新能源汽車概論課件

,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),*,第,*,頁(yè),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,河北科技大學(xué),車輛工程,第,1,頁(yè),第,6,章 電動(dòng)汽車充電技術(shù),6.1,電動(dòng)汽車充電