《新能源汽車結(jié)構(gòu)與原理》課件 項目四 任務(wù)一 充電系統(tǒng)概述

《新能源汽車結(jié)構(gòu)與原理》項目四充電系統(tǒng)04項目四充電系統(tǒng)

充電系統(tǒng)任務(wù)一充電系統(tǒng)概述任務(wù)二充電機任務(wù)三充電站任務(wù)一充電系統(tǒng)概述學(xué)習(xí)目標

1.了解電動汽車充電系統(tǒng)的基本概念。2.熟知電動汽車的慢速充電系統(tǒng)。3.熟知電動汽車的快速充電系統(tǒng)。一、電動汽車充電系統(tǒng)概述

（一）電動汽車充電系統(tǒng)電動汽車充電系統(tǒng)是維持電動汽車運行的能源補給設(shè)施，是從供電電源提取能量對動力電池充電時使用的有特定功能的電力轉(zhuǎn)換裝置。主要包括交流（慢速）充電系統(tǒng)和直流（快速）充電系統(tǒng)，電動汽車充電系統(tǒng)如圖所示。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述一、電動汽車充電系統(tǒng)概述

（二）電動汽車對充電系統(tǒng)的基本要求（1）安全性包括人員的人身安全和動力電池的安全。（2）易用性具有較高的智能性，不需要操作人員過多干預(yù)充電過程。（3）經(jīng)濟性價格低廉、性能優(yōu)異的充電設(shè)備有助于降低整個電動汽車的成本，促進電動汽車的商業(yè)化推廣。（4）高效性高效率是對現(xiàn)代電動汽車充電系統(tǒng)的重要要求之一。（5）低污染性采用電力電子技術(shù)的充電設(shè)備是一種高度非線性的設(shè)備，會對供電網(wǎng)及其他供電設(shè)備產(chǎn)生有害的諧波污染，而且由于充電設(shè)備功率因數(shù)低，在充電系統(tǒng)負載增加時，對供電網(wǎng)的影響也不容忽視。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述二、蓄電池的充電方法蓄電池的充電方法分為常規(guī)充電和快速充電兩大類。（一）常規(guī)充電1.恒壓充電恒壓充電是指在充電過程中充電電壓保持不變的充電方法。圖為恒壓充電曲線。剛開始充電時，由于電池電動勢小，故充電電流大，對電池的使用壽命有不利影響；在充電中后期，電池電動勢增加，充電電流小，會造成電池長期充電不足，對電池壽命造成不利影響。恒壓充電的優(yōu)點是充電時間較短，缺點是不易使電池完全充足電，充電初期的大電流對電池壽命不利。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述二、蓄電池的充電方法（一）常規(guī)充電2.恒流充電恒流充電是指在充電過程中充電電流保持一個較小的恒定值的充電方法，它是通過調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)的電阻的方式來實現(xiàn)充電電流的恒定。圖為恒流充電曲線。恒流充電方法控制簡單，但由于電池可接受的充電電流是隨著充電的進行而逐漸下降的，在充電后期，充電電能不能有效轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，有一部分轉(zhuǎn)變成熱能散發(fā)掉了。恒流充電的優(yōu)點是電池容量可得到充分利用，充電效率高，有利于延長電池的使用壽命。缺點是充電時間長。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述二、蓄電池的充電方法（一）常規(guī)充電任務(wù)一充電系統(tǒng)概述二、蓄電池的充電方法（一）常規(guī)充電3.階段充電法階段充電法為恒流充電和恒壓充電方法的組合，如先恒流后恒壓充電、多段恒流充電、先恒流再恒壓最后再恒流充電的方法等。常用的為先恒流再恒壓的充電方法，鉛酸電池和鋰電池常采用這種方式。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述二、蓄電池的充電方法（二）快速充電縮短電池的充電時間是提高電動汽車使用方便性的重要一環(huán)，通過改進電池結(jié)構(gòu)以降低內(nèi)阻和提高反應(yīng)離子的擴散速率，可以縮短電池充電時間，此外，人們也一直在研究快速充電的方法?？焖俪潆姷谋举|(zhì)是通過提高充電電流或充電電壓來加快電池的化學(xué)反應(yīng)速率，提高充電的速度。但是，快速充電的速率是有上限的，過高的充電速率會造成電池內(nèi)部壓力上升、溫度上升、電池內(nèi)阻增加等現(xiàn)象，這不僅縮短電池壽命，也使電池可充入容量下降。因此，快速充電的策略是在整個充電過程中，充電電流不超過可接受充電電流但又盡可能接近它。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述三、蓄電池的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、更換電池充電方式、無線充電方式和移動式充電方式。