電動汽車車載充電機(jī)原理及特點_電動汽車車載充電機(jī)分類及要求

　　車載充電機(jī)又稱交流充電機(jī)，安裝于電動汽車上，通過插座和電纜與交流插座連接，以三相或單相交流電源向電動汽車提供充電電源。車載充電機(jī)的優(yōu)點是不管車載蓄電池在任何時候、任何地方需要充電，只要有充電機(jī)額定電壓的交流插座，就可以對電動汽車進(jìn)行充電。車載充電機(jī)的缺點是受電動汽車的空間所限，功率較小，輸出充電電流小，蓄電池充電的時間較長。車載充電機(jī)與充電電源連接如圖6-1所示。

　　車載充電機(jī)主要為小型電動汽車補充電能，充電功率較小，可利用建在路邊、小區(qū)等的交流充電樁為電動汽車充電，并充分利用低谷時段充電。

　　1、原理結(jié)構(gòu)

　　車載充電機(jī)輸入采用有源功率因數(shù)校正電路，其電氣原理如圖6-16所示，外形如圖6-17所示。

　　2、功能特點

　　（1）具有為電動汽車動力電池安全、自動充滿電的能力。充電機(jī)依據(jù)電池管理系統(tǒng)（BMS） 提供的數(shù)據(jù)，能動態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的動作，完成充電過程。

　?。?）具備高速CAN網(wǎng)絡(luò)與BMS通信的功能，判斷電池連接狀態(tài)是否正確，獲得電池系統(tǒng)參數(shù)及充電前和充電過程中整組和單體電池的實時數(shù)據(jù)。

　?。?）可通過高速CAN網(wǎng)絡(luò)與車輛監(jiān)控系統(tǒng)通信，上傳充電機(jī)的工作狀態(tài)、工作參數(shù)和故障 告警信息，接受啟動充電或停止充電控制命令。

　?。?）完備的安全防護(hù)措施。

　　1）交流輸入過電壓保護(hù)功能。

　　2）交流輸入欠電壓告警功能。

　　3）交流輸入過電流保護(hù)功能。

　　4）直流輸出過電流保護(hù)功能。

　　5）直流輸出短路保護(hù)功能。

　　6）輸出軟啟動功能，防止電流沖擊。

　　7）在充電過程中，充電機(jī)能保證動力電池的溫度、充電電壓和電流不超過允許值。

　　8）具有單體電池電壓限制功能，自動根據(jù)BMS的電池信息動態(tài)調(diào)整充電電流。

　　9）自動判斷充電連接器、充電電纜是否正確連接。當(dāng)充電機(jī)與充電樁和電池正確連接后，充電機(jī)才能允許啟動充電過程；當(dāng)充電機(jī)檢測到與充電樁或電池連接不正常時，立即停止充電。

　　10）充電聯(lián)鎖功能，保證充電機(jī)與電動汽車動力電池連接分開以前車輛不能啟動。

　　11）高壓互鎖功能，當(dāng)有危害人身安全的高電壓時，模塊鎖定無輸出。

　　12）具有阻燃功能。

　　3、技術(shù)指標(biāo)

　　（1）環(huán)境條件。

　　1）工作溫度：－30~70℃（50℃以上限制輸出功率為額定功率的50%）。

　　2）相對濕度：5%~95%。

　　3）海拔：不高于2000m。

　?。?）交流輸入。

　　1）交流工作電壓：220&TImes;（1±20%）V（單相三線）。

　　2）交流工作頻率：（50±1）Hz。

　　3）滿載功率因數(shù)：不小于0.99。

　　4）諧波電流總畸變率：不大于5%。

　　4、直流輸出

　　（1）穩(wěn)流精度：不超過±0.5%。

　?。?）穩(wěn)壓精度：不超過±0.5%。

　　（3）紋波系數(shù)：不小于0.5%。

　　（4）滿載效率：不小于94%。

　　（5）電壓范圍：140～350V。

　?。?）電流范圍：1～8A。

　?。?）最大功率：2.5kW（輸出可恒功率控制）。

　　5、結(jié)構(gòu)防護(hù)

