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電動(dòng)汽車充電樁工作原理,一、概述,發(fā)展電動(dòng)汽車是國家新能源戰(zhàn)略的重要方向，電動(dòng)汽車充電站的技術(shù)發(fā)展、布局、建設(shè)又是發(fā)展電動(dòng)汽車必不可少的重要環(huán)節(jié)。電動(dòng)汽車充電站電氣系統(tǒng)解決方案不但能提供電動(dòng)汽車電池充電、換電，還能擴(kuò)展為分布式儲(chǔ)能電站，開放、互動(dòng)、智能的充放電管理，將使具有儲(chǔ)能電站功能的充電站成為智能電網(wǎng)的重要組成能部分。,二、電氣系統(tǒng),交流充電樁電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì):主回路由輸入保護(hù)斷路器、交流智能電能表、交流控制接觸器和充電接口連接器組成；二次回路由控制繼電器、急停按鈕、運(yùn)行狀態(tài)指示燈、充電樁智能控制器和人機(jī)交互設(shè)備（顯示、輸入與刷卡）組成。主回路輸入斷路器具備過載、短路和漏電保護(hù)功能；交流接觸器控制電源的通斷；連接器提供與電動(dòng)汽車連接的充電接口，具備鎖緊裝置和防誤操作功能。,二次回路提供“啟?！笨刂婆c“急?！辈僮?；信號(hào)燈提供“待機(jī)”、“充電”與“充滿”狀態(tài)指示；交流智能電能表進(jìn)行交流充電計(jì)量；人機(jī)交互設(shè)備則提供刷卡、充電方式設(shè)置與啟?？刂撇僮?。,充電接口連接器插座界面,三、X-EVR充電站電氣系統(tǒng)組成部分,X-EVR充電站電氣系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)、充電設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)三大部分。,3.1供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)主要為充電設(shè)備提供電源，主要由一次設(shè)備（包括開關(guān)、變壓器及線路等）和二次設(shè)備（包括檢測、保護(hù)、控制裝置等）組成，專門配備有源濾波裝置消除諧波，穩(wěn)定電網(wǎng)。3.2充電設(shè)備充電設(shè)備是整個(gè)充電站電氣系統(tǒng)的核心部分，一般分直流充電裝置和交流充電裝置（樁），直流充電裝置，即非車載充電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電池快充功能，可按功率輸出分成大型、中型、小型，公司產(chǎn)品型號(hào)為X-DR。交流充電裝置（樁）提供電池慢充功能，公司產(chǎn)品型號(hào)X-AR。,X-DR型非車載充電機(jī)采用V2G技術(shù)，通過進(jìn)口高頻IGBT整流逆變模塊，不僅能對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行安全、快速地充電，而且依靠控制器與后臺(tái)系統(tǒng)的通訊，能將動(dòng)力電池的能量回饋到電網(wǎng)，完成電網(wǎng)與電池之間的雙向能量交換。X-DR型非車載充電機(jī)采用高速CAN總線，保證通訊連接的快速、可靠。具體原理圖、實(shí)物圖如下：,,X-DR型非車載充電機(jī),交流充電樁主要提供車輛慢充的功能，輸出為交流電，連接車載充電器。具體原理圖、實(shí)物圖如下：,3.3監(jiān)控系統(tǒng)充電監(jiān)控系統(tǒng)由一臺(tái)或多臺(tái)工作站或服務(wù)器組成，可以包括監(jiān)控工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器等，這些計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)。監(jiān)控工作站提供充電監(jiān)控人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)充電機(jī)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集、查詢等工作；數(shù)據(jù)服務(wù)器存儲(chǔ)整個(gè)充電系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)等，提供數(shù)據(jù)服務(wù)及其他應(yīng)用服務(wù)。,交流充電樁的刷卡交易工作流程如圖6所示。,四、工作流程,圖6刷卡交易工作流程,五、通信管理,整體系統(tǒng)由四部分組成：電動(dòng)汽車充電樁、集中器、電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)(BMS)、充電管理服務(wù)平臺(tái)。