纯电动汽车充电系统

自19世纪1电动车问世以来,一直采用充电电池作为其动力来源。对于电动汽车来说,电池充电设备是不可或缺的子系统之一。

1.收费系统功能

充电系统是新能源汽车(包括纯电动汽车和插电式混合动力汽车)的能源供应系统,为保证车辆持续行驶提供动力能源。

新能源汽车充电设备应具备以下功能:

(1)将市电转换为电动汽车充电,供给动力电池额定工况对应的电力。

(2)根据动力电池的实时状态控制充电的开始和停止,动力电池充满时自动停止充电。

(3)根据动力电池的电量和温度,控制充电电流的调节和电池的发热。

(4)可根据对充电时间的需求选择充电模式,即快充模式或慢充模式。

2.充电系统的类型

根据充电设备的位置,纯电动汽车的充电系统有车载和非车载两种

(1)汽车充电。车载充电是指利用地面交流电网和车载充电器(也称车载充电器)对动力电池组进行充电。车载充电器一般设计成充电率低,充电时间长(5 ~ 8h)。充电器和电池管理系统(负责监测动力电池的电压、温度和充电状态)都安装在车辆中,因此它们可以利用电动汽车的内部电路网络轻松地相互通信。

(2)非车载充电。车外充电,即地面充电,是指利用专用或通用充电器,在专用或公共场所的充电站,对动力电池组进行充电。通常非车载充电器的功率、体积、质量都比较大,以便能够适应各种充电方式。非车载充电器和动力电池管理系统在物理上是分开的。根据充电时间,纯电动汽车有快充和慢充两种充电方式。快充适合在充电站充电,电流大,慢充适合220V家用充电。虽然不同厂家的技术参数不同,但一般充电电流在10到15A之间。

3.充电方法

纯电动汽车的充电方式有两种:接触式和感应式。

(1)联系人类型。接触型也叫耦合型或传导型。在接触充电法中,将带有插头的交流电源电缆直接插入电动汽车的插座中为电池充电。其优点是简单高效;缺点主要是充电电流小,充电时间长。

(2)归纳。随着电力电子技术和变流控制技术的快速发展,以及高精度可控变流技术的成熟和普及,电动汽车接触充电技术采用充电电流和充电电压连续变化的恒压限流充电方式。接触充电最大的问题是安全性和通用性。为了满足严格的安全充电标准,必须在电路中采取许多措施,使充电设备在各种环境下安全充电。电动汽车感应充电新技术发展迅速。感应充电器利用高频交流磁场的变压器原理,将电能从车辆的原边感应到车辆的副边,达到给电池充电的目的。感应充电最大的好处就是安全,因为充电器和车辆之间没有直接接触,即使在恶劣天气下,比如雨雪天气,车辆充电也不会有触电的危险。

感应充电方式如下图所示,通过电磁感应耦合转换能量给电池充电。它的特点是:使用方便,在恶劣气候下充电不会有触电的危险。充电器将50 ~ 60 Hz的普通电转换成80 ~ 300 Hz的高频电,再感应出高频交流电给电动车,大大缩短了充电时间。

4.充电桩

(1)充电桩的功能

电动车充电电流比较大(也就是功率很大)。如果用民用220V插头,充电线和插头承受不了这么大的电流,插头和电线都会被烧坏,所以需要专用充电桩,可以承受大电流。

充电桩是电动汽车的充电站,看起来像停车秒表。一个充电桩可以同时给两辆或多辆车充电,电池没电到充满电的时间为6 ~ 8h。充电桩可以通过三种方式实现充电:计时间、计电量或计电量。也可以作为市民购电的终端。为了提高公共充电桩的效率和实用性,未来将增加电动自行车多充多充功能。

(2)充电桩的发展

受新能源汽车快速发展的影响,充电桩、充电站等配套设施也迎来了快速发展。从2010到2013,我国充电站数量从76个快速增长到518个,年复合增长率为89.6%,充电桩数量也从1122增长到22528个,年复合增长率为1765438。充电设施建设是新能源汽车示范推广的关键环节之一。得益于新能源汽车应用的快速增长,中国新能源汽车充电设施行业将面临巨大的发展空间。此前,由于电动汽车规模小,充电设施建设投资巨大,投资短期效益不明显,充电设施建设速度缓慢。

随着国家对新能源汽车支持力度的加大,全国各地掀起了一股充电桩基础设施建设的热潮。截至目前,北京、上海、深圳、天津、重庆、杭州、合肥、武汉已经提出了充电桩的建设计划。

(3)充电桩的充电技术要求和安全要求

充电桩是电动汽车充电站。充电桩通常固定在路边或停车场内,利用专门的充电接口和导通方式,为带有车载充电器的电动汽车提供交流电源,并具有相应的通信、充电和安全保护功能。通过投入硬币或购买专用ic卡为电动汽车充电。

充电桩可分为交流充电桩和DC充电桩。交流充电桩是安装在电动汽车外部,与交流电网相连,为电动汽车车载充电器提供交流电的供电装置,同时还具有计量充电功能。DC充电桩是固定安装在电动汽车外部,与交流电网相连,为电动汽车动力电池提供小功率DC电源的供电装置。DC充电桩具有充电器的功能,可以实时监测和控制充电电池的状态,同时DC充电桩可以测量充电量。

充电桩的安全要求:

(1)变电所应设置安全围栏、警告标志、安全信号灯和警铃。

②“停止,高压危险”的警示牌应挂在高压配电室和变压器室外或变电站的安全围栏上。警告标志必须朝向围栏外侧。

(3)高压配电装置应有明显的操作说明。设备的接地点应有明显的标志。

④室内应有明显的“安全通道”或“安全出口”标志。

此外,变电站和配电设备的布局设计应便于安装、操作、搬运、维护、测试和监控。