新能源汽車充電技術(shù)

1.新能源汽車充電技術(shù)的概況

新能源汽車，特別是純電動(dòng)汽車的充電技術(shù)，最關(guān)鍵的問題是如何能實(shí)現(xiàn)高

效率的快速充電。這關(guān)系到充電器的容量和性能、電網(wǎng)的承載能力和動(dòng)力電池的承

受能力等。隨著動(dòng)力電池本身充放電速度的不斷提高，充電系統(tǒng)的性能也在不斷地

改進(jìn)，以滿足在多種不同應(yīng)用情況下的快速充電需求。由于電力的儲(chǔ)運(yùn)和使用比汽

油方便得多，充電設(shè)備的建造也呈現(xiàn)出多樣性和靈活性，既可以為集中式的充電站，

也可以設(shè)置在道路邊、停車場、購物中心等任何方便停車的地方。除了固定充電裝

置以外，電動(dòng)汽車還帶有車載充電器，可以在夜間利用家里的市電插座進(jìn)行充電，

甚至還可以在用電高峰期把電力逆變后返送回電網(wǎng)。目前，根據(jù)不同的汽車動(dòng)力電

池電壓和容量、充電速度要求，以及電網(wǎng)供電容量等因素的考量，固定充電器的容

量一般在15—

lOOkW,輸出電壓一般為50?500V。車載充電器容量則在3kW左右。

目前，世界各國都在研究電動(dòng)汽車的快速充電技術(shù)。歐洲已研發(fā)出充電lOmin可

行駛100km的快速充電系統(tǒng)。美國也已經(jīng)研發(fā)出充電6min可以行駛100km的

超快速充電系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都采用國際通用的快速充電標(biāo)準(zhǔn)接口，輸入電源可以用

交流電，也可以用直流電。

由于快速充電系統(tǒng)需要強(qiáng)大的瞬時(shí)功率，所以在快速充電設(shè)施中電網(wǎng)的承載

能力是一個(gè)關(guān)鍵的制約因素。如果想要把充電速度進(jìn)一步提高，從普通電網(wǎng)直接供

電基本上不可能。為了解決這個(gè)矛盾，技術(shù)人員正著手研發(fā)新一代帶有儲(chǔ)能緩沖環(huán)

節(jié)的超快速充電系統(tǒng)。這項(xiàng)技

術(shù)目前還處于早期發(fā)展階段，但已經(jīng)有示范系統(tǒng)展示。汽車在行駛中充電叫作在線

充電。這也是技術(shù)人員將要研究和開發(fā)的技術(shù)之一。這種技術(shù)一旦實(shí)施，車載的電

池容量將可以降低。隨著電動(dòng)汽車市場的迅速發(fā)展，這些技術(shù)一定會(huì)得到廣泛的應(yīng)

用并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

充電系統(tǒng)是新能源汽車主要的能源補(bǔ)給系統(tǒng)。下圖是新能源汽車充電系統(tǒng)示意圖。

新能源汽車充電系統(tǒng)主要由充電樁、充電線束、車載充電器、高壓控制盒、動(dòng)力

電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、低壓蓄電池以及各種高壓線束和低壓控制線束等組成。以

下簡單介紹新能源汽車充電系統(tǒng)主要組成部分：充電樁和車載充電器。

1）充電樁

充電樁作為新能源汽車充電系統(tǒng)的配套設(shè)施，有交流充電樁和直流充電樁。

（1）交流充電樁

如圖所示為交流電動(dòng)汽車充電樁，俗稱“慢充”，固定安裝在電動(dòng)汽車外，

與交流電網(wǎng)連接，為電動(dòng)汽車車載充電器（即固定安裝在電動(dòng)汽車上的充電器）提

供交流電源的供電裝置。交流充電樁只提供電力輸出，沒有充電功能，需連接車載

充電器為電動(dòng)汽車充電，相當(dāng)于只是起了一個(gè)控制電源的作用。

（2）直流充電樁

如圖所示為直流電動(dòng)汽車充電樁，俗稱“快充”，固定安裝在電動(dòng)汽車外，

與交流電網(wǎng)連接，可以為非車載電動(dòng)汽車動(dòng)力電池提供直流電源的供電裝置。直流

充電樁的輸入電壓采用三相四線AC380V

土

15%,頻率50Hz,輸出為可調(diào)直流電，直接為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池充電。

2）車載充電器

車載充電器（On-boardCharger,也稱車載充電機(jī)），如圖2-

1-4所示。車載充電器是充電系統(tǒng)的重要組成部件，將220V交流電

轉(zhuǎn)化為動(dòng)力電池的直流電，實(shí)現(xiàn)電池電量的補(bǔ)給。車載充電器內(nèi)部結(jié)

構(gòu)，如圖所示。

2.新能源汽車充電的方法及特點(diǎn)