電動(dòng)汽車充電樁電動(dòng)汽車充電樁的控制電路主要由嵌入式ARM處理器完成，用戶可自助刷卡進(jìn)行用戶鑒權(quán)、余額查詢、計(jì)費(fèi)查詢等功能，也可提供語音輸出接口，實(shí)現(xiàn)語音交互。用戶可根據(jù)液晶顯示屏指示選擇4種充電模式：包括按時(shí)計(jì)費(fèi)充電、按電量充電、自動(dòng)充滿、按里程充電等。,集中器電動(dòng)汽車充電機(jī)控制器與集中器利用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，集中器與服務(wù)器平臺(tái)利用有線互聯(lián)網(wǎng)或無線GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為了安全起見，電量計(jì)費(fèi)和金額數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)安全加密。BMS電池管理系統(tǒng)(BMS)的主要功能是監(jiān)控電池的工作狀態(tài)(電池的電壓、電流和溫度)、預(yù)測動(dòng)力電池的電池容量(SOC)和相應(yīng)的剩余行駛里程，進(jìn)行電池管理以避免出現(xiàn)過放電、過充、過熱和單體電池之間電壓嚴(yán)重不平衡現(xiàn)象，最大限度地利用電池存儲(chǔ)能力和循環(huán)壽命。,充電服務(wù)管理平臺(tái)充電服務(wù)管理平臺(tái)主要有三個(gè)功能：充電管理、充電運(yùn)營、綜合查詢。充電管理對(duì)系統(tǒng)涉及到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中式管理，如電動(dòng)汽車信息、電池信息、用戶卡信息、充電樁信息;充電運(yùn)營主要對(duì)用戶充電進(jìn)行計(jì)費(fèi)管理;綜合查詢指對(duì)管理及運(yùn)營的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析查詢。,六、控制引導(dǎo)系統(tǒng),連接方式見圖B2、圖B3、圖B4。圖中各部件的功能與特性見表B1。,七、電動(dòng)汽車充電機(jī)的分類,直流充電機(jī)：指采用直流充電模式為電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池總成進(jìn)行充電的充電機(jī)。直流充電模式是以充電機(jī)輸出的可控直流電源直接對(duì)動(dòng)力蓄電池總成進(jìn)行充電的模式。交流充電機(jī)：指采用交流充電模式為電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池總成進(jìn)行充電的充電機(jī)。交流充電模式是以三相或單相交流電源向電動(dòng)汽車提供充電電源的模式。交流充電模式的特征是：充電機(jī)為車載系統(tǒng)。,充電機(jī)適應(yīng)電池類型：充電機(jī)至少能為以下三種類型動(dòng)力蓄電池中的一種充電：鋰離子蓄電池、鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池。恒壓恒流充電模式，自動(dòng)完成整個(gè)充電過程。使整個(gè)充電過程更貼近電池原有特性，避免采用機(jī)車原充電方式所造成的蓄電池欠充、過充等問題，有效延長蓄電池使用壽命。機(jī)車蓄電池充電機(jī)工作時(shí)無需人工值守，超長時(shí)間充電，無過充危險(xiǎn)。,7.1電路特點(diǎn)1．采用已非常成熟的Buck---BoostConverter電路拓?fù)浜图夹g(shù)，使得電路可靠性提高。2．由于充電機(jī)電路工作在開關(guān)狀態(tài)，其轉(zhuǎn)換效率高，整個(gè)工作期間效率都在90%以上，不影響機(jī)車直流發(fā)電機(jī)原有工作狀態(tài)，對(duì)機(jī)車其它設(shè)備不構(gòu)成影響。3．采用獨(dú)特的控制技術(shù)，使升降壓過渡平穩(wěn)。4．電壓模式、電流模式雙環(huán)路控制，工作更穩(wěn)定。,4．電壓模式、電流模式雙環(huán)路控制，工作更穩(wěn)定。,4．電壓模式、電流模式雙環(huán)路控制，工作更穩(wěn)定。,5．保護(hù)電路齊全，各單元電路逐級(jí)保護(hù)，使充電機(jī)工作更加可靠。6．獨(dú)特的電路布局和構(gòu)架，使自身輻射小，不對(duì)機(jī)車其它設(shè)備構(gòu)成干擾，同時(shí)抗干擾能力強(qiáng)，自身工作更穩(wěn)定。,7.2功能特點(diǎn)1.該充電機(jī)具有手動(dòng)、自動(dòng)和短接三種狀態(tài)控制，使用操作更加靈活。