（一）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，相應(yīng)的充電器的工作和安裝成本相對比較低。電動汽車家用充電設(shè)施（車載充電機）和小型充電站多采用這種充電方式。車載充電機是電動汽車的一種最基本的充電設(shè)備，如左下圖所示。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述三、蓄電池的充電方式（二）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，與常規(guī)充電方式相比安裝成本相對較高?？焖俪潆娨部煞Q為迅速充電或應(yīng)急充電，其目的是在短時間內(nèi)給電動汽車充滿電，充電時間應(yīng)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。如右圖所示。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述三、蓄電池的充電方式（三）更換電池充電方式更換電池充電方式采用更換動力電池的方法迅速補充車輛電能，更換電池可在10min以內(nèi)完成，理論上無限提升了車輛續(xù)駛里程。圖為利用換電機器人為電動汽車更換電池。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述三、蓄電池的充電方式（四）無線充電方式電動汽車無線充電方式是利用無線電能傳輸技術(shù)對蓄電池進行充電的一種新型充電方式，主要有感應(yīng)式、諧振式和微波無線電能傳輸3種形式。感應(yīng)式無線輸電是松散耦合結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于可分離變壓器；諧振式無線電能傳輸利用近場電磁共振耦合，可以實現(xiàn)電能中距離有效傳輸；微波無線電能傳輸是一種遠場輻射型能量傳輸方式，由于其傳輸效率很低，而且容易對人體產(chǎn)生危害，因此不宜用于電動汽車無線充電。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述三、蓄電池的充電方式（五）移動式充電方式對電動汽車蓄電池而言，最理想的情況是電動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。移動式充電系統(tǒng)埋設(shè)在一段路面之下，即充電區(qū)，不需要額外的空間。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述四、慢速充電系統(tǒng)慢速充電系統(tǒng)通過慢速充電線束（家用慢速充電線束、充電樁慢速充電線束）與220V家用交流插座或交流充電樁相連為動力電池進行充電；慢速充電系統(tǒng)將220V交流電轉(zhuǎn)化為直流電，以實現(xiàn)動力電池的電能補給。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述四、慢速充電系統(tǒng)（一）慢速充電系統(tǒng)構(gòu)成慢速充電系統(tǒng)主要是由供電設(shè)備（交流充電樁或家用交流電源）、車載充電機、慢充充電口、充電槍、高壓線束、低壓控制線束、高壓控制盒、動力電池、整車控制器（VCU）等部件組成，慢速充電系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述四、慢速充電系統(tǒng)（二）慢速充電工作原理1.慢速充電系統(tǒng)對充電條件的要求（1）充電線連接確認信號正常；（2）充電機供電電源正常（包括220V和12V）及充電機工作正常；（3）充電喚醒信號輸出正常（12V）；（4）充電樁、整車控制器（VCU）、電池管理系統(tǒng)（BMS）之間通信正常；（5）動力電池電芯溫度在5℃～45℃之間；（6）單體電池最高電壓與最低電壓差小于0.3V；（7）單體電池最高溫度與最低溫度差小于15℃；（8）絕緣性能大于20MΩ；（9）實際單體最高電壓不大于額定單體電壓0.4V；（10）高、低壓電路連接正常。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述四、慢速充電系統(tǒng)2.慢速充電系統(tǒng)工作過程交流充電樁（或家用16A供電插座）提供的交流電經(jīng)車載充電機整流、濾波、升壓后轉(zhuǎn)換為高壓直流電壓，通過高壓控制盒連接到動力電池，慢速充電系統(tǒng)工作原理如圖所示。任務(wù)一充電系統(tǒng)概述五、快速充電系統(tǒng)（一）快速充電系統(tǒng)構(gòu)成快速充電系統(tǒng)主要由快速充電樁（直流充電樁）、快充接