新能源汽車動(dòng)力電池充電的方法主要有快速充電（直流快充）和常規(guī)充電

（交流慢充）以及更換電池的方式等。

直流快充和交流慢充方式的區(qū)別是：

直流充電（快充）主要是通過充電站的充電樁將直流高壓電直接通過直流充

電口給動(dòng)力電池充電。

交流充電（慢充）主要是通過家用電源插頭和交流充電樁接入交流充電口，通

過車載充電器將220V交流電轉(zhuǎn)為330V直流電（比亞迪E6為例）給動(dòng)力電池進(jìn)

行充電。

1）快速充電

常規(guī)蓄電池的充電方法一般時(shí)間較長，給實(shí)際使用帶來諸多不便?？焖俪潆婋?/p>

池的出現(xiàn)，為純電動(dòng)汽車的商業(yè)化提供了技術(shù)支持。

快速充電又稱直流快充或應(yīng)急充電，是以較大直流電流在電動(dòng)汽車停車的

20min?2h的短時(shí)間內(nèi)，為其提供充電服務(wù)，一般充電電流為150?400A。

快速充電模式的優(yōu)點(diǎn)是充電時(shí)間短。但是，相對常規(guī)充電模式，快速充電也存

在一定的缺點(diǎn)：

（1）“快充”實(shí)際并不快，而且降低動(dòng)力電池使用壽命。

由于受電池技術(shù)影響，目前電動(dòng)汽車使用最多的就是鋰電池。鋰元素是比鈉還要

活躍的金屬元素之一，快充易使鋰元素太過活躍，從而使電池中的電解液發(fā)生沉

淀，產(chǎn)生氣泡現(xiàn)象，也就是平常人們所看到的電池身上易凸起“小包”，摸上去有

手感發(fā)熱等情況，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致電池爆炸等安全事故。因此，充電電流不宜過大。

目前，市面上各大廠商都在宣傳其電動(dòng)汽車快速充電時(shí)間在lOmin左右，實(shí)際上

以目前技術(shù)來看都不現(xiàn)實(shí)。以比亞迪E6純電動(dòng)汽車為例，這款電動(dòng)汽車采用磷酸

鐵鋰電池，其快速安全充電模式的充電時(shí)間仍然需要2ho

電動(dòng)汽車充電快慢與充電器功率、電池充電特性和溫度等緊密相關(guān)。當(dāng)前電

池技術(shù)水平下，即使快充也需要30min才能充電到電池容量的80%,超過80%

后，為保護(hù)電池安全，充電電流必須變小，充到100%的時(shí)間將較長。止匕外，在冬

天氣溫較低時(shí)，電池要求充電電流變小，充電時(shí)間會(huì)變得更長些。

傳統(tǒng)加油站汽車加油整個(gè)流程為5?8min,充電站如果無法提供15min以內(nèi)

的快充服務(wù)，基本就失去了社會(huì)基礎(chǔ)建設(shè)的功能性。

（2）充電站成本較高，盈利模式值得商榷。

目前，直流充電方式的充電價(jià)格在2元/W左右。以一個(gè)充電站lOOOkW的容

量計(jì)算，加上送變電設(shè)施、鋪設(shè)專用電纜以及新建監(jiān)控系統(tǒng)等（不包括建設(shè)用地成本），

一個(gè)充電站的成本在300萬?500

萬元。這樣的高成本，在電動(dòng)汽車還沒完全普及的情況下，是難以維持充電站的運(yùn)

營的。

直流充電關(guān)鍵技術(shù)如下：

①高性能直流充電器技術(shù)：效率、諧波、使用壽命。

②直流充電環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)：寬的溫度范圍、戶外使用時(shí)凝露、風(fēng)沙防護(hù)等。

③安全防護(hù)技術(shù)：漏電、短路防護(hù)、誤插拔防護(hù)、斷線防護(hù)、傾倒防護(hù)、防誤

操作、防止帶電插拔等。

④充電器的高互換性技術(shù)：物理接口、電氣接口、通信協(xié)議的高度兼容互換。

⑤直流充電與電網(wǎng)的接口、有序充電以及與電網(wǎng)的互動(dòng)技術(shù)。

2）常規(guī)充電

蓄電池在放電終止后，應(yīng)立即充電（在特殊情況下也不應(yīng)超過

24h）。常規(guī)充電電流相當(dāng)?shù)?，約為15A,這種充電叫作常規(guī)充電（交流慢充或慢速

充電）。常規(guī)蓄電池的充電方法都采用小電流的恒壓或恒流充電，一般充電時(shí)間為5

?8卜，甚至長達(dá)10?20h。這種充電方式是利用車載充電器，接220V交流電即

可。

常規(guī)慢充方式的適用情況主要有：

（1）用戶對電動(dòng)汽車的行駛里程要求相對較低，車輛行駛里程能滿足用戶1

天的使用需要，利用晚間停運(yùn)時(shí)間可以完成充電。

(2)由于常規(guī)慢充充電電流和充電功率比較小，因此在居民區(qū)、停車場和公

共充電站都可以進(jìn)行充電。

(3)規(guī)模較大的集中充電站，能夠同時(shí)為多輛電動(dòng)汽車提供停車場地并進(jìn)行充

電。

常規(guī)充電模式的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)盡管充電時(shí)間較長，但因?yàn)樗霉β屎碗娏鞯念~定值并不是關(guān)鍵問題，