　?。?）全封閉結(jié)構(gòu)，外殼防護(hù)等級IP54。

　?。?）充電機(jī)金屬外殼和零件采用雙層防銹處理，非金屬外殼具有防氧化保護(hù)膜或進(jìn)行防氧化處理。

　　（3）充電機(jī)內(nèi)部印制電路板、接插件進(jìn)行防潮濕、防霉變、防煙霧處理。

　　6、平均無故障時間

　　平均無故障時間（MTBF）：不小于50 000h。

　?。?）車載DC—DC變換器

　　DC—DC變換器是將一種直流電變換為另一種直流電的技術(shù)，主要對電壓、電流實現(xiàn)變換，它在電動汽車中起著能量轉(zhuǎn)換和傳遞的作用。DC—DC變換器分為單向DC—DC和雙向DC - DC。單向DC—DC的能量只能單向流動，而雙向DC一DC指保持變換器兩端的直流電壓極性不變的前提下，根據(jù)需要改變電流的方向，從而實現(xiàn)能量的雙向流動的直流一直流變換器。雙向DC—DC可以實現(xiàn)能量回收，其應(yīng)用空間更加廣闊。

　　電動汽車包括純電動汽車、混合動力車和燃料電池電動汽車三大類，車載雙向DC - DC變換器是電動汽車的一項關(guān)鍵技術(shù)。

　　混合動力燃料電池車：由于目前燃料電池發(fā)展水平，一般以燃料電池作為主動力，另外均有超級電容（UC）和動力蓄電池（High Voltage Battery，HVB，一般為高壓100~500V）作為輔助動力，構(gòu)成混合動力燃料電池車，如圖6-14所示。雙向DC—DC變換器作為超級電容和動力蓄電池的功率管理單元，作用是：車輛加速時提供輔助能量，車輛爬坡時提供峰值功率，減速／制動時回收能量，從而有效提高能源利用效率。

　　純?nèi)剂想姵仉妱榆嚕弘p向DC—DC變換器作為車載蓄電池（Low Voltage Battery，LVB，一般為低壓12V或24V）的功率管理單元，作用是：燃料電池冷態(tài)啟動，為燃料電池空壓機(jī)提供電源，車輛加速時助力，減速／制動時回收能量，改善車輛的加速和減速性能，如圖6-16所示。

　　純電動汽車：交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)：雙向DC—DC變換器調(diào)節(jié)逆變器直流側(cè)電壓，使得弱磁調(diào)速和回饋制動易于實現(xiàn)，擴(kuò)大電動機(jī)調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)能源利用效率，尤其是對于電動汽車上常用的低感抗電動機(jī)更是有效。雙向DC—DC變換器直接驅(qū)動直流電動機(jī)四象限運行。

　　汽車電子：現(xiàn)代汽車上電氣系統(tǒng)用電量日益增加，車載電氣包括12V和42V兩個等級。雙向DC- DC變換器可以用于12~42V雙電源變換系統(tǒng)。

　?。?）車載Charger

　　車載Charger是一種將交流電變換為直流電的技術(shù)，將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動車車載蓄電池的電能。車載高壓充電機(jī)安裝于電動汽車上，通過插頭和電纜與交流插座連接，因此也可以稱之為交流充電機(jī)。車載充電機(jī)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(jìn)行充電，其缺點則是受車上空間所限，因而功率處理能力有限，只能提供小電流慢速充電，充電時間一般較長。

　　充電機(jī)的基本構(gòu)成包括功率單元、控制單元、電氣接口和通信接口等。其中電氣接口包括充電機(jī)供電電纜及連接器件、充電電纜和充電連接器等。電動車輛充電時，電動車輛和電動車輛充電設(shè)備要正確連接，便于在正常情況下使電能安全地從充電設(shè)備傳輸給電動車輛。即使在正常使用中有些疏忽，也不會給周圍的環(huán)境和人（尤其是充電的操作人員）帶來危險?；竟δ芤蟀ǎ?/p>

　　1）充電機(jī)應(yīng)能對下述電池中的一種或多種充電：鋰離子蓄電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。

　　2）在充電過程中，充電機(jī)依據(jù)蓄電池管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整充電參數(shù)、執(zhí)行相應(yīng)動作，完成充電過程。

　　3）充電機(jī)應(yīng)具有與電動汽車或蓄電池管理系統(tǒng)通信的功能。通信目的：判斷電池類型；判斷充電機(jī)是否與電動汽車蓄電池系統(tǒng)正確連接；獲得電動汽車蓄 電池系統(tǒng)參數(shù)、充電前和充電過程中蓄電池的狀態(tài)參數(shù)；充電機(jī)還應(yīng)具有與充電站監(jiān)控系統(tǒng)通信的功能。

　　人機(jī)交互功能可以使充電人員獲得充電機(jī)的一些信息。充電機(jī)應(yīng)顯示的信息：電池類型、充電電壓、充電電流、電能量計量信息；在出現(xiàn)故障時應(yīng)有相應(yīng)的提示信息；以及電池溫度、充電時間等。表6-1、表6-2為車載充電機(jī)的一些技術(shù)要求。