穩(wěn)壓階段，此后繼續(xù)檢測充電電壓，當電池電壓再次達到400V時，充電機再次減小充電電流，反復以上充電過程直到充電電流很小，充電機認為電池已經(jīng)充滿并關(guān)機。 （4）充電機關(guān)機只是關(guān)閉充電處于空載狀態(tài)而不是整機停機。,,,,,,,第 25 頁,6.2.4電動汽車充電機實例,該充電機的主要特點有： （1）根據(jù)電池特性設計充電曲線，可以延長蓄電池的壽命； （2）使用方便，維護簡單，智能充電，無需人工職守； （3）保護功能齊全，具有過壓、欠壓、過流、過熱、短路、輸出反接等保護功能； （4）直觀性強，充電過程和故障采用指示燈，能一目了然； （5）采用高頻開關(guān)技術(shù)，使得充電機效率高，體積小，重量輕； （6）充電機風扇由45℃溫控開關(guān)控制，當散熱器溫度低于45℃時，風扇不轉(zhuǎn)動，當散熱器溫度高于45℃時，風扇開始轉(zhuǎn)動，可以減少噪聲和延長風扇壽命；整機溫度保護為65℃，當機內(nèi)溫度達到65℃時，充電機停止工作，等待散熱后，低于65℃后，自動恢復工作。,,,,,,,第 26 頁,6.2.4電動汽車充電機實例,該充電機的主要技術(shù)指標： （1）輸入電壓：AC220V10%，50~60Hz； （2）輸出電壓：200~400VDC； （3）輸出電流：0~18A； （4）最大功率：3.5kW； （5）輸出紋波：≤1%； （6）電壓電流溫度精度：≤1%； （7）工作效率：≥90%； （8）指示狀態(tài)：電源指示、充電指示、故障指示；,,,,,,,第 27 頁,6.2.4電動汽車充電機實例,（9）保護功能：過壓、欠壓、過流、過熱、短路、反接保護； （10）12V輸出：DC13.5V/150W； （11）CAN接口：波特率9600bps； （12）安全指標：絕緣電阻≥200MΩ，耐壓1500V/min； （13）冷卻方式：風冷； （14）外形尺寸：330300140mm； （15）重量：10kg。,,,,,,,第 28 頁,6.2.4電動汽車充電機實例,2.電動汽車非車載充電機 圖是某企業(yè)生產(chǎn)的電動汽車非車載充電機。它采用高頻開關(guān)電源技術(shù)，具有欠壓、過壓、反接、短路、過載等保護功能，采用合理的充電曲線和單片機控制充電過程，確保蓄電池電量充足，延長蓄電池的使用壽命。,,,,,,,,第 29 頁,6.2.4電動汽車充電機實例,電動汽車非車載充電機的充電過程為： （1）預充充電：充電機啟動后，首先以5~10A電流對蓄電池充電4分鐘，然后進行大電流充電；4分鐘小電流充電目的是激活電池，讓電池內(nèi)部化學反應充分建立起來，避免電池在冷狀態(tài)下充電。 （2）4分鐘小電流結(jié)束后，充電機進入預設電流（比如88A）恒流充電階段；當電壓充當預設電壓（比如370V）時，充電機減小充電恒流值后而不進入穩(wěn)壓階段；此后繼續(xù)檢測充電電壓，當電池電壓再次達到370V時，充電機再次減小充電電流（每次以2A遞減），反復以上充電過程直到充電電流到8A時，充電機認為電池已經(jīng)充滿并關(guān)機。 （3）充電機關(guān)機只是關(guān)閉充電處于空載狀態(tài)而不是整機停機。,,,,,,,,第 30 頁,6.2.4電動汽車充電機實例,該充電機的主要特點有： （1）根據(jù)電池特性設計充電曲線，既可以充滿電池又可以延長蓄電池的壽命； （2）使用方便，維護簡單，智能充電，無需人工職守； （3）保護功能齊全，具有過壓、欠壓、過流、過熱、短路、輸出反接等保護功能； （4）直觀性強，充電過程和故障采用指示燈，能一目了然； （5）采用高頻開關(guān)技術(shù)，使得充電機效率高，體積小，重量輕； （6）充電機風扇由45℃溫控開關(guān)控制，當散熱器溫度低于45℃時，風扇不轉(zhuǎn)動，當散熱器溫度高于45℃時，風扇開始轉(zhuǎn)動，可以減少噪聲和延長風扇壽命。,,,,,,,,第 31 頁,6.2.4電動汽車充電機實例,該充電機的主要技術(shù)指標： （1）輸入電源：AC380V（三相五線制）； （2）輸入適應電源電壓和頻率范圍寬，在AC380V10%，頻率50Hz10%輸入下能穩(wěn)定可靠工作； （3）輸出直流穩(wěn)壓值從60~400V電位器連續(xù)可調(diào)； （4）輸出直流穩(wěn)流值從5~88A電位器連續(xù)可調(diào)； （5）負載調(diào)整率：≤1%； （6）紋波電壓：≤1%； （7）電壓調(diào)整率：≤1%，電流調(diào)整率：≤1%； （8）漏電流：≤10mA； （9）暫載率：100%； （10）整體效率：≥92%（滿載時）；,,,,,,,,第 32 頁,6.2.4電動汽車充電機實例,（11）功率因數(shù)：≥0.8（滿載時）； （12）絕緣電阻：DC1000V測試≥50MΩ； （13）充電模式：自動+手動； （14）具有充電電壓、電流、充電狀態(tài)、顯示和參數(shù)設定功能； （15）具有故障報警、顯示功能； （16）具有前期恒流充電、后期恒壓浮充、充滿自動停機功能； （17）防護等級：IP32； （18）冷卻方式：風冷； （19）具有致命錯誤停機保護，一般錯誤報警功能； （20）具有過壓、欠壓、過流、過熱、缺相、對地短路等相應的保護功能； （21）外形尺寸：7005001200mm，以實物為準； （22）重量：150kg。,,,,,,,,第 33 頁,謝 謝！,