因此，充電器價(jià)格和安裝成本比較低。

目前，國內(nèi)廠商提供的交流充電樁價(jià)格在每個(gè)2.5萬元左右，一旦市場形成

規(guī)模化，成本可以控制在每個(gè)5000元以內(nèi)。如圖2-1-7所示為壁掛式交流充電

樁，可安裝在車庫內(nèi)使用。

(2)可充分利用電力低谷時(shí)段進(jìn)行充電，降低充電成本。

目前，我國發(fā)電量和裝機(jī)容量均已居世界第二位，電力裝機(jī)容量

達(dá)到8億kW以上，電網(wǎng)的高峰負(fù)荷增長很快，峰谷差逐年拉大，造成發(fā)電資源的

很大閑置。電動(dòng)汽車依靠充電樁在夜間低谷充電(北京電網(wǎng)峰谷差達(dá)40%),有利

于改善電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，減少電網(wǎng)為平衡峰谷差投入的費(fèi)用，可以說基本上不增加電

網(wǎng)的負(fù)荷。

(3)可提高充電效率和延長電池的使用壽命。

與快速充電相反，常規(guī)充電的充電電流小，有利于提高充電效率和延長電池的

使用壽命。

常規(guī)充電模式的主要缺點(diǎn)為充電時(shí)間過長，難以滿足車輛緊急運(yùn)行的需求。此

外，我國城市的建筑密度也無法滿足電動(dòng)汽車對充電樁的需求，我國城市的建筑結(jié)構(gòu)

以高樓為主，地面停車場數(shù)量有限，這樣會(huì)造成有的車充不上電。這種充電模式通常

適用于續(xù)駛里程大的電動(dòng)汽車且利用晚間停運(yùn)時(shí)間進(jìn)行充電即可，可滿足車輛第二天

運(yùn)營需要的情況。

交流充電關(guān)鍵技術(shù)如下：

(1)各種惡劣環(huán)境的適應(yīng)性技術(shù)：高低溫、高熱、高濕、風(fēng)沙、凝露、雨水，

露天/市內(nèi)使用等。

(2)充電安全防護(hù)技術(shù)：漏電、短路、誤插拔防護(hù)、斷線防護(hù)、傾倒防護(hù)、

防誤操作等。

(3)充電樁高互換性技術(shù)：物理接口、電氣接口、通信協(xié)議等，實(shí)現(xiàn)充電樁

和電動(dòng)汽車充電的兼容互換。

(4)靈活的計(jì)量計(jì)費(fèi)技術(shù)：與各種不同運(yùn)營模式的結(jié)合。

(5)友好方便的人機(jī)交互技術(shù)：適應(yīng)不同層次、不同水平的操作者。

(6)充電樁的運(yùn)行管理與綜合監(jiān)控。

(7)有序充電及與電網(wǎng)的互動(dòng)技術(shù)。

3)更換電池方式

充電難、充電時(shí)間長、續(xù)航里程短的問題，一直困擾著新能源汽車用戶。北汽

新能源提出“嫌充電慢不如去換電”的想法，與中國石油化工股份有限公司北京分公

司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方合作開展新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)在企業(yè)生產(chǎn)和管理中的應(yīng)用。第

一步就是利用加油站場地資源建設(shè)換電站，最先受益的是北京電動(dòng)出租車。

現(xiàn)在國內(nèi)運(yùn)營的電動(dòng)出租車?yán)m(xù)航里程在150?250km,但充滿一次電需要lh

以上，部分車輛甚至需要2h,嚴(yán)重影響了出租車的運(yùn)營效率。北汽新能源開發(fā)的

C50EB換電出租車換一塊充滿電的電池僅需要3min,比普通燃油車加油還快，而

且換一次電池可以行駛200km,不僅可以提高運(yùn)營效率，還可以實(shí)現(xiàn)出租車的雙班

運(yùn)營，提高出租車公司的效益。此次大力推廣換電模式出租車運(yùn)營是解決出租車電動(dòng)

化的最佳途徑，駕駛員收入增加、出租車公司實(shí)現(xiàn)雙班運(yùn)營、換電服務(wù)公司發(fā)展了

新的業(yè)務(wù)、新能源汽車得到了發(fā)展并帶動(dòng)了下游產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展、電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了低谷電的

有效利用、燃油補(bǔ)貼減少實(shí)現(xiàn)綠色財(cái)政，真正實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈的共贏。

直接更換電動(dòng)汽車的電池組時(shí)需要考慮的是：由于電池組質(zhì)量較大，更換時(shí)的專業(yè)化要求較高，故需

配備專業(yè)人員借助專業(yè)機(jī)械來快速完成電池的更換、充電和維護(hù)。

采用這種模式，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)電動(dòng)汽車用戶可租用充滿電的蓄電池，更換需要充電的蓄電池,有利于提高車輛使用效率，