a)自動(dòng)狀態(tài)----充電機(jī)可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工作情況，自動(dòng)切換工作狀態(tài)，自動(dòng)完成電池的接入（短接狀態(tài)）、斷開充電的全過程，不增加工作人員的工作強(qiáng)度。b)手動(dòng)狀態(tài)----無論是否啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，均可強(qiáng)制充電機(jī)工作在充電狀態(tài)，此功能便于在機(jī)車保養(yǎng)維護(hù)期間，,對(duì)其電池的保養(yǎng)和維護(hù)時(shí)，不需使用其它額外充電設(shè)備，通過保養(yǎng)檢修時(shí)所用110V外接供電線路，就可完成電池的充電保養(yǎng)。c)短接狀態(tài)----在充電機(jī)發(fā)生故障或不需要充電機(jī)工作時(shí)，隔離充電機(jī)，恢復(fù)機(jī)車原有線路，無論充電機(jī)發(fā)生任何情況，均能保證機(jī)車正常工作狀態(tài)2.自帶LED電壓和電流顯示，便于監(jiān)視充電機(jī)工作狀態(tài)。3.體積小巧、便于安裝。,7.3充電機(jī)對(duì)供電電壓的要求1.直流充電機(jī)輸入為額定線電壓380V10%、501Hz的三相交流電；2.對(duì)于容量小于（等于）5kW的交流充電機(jī)，輸入為額定電壓220V10%、501Hz的單相交流電；3.對(duì)于容量大于5kW的交流充電機(jī)，輸入為額定線電壓380V10%、501Hz的三相交流電。,7.4電動(dòng)汽車充電機(jī)的工作原理1.充電機(jī)沒有與動(dòng)力蓄電池總成建立連接時(shí)，充電機(jī)經(jīng)過自檢后自動(dòng)初始化為常規(guī)控制充電方式（可選擇手動(dòng)、IC卡或充電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)操作方式）。充電機(jī)采用手動(dòng)操作時(shí)，應(yīng)具有明確的操作指導(dǎo)信息。2.充電機(jī)與動(dòng)力蓄電池總成建立連接后，通過通信獲得動(dòng)力蓄電池總成的充電信息，自動(dòng)初始化為動(dòng)力蓄電池總成ECU自動(dòng)控制方式（簡稱自動(dòng)控制充電方式）。,7.5充電機(jī)的充電效率和功率因數(shù)交流輸入隔離型AC-DC充電機(jī)的輸出電壓為額定電壓的50%～100%，并且輸出電流為額定電流時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)大于0.85，效率應(yīng)大于等于90%。直流輸入非隔離型DC-DC充電機(jī)的效率待定。,7.6充電機(jī)接口和通信要求充電機(jī)接口：充電機(jī)與電動(dòng)汽車之間的連接應(yīng)包括以下幾部分：高壓充電線路、充電控制導(dǎo)引線、充電控制電源線、充電監(jiān)控通信連接線、接地保護(hù)線。同時(shí)，充電機(jī)應(yīng)預(yù)留與充電站監(jiān)控系統(tǒng)連接的通信接口。充電機(jī)通信要求：推薦采用CAN總線以及CAN2.0協(xié)議作為充電機(jī)的通信總線形式和通信協(xié)議。通信內(nèi)容包括：動(dòng)力蓄電池單體、模塊和總成的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，充電過程中電池的狀態(tài)參數(shù)，充電機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)，車輛基本信息等。,7.7電動(dòng)汽車充電機(jī)的使用和保養(yǎng)①交流電源插座必須與充電機(jī)的交流電源插頭相匹配。②交流電壓應(yīng)較穩(wěn)定，變化不應(yīng)超過220V10﹪范圍。③充電操作程序：a、開車輛的電源鎖開關(guān)b、充電插頭與車身充電插座c、電源插頭與市電插座相連。④充電器接通電源后，當(dāng)接線正確時(shí)電源指示燈亮，1-30A充電電流指示燈亮一路恒充、二路恒充指示燈亮。充電時(shí)間虧電狀態(tài)下10小時(shí)以上為好。,⑤充電過程變化如下：第一階段恒流25A充電6小時(shí)左右；第二階段恒壓充電3小時(shí)左右；最后進(jìn)入浮充階段，這時(shí)，浮充燈會(huì)亮，充電電流指示燈只亮1-2只，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)。包合燈亮進(jìn)入浮充階段說明電池電量已經(jīng)充足。⑥待電池充滿電后，或任何需要關(guān)機(jī)時(shí)，必須先斷開電器輸入端電源，然后再斷開充電器與電池之間的連接。,