也提高了用戶使用的方便性和快捷性。

(2)對更換下來的蓄電池，可以利用低谷時(shí)段進(jìn)行充電，降低了充電成本，提高了車輛運(yùn)行經(jīng)

濟(jì)性。

(3)從另一個(gè)側(cè)面來看，也解決了充電時(shí)間乃至蓄存電荷量、電池質(zhì)量、續(xù)駛里程不足及價(jià)格

高等難題。

(4)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池組中單元電池的故障，對于電池的維護(hù)工作將具有積極意義。電池組放

電深度的降低也將有利于提高電池的壽命。

應(yīng)用這種模式面臨的幾個(gè)主要問題是：電池與電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)化，電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)改進(jìn)、充電

站的建設(shè)和管理，以及電池的流通管理等。

3.新能源汽車充電系統(tǒng)組成與工作原理

以北汽新能源EV系列電動(dòng)汽車為例，介紹充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

與工作原理。

1）充電系統(tǒng)低壓設(shè)計(jì)的功能

純電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)低壓部分主要是用于低壓供電及控制信號。

（1）車載充電器相關(guān)低壓部分

12V電源（低壓蓄電池）供電：供充電過程中BMS、VCU、儀

表等用電。

CAN通信：BMS通過CAN通信控制車載充電器工作狀態(tài)。

FCBUS

CAN網(wǎng)絡(luò)：

250kl典

電機(jī)

控制制

MCU

（紅新能源汽車維修技或

蓄電池

2)慢充和快充控制策略

(1)充電系統(tǒng)控制過程

作為純電動(dòng)汽車的核心，動(dòng)力電池的充電過程由BMS進(jìn)行控制及保護(hù)。

車載充電器工作狀態(tài)及指令均由BMS發(fā)出的指令進(jìn)行控制，包括工作模式指

令、動(dòng)力電池允許最大電壓、充電允許最大電流、加熱狀態(tài)電流值。

快充和慢充的流程均為：采用恒流一恒壓充電方法，在不同溫度范圍內(nèi)以恒

定電流充電至動(dòng)力電池組總電壓達(dá)到或最高單體電壓達(dá)到此溫度條件下的規(guī)定電壓

值，以恒定電壓充電至電流小于0.8A后停

止充電。

(2)充電溫度與充電電流的要求

快充采用地面充電樁充電，快充充電溫度與充電電流要求(非車載充電器模

式下充電要求)，見表

慢充充電溫度與充電電流要求(車載充電器模式下充電要求)

3)快充模式充電系統(tǒng)組成和原理

(1)組成

在快充模式下，充電系統(tǒng)主要由充電樁(直流快充樁)、快充接

口、高壓控制盒、動(dòng)力電池、整車控制器、高壓線束和低壓控制線束等組成。

(2)快充模式充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

快充模式充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，如圖2-1-11所示。

整車控制器是快速充電功能的主控模塊。將快速充電接口由充電樁連接至車

輛快充接口以后，整車控制器通過CC線判斷充電接口已

經(jīng)正確連接，并啟用喚醒線路喚醒車輛內(nèi)部充電系統(tǒng)電路及部件。整車控制器通過

輸出高壓接觸器接通指令至高壓控制盒，實(shí)現(xiàn)快速充電樁與動(dòng)力電池之間高壓電路

的接通。接通并實(shí)現(xiàn)充電時(shí)，整車控制器向儀表輸出正在充電的顯示信息。

（3）充電條件要求

①充電線連接確認(rèn)信號正常。

②BMS供電電源正常（12V）。

③充電喚醒信號輸出正常（12V）。

④充電樁、VCU、BMS之間通信正常（主繼電器閉合、發(fā)送電流強(qiáng)度需求）。

⑤動(dòng)力電池電芯溫度＞5℃/V45℃。

⑥單體電池最高電壓與最低電壓差＜0.3V（300mV）o

⑦單體電池最高溫度與最低溫度差（15℃。

⑧絕緣性能＞20M。。

⑨實(shí)際單體最高電壓不大于額定單體電壓0.4Vo

⑩高、低壓電路連接正常（遠(yuǎn)程開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)）。

4）慢充模式充電系統(tǒng)組成和原理

（1）組成

在慢充模式下，充電系統(tǒng)主要由供電設(shè)備（充電樁）、慢充接口、

車載充電器、高壓控制盒、動(dòng)力電池、整車控制器（VCU）'高壓線束

和低壓控制線束等組成。

（2）慢充模式充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

慢充模式充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，如圖所示。

充電槍連接通過車載充電機(jī)（充電器）反饋到整車控制器，再喚

醒儀表顯示連接狀態(tài)（負(fù)觸發(fā)）；充電機(jī)同時(shí)喚醒整車控制器和動(dòng)力電

池管理模塊（正觸發(fā)），整車控制器喚醒儀表起動(dòng)顯示充電狀態(tài)（負(fù)觸

發(fā)）；正、負(fù)主繼電器由整車控制器發(fā)出指令，并由動(dòng)力電池管理模塊

控制閉合。

CC

號7/

確認(rèn)信

A連接

車整

載車

7

信號1

電喚解

充D充控

電制

機(jī)CANH揩

CANL

數(shù)據(jù)

采集

終端

把

后，

信號

確認(rèn)

連接

過CC

樁通

充電

示，

圖所

，如

電路

工作

系統(tǒng)

充電

模式

慢充

降到

電壓

點(diǎn)1

檢測

；當(dāng)

WM端

換到P

V端切

從12

S1開關(guān)

流。

出電

合輸

關(guān)閉

/K2開

樁K1

充電

6V時(shí)，

程

制流

電控

(3)充

如下

過程

控制

充電

電。

流供

①交

醒。

電喚

②充

。

需求

充電

S檢測

③BM

@BMS給車載充電機(jī)發(fā)送工作指令并閉合繼電器。

⑤車載充電機(jī)開始工作，進(jìn)行充電。

⑥電池檢測充電完成后，給車載充電機(jī)發(fā)送停止指令。

⑦車載充電機(jī)停止工作。

⑧電池?cái)嚅_繼電器。

（4）充電條件要求

①充電線連接確認(rèn)信號正常。

②充電機(jī)供電電源正常（含220V和12V）及充電機(jī)工作正常。

③充電喚醒信號輸出正常（12V）o

④充電機(jī)、VCU、BMS之間通信正常（主繼電器閉合、發(fā)送電流強(qiáng)度需

求）。

⑤動(dòng)力電池電芯溫度＞0℃/V45℃。

⑥單體電池最高電壓與最低電壓差VO.3V（300mV）o

⑦單體電池最高溫度與最低溫度差V15℃。

⑧絕緣性能＞20M。。

⑨實(shí)際單體最高電壓不大于額定單體電壓0.4VO

⑩高、低壓電路連接正常（遠(yuǎn)程控制開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)）。

4.充電操作及注意事項(xiàng)

1）充電電源選擇

電動(dòng)汽車的逐步普及已是不爭的事實(shí)，然而目前充電和行程問

題成為普及推廣的主要瓶頸。新能源汽車車主在給電動(dòng)汽車選擇充電電源時(shí)需要注

意以下事項(xiàng)。

目前，國家電網(wǎng)正在初步規(guī)劃充電站，由于工程量大、投入成本高周期長，

加上充電時(shí)間長、車位少、充電站覆蓋點(diǎn)少等缺陷，導(dǎo)致電動(dòng)汽車車主苦于無法方

便地對自己的愛車進(jìn)行充電。因此，有的車主就會(huì)在家里拉出線纜，私自改造充電

接口，對電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，這種充電方式存在安全隱患

由于技術(shù)和工藝的限制，目前電動(dòng)汽車車載充電器功率都比較小，一般在

3kW左右，采用220V家用電的電流大概在16A左右，而一般情況下入戶電流容

量最大不超過16A,因此，家用電纜會(huì)因過載工作而有可能引起火災(zāi)。

國家在電動(dòng)汽車充電方面有標(biāo)準(zhǔn)，建議車主使用充電樁進(jìn)行充電，因?yàn)槌潆?/p>

樁能根據(jù)供電電源的容量自動(dòng)限制車載充電器的充電功率，并能在出現(xiàn)故障后安

全、可靠地切斷電源，避免火災(zāi)等事故發(fā)

生。標(biāo)準(zhǔn)中不建議在沒有充電樁的情況下進(jìn)行充電，更是禁止在沒有充電樁的情況下采用三相工業(yè)用

電進(jìn)行充電。目前，電動(dòng)汽車充電市場并未完善，充電手段參差不齊，直接將充電槍插到家用電上充

電的現(xiàn)象也并不少見。

電動(dòng)汽車車主需要注意的是，如不按照國家標(biāo)準(zhǔn)或不按照規(guī)定的方式進(jìn)行充電，那么出事故后

車主是不能得到國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)的。針對這種情況，北京市出臺(tái)了相關(guān)政策，以后購買電動(dòng)汽車

可標(biāo)配充電樁，車主以后就可以在物業(yè)小區(qū)里申請安裝充電樁對汽車進(jìn)行充電。

2)交流充電(慢充)充電樁和充電口選擇

(1)慢充充電樁

慢充充電的充電樁和主要技術(shù)參數(shù)，如圖2-1-16所示。它可以

采用停車位樁體式(落地安裝)(250V/AC32A/16A)和家用車庫掛

壁式(250V/AC16A)充電樁，也可以采用家用插座交流充電器

(240V/AC8A),如圖

(2)慢充充電口

慢充充電口在實(shí)車上的位置

3)直流充電(快充)充電樁和充電口選擇

(1)快充充電樁

直流充電的充電樁和主要技術(shù)參數(shù)，如圖所示。

(2)快充充電口

快充充電口在實(shí)車上的位置

4)充電時(shí)的注意事項(xiàng)

(1)混合動(dòng)力車輛插有充電電纜時(shí)不要加油，與易燃物品保持充足安全距離。

否則，未按規(guī)定插入或拔出充電電纜時(shí)，存在因燃油燃燒等導(dǎo)致人員受傷或物品損壞

的危險(xiǎn)。

(2)通過家用插座為高電壓動(dòng)力電池充電，會(huì)導(dǎo)致插座上出現(xiàn)較高持續(xù)負(fù)荷。

因此必須遵守以下說明：

①不要使用適配器或延長電纜。

②充電結(jié)束后首先拔出車上的充電插頭，然后再拔出墻上的充電插頭。

③避免絆倒危險(xiǎn)以及充電電纜和插座機(jī)械負(fù)荷。

④不要將充電插頭插在損壞的插座上。

⑤不要使用損壞的充電電纜。

⑥為高電壓動(dòng)力電池充電時(shí)，充電插頭和充電電纜可能會(huì)變熱。如果變得過熱，

則此充電插座不適于進(jìn)行充電或充電電纜已損壞。應(yīng)立即中止充電并讓電氣專業(yè)人

員進(jìn)行檢查。

⑦反復(fù)出現(xiàn)充電故障或中斷情況時(shí)，聯(lián)系具有專業(yè)資質(zhì)的維修人員。

⑧僅使用防潮和防侵蝕的插座。

⑨不要用手指或物體接觸插頭觸點(diǎn)區(qū)域。

⑩切勿自行維修或改進(jìn)充電電纜。

進(jìn)行清潔前將電纜兩側(cè)拔出，注意不要將電纜浸入液體

內(nèi)。

充電期間不允許進(jìn)行自動(dòng)洗車。

僅在經(jīng)過電氣專業(yè)人員檢查的插座上進(jìn)行充電。

在不了解的基礎(chǔ)設(shè)施/插座上充電時(shí)，遵守用戶手冊內(nèi)的特在車上將充

殊說明。電電流設(shè)置為“較低”。

注意：

(1)動(dòng)力電池充電過程中，電池管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制充電電流的大小，當(dāng)動(dòng)

力電池充至滿電狀態(tài)時(shí)，電池管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)終止對動(dòng)力電池包的充電。

(2)當(dāng)環(huán)境溫度太低時(shí)，插上充電接頭以后，電池管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)先對電池

進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度合適以后才對動(dòng)力電池進(jìn)行充電。

1.車載充電器的功能、位置和電路

1)車載充電器的功能

車載充電器具備如下的功能：

(1)車載充電器將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電輸出，為動(dòng)力電

池充電。

(2)車載充電器工作過程需要與充電樁、BMS、VCU等部件進(jìn)行通信。

(3)車載充電器根據(jù)動(dòng)力電池需求可調(diào)節(jié)輸出功率。

有些廠家如北汽新能源生產(chǎn)的EV160,將車載充電器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、高壓控

制盒集成為一體(稱PDU)o

常電

儀表車載充電器

[]

2充電允許

(CAN)

ON丹

交流允電

繼電器

低電耶

電池管理罌接觸器

為了保證電源切斷時(shí)，避免立即斷電對電器模塊造成大電壓的沖擊,

增加了軟關(guān)斷控制器。給高壓負(fù)載一個(gè)卸載時(shí)間。當(dāng)鑰匙從ON擋轉(zhuǎn)

向關(guān)閉后，高壓電源會(huì)延遲3s斷電。

2.充電接口和通信協(xié)議

除了電動(dòng)汽車故障原因外，電動(dòng)汽車無法充電的原因可以從充電接口和通信

協(xié)議兩個(gè)方面來解釋。

1)充電接口

充電接口上，由于全球存在美、歐、中三大充電接口標(biāo)準(zhǔn)，因此，各車企對

充電接口進(jìn)行了區(qū)別設(shè)計(jì)，比如歐洲Combo接口、日本

CHAdeMO接口、特斯拉的充電接口、部分美系和德系采用的CCS接口、中國的

GB/T20234—2015接口。這就意味著目前國外的車從硬件接口上無法與國內(nèi)充

電樁進(jìn)行連接，比如特斯拉就只能通過自己建充電站來保證其在中國的市場推廣。

目前，國際上4種充電接口標(biāo)準(zhǔn)如圖所示：

《國家標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置》(GB/T20234一2015)規(guī)定了交流

與直流接口的標(biāo)準(zhǔn)，交流接口采用的是七針設(shè)計(jì)，直流接口采用的是九針設(shè)計(jì)，國

內(nèi)車企都是遵循這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是早期一些車企考慮到電池壽命延長，某些

車型沒有設(shè)計(jì)直流充電接口，因此一些車主在公共充電樁遇到無法用直流樁充電的

情況。需要說明的是，并非所有新能源車型都同時(shí)采用直流和交流兩種接口，有些

車型如比亞迪E6等，只提供交流慢充接口。

2)通信協(xié)議

通信協(xié)議上，充電協(xié)議的差異是導(dǎo)致無法充電的最主要原因，解釋這個(gè)問題

需要對交流充電與直流充電的基本原理及過程有所了解。

交流充電的過程是交流電通過充電樁一車載充電器一動(dòng)力電池進(jìn)行傳輸，從

國標(biāo)設(shè)計(jì)上，不存在充電樁與整車之間的通信關(guān)系。通俗來講，交流充電樁就是一

個(gè)功率稍大的插座，不存在充電樁與整車通信協(xié)議的對接，因此如果是交流充電，

理論上所有車型都是可以充電的。

3.充電樁

充電樁（ChargingPile）又叫充電栓、充電柜等，其功能類似于加油

站里面的加油機(jī)，可以固定在地面或墻壁，安裝于公共建筑（公共樓宇、商場、公共

停車場等）和居民小區(qū)停車場或充電站內(nèi)，可以根據(jù)不同的電壓等級為各種型號的電

動(dòng)汽車充電。充電樁的輸入端與交流電網(wǎng)直接連接，輸出端都裝有充電插頭為電動(dòng)汽

車充電。汽車充電樁一般提供常規(guī)充電（交流慢充）和快速充電（直流快充）兩種充

電方式，人們可以使用特定的充電卡在充電樁提供的人機(jī)交互操作界面上刷卡使用，

進(jìn)行充電方式、充電時(shí)間、費(fèi)用數(shù)據(jù)打印等操作，充

電樁顯示屏能顯示充電量、費(fèi)用、充電時(shí)間等數(shù)據(jù)。

1）充電樁的功用

充電樁是能實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)、計(jì)電量、計(jì)金額充電的裝置，可以作為市民購電終

端。同時(shí)，為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性，今后將陸續(xù)增加一樁多充和為電動(dòng)

自行車充電的功能。

接充電方式，可分為直流充電樁、交流充電樁和交直流一體充電樁。

①直流充電樁特點(diǎn)

直流充電樁又稱為直流供電裝置，即日常所說的快充。直流充電樁是固定安

裝在電動(dòng)汽車外，與交流電網(wǎng)連接，可以為非車載電動(dòng)汽車動(dòng)力電池提供直流電源

的供電裝置。直流充電樁的輸入電壓采用三相四線AC380V±15%,頻率

50Hz,輸出為可調(diào)直流電，直接為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池充電。由于直流充電樁采

用三相四線制供電，可以提供足夠的功率，輸出的電壓和電流調(diào)整范圍大，可以實(shí)

現(xiàn)快充的要求。

直流充電樁的工作原理就是通過整流將交流變直流再通過DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)

換環(huán)節(jié)來調(diào)整電壓、電流輸出，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)汽車電池的充電?？刂颇K實(shí)現(xiàn)其顯示

功能及保護(hù)電路的控制。

直流充電樁的特點(diǎn)如下：

A.采用分體式結(jié)構(gòu)，主要由整流柜、充電樁、整流柜和充電樁

之間的連接電纜、充電樁和電動(dòng)汽車之間的連接電纜及充電連接器等部分組成。整流

柜由整流模塊和充電主控制系統(tǒng)組成，由充電樁完成與用戶之間的人機(jī)交互功能，并

實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)汽車充電的管理、計(jì)費(fèi)和相應(yīng)的電池狀態(tài)檢測等功能。

B.具備通過CAN網(wǎng)絡(luò)與BMS通信的功能，來判斷電池類型，獲得動(dòng)力電池

系統(tǒng)參數(shù)、充電前和充電過程中動(dòng)力電池的狀態(tài)參數(shù)。與充電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)通信，

上傳充電器和動(dòng)力電池的工作狀態(tài)'工作參數(shù)、故障報(bào)警等信息，并接受監(jiān)控系統(tǒng)的

控制命令，執(zhí)行遙控動(dòng)作。

C.能夠判斷充電連接器、充電電纜是否正確連接。當(dāng)充電連接器與電動(dòng)汽

車蓄電池系統(tǒng)正確連接后，充電器才允許啟動(dòng)充電過程；當(dāng)充電器檢測到與電動(dòng)汽

車蓄電池系統(tǒng)的連接不正常時(shí)，能立即停止充電，并發(fā)出報(bào)警信息。

D.能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車提供低壓輔助電源，用于在充電過程中為電動(dòng)汽車BMS供

電。

E.具有高效、高可靠、便于維護(hù)、靈活擴(kuò)容、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

F.采用數(shù)字化均流技術(shù)，均流性能穩(wěn)定，脫離管理模塊也能穩(wěn)定工作并自主

均流。

G.采用模塊化架構(gòu)，可適應(yīng)10?200kW的不同功率需求。

H.動(dòng)態(tài)優(yōu)化的功率模塊管理，適應(yīng)在各種功率輸出狀態(tài)下的最大效率輸出。

I.具有輸出電壓、電流調(diào)節(jié)范圍寬的特點(diǎn)，能滿足不同類型蓄電

池組端電壓的充電要求。

J.具有電源過溫、輸入側(cè)過壓、欠壓、輸出側(cè)過流、過壓保護(hù)等安全防護(hù)功

能。

K.整流模塊采用ARM作為控制核心，具有很高的靈活性和一致性。

L.采用高頻變壓器，體積小、功率密度高。

M.采用IGBT配套最新的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，穩(wěn)定性高。

N.具備寬電壓輸入范圍，以及寬工作溫度范圍。

0.友好的人機(jī)界面，動(dòng)態(tài)顯示電壓、電流以及故障信息。

P.具有輸入側(cè)過/欠壓保護(hù)、輸出側(cè)過壓保護(hù)、欠壓告警、過流及短路保護(hù)、

過溫保護(hù)等功能。

②交流充電樁特點(diǎn)

交流充電樁又稱為交流供電裝置，即日常所說的慢充。固定安裝在電動(dòng)汽車

外，與交流電網(wǎng)連接，為電動(dòng)汽車車載充電器（即固定安裝在電動(dòng)汽車上的充電器）

提供交流電源的供電裝置。交流充電樁只提供電力輸出，沒有充電功能，需連接車載

充電器為電動(dòng)汽車充電。

交流充電樁設(shè)計(jì)要求的特點(diǎn)如下：

A.可以提供AC220V/7kW供電能力。交流充電樁的電源要求為，輸入電

壓：單相AC220V±10%,輸出頻率50Hz±2%,輸出為AC220V/7kWo

B.具備漏電、短路、過壓、欠壓、過流等保護(hù)功能，確保充電樁安全可靠

運(yùn)行。

C.具備顯示、操作等必需的人機(jī)接口。

I）.交流充電計(jì)量。

E.設(shè)置刷卡接口，支持RFID卡、IC卡等常見的刷卡方式，并可配置打印

機(jī)，提供票據(jù)打印功能。

F.具備充電接口的連接狀態(tài)判斷、控制導(dǎo)引等完善的安全保護(hù)控制邏輯。

交流充電樁給電動(dòng)汽車的充電器提供電力輸入，由于一般的車載充電器的功

率不是很大，所以不能很好地實(shí)現(xiàn)快速充電，但可以采用直流充電樁來實(shí)現(xiàn)快充。

4.新能源汽車充電系統(tǒng)常見故障與檢修

1）儀表故障指示燈說明

以北汽新能源EV系列汽車為例，儀表充電系統(tǒng)相關(guān)的故障指示燈見

表

2)車載充電器常見的故障與檢修

車載充電器故障信息將通過CAN總線報(bào)至總線上，通過CAN總線可以找出

發(fā)生的故障信息。

車載充電器常見的故障如下：

(1)12V低壓供電異常

當(dāng)充電器12V模塊異常時(shí)，BMS、儀表等由于沒有喚醒信號喚醒，無法與充

電器進(jìn)行通信。

當(dāng)12V未上電，最簡單的判斷方式就是交流上電的時(shí)候，電池沒有發(fā)出繼

電器閉合的聲音，一般都是12V異常。需要檢查低壓熔斷絲盒內(nèi)充電喚醒的熔斷

絲及繼電器，以及充電器端子是否出現(xiàn)退針的情況。

(2)充電器檢測的電池電壓不滿足要求

在充電過程中，BMS可以正常工作，但充電器工作開始前需要檢測動(dòng)力電池

電壓，當(dāng)動(dòng)力電池電壓在工作范圍內(nèi)，車載充電器可以正常工作，否則充電器認(rèn)為

電池不滿足充電的要求。此情況常見原因?yàn)?，高壓插件端子退針或高壓熔斷絲熔

斷，或者電池電壓超過工作范圍。

(3)充電器檢測與充電樁握手不正常

充電器工作過程中會(huì)檢測與充電樁之間的握手信號，當(dāng)判斷到CC的開關(guān)斷

開，充電器認(rèn)為此時(shí)將要拔掉充電槍，此時(shí)會(huì)停止工作，防止帶電插拔，以提升充

電槍端子壽命。當(dāng)充電槍未插到位，可能出現(xiàn)此情況。如圖所示是充電器顯示的狀

態(tài)。

CC開關(guān)斷開充電機(jī)顯示故障狀態(tài)

亮亮滅

交旅工作WT

cc”關(guān)閉合充電機(jī)顯示工作狀態(tài)

(4)充電樁輸入電壓正常，由于施工時(shí)電源線不符合標(biāo)準(zhǔn)所引起的無法充電故障

車輛在低溫環(huán)境下，充電樁與充電器連接正常，由于車輛動(dòng)力電池低溫下需將

電芯加熱至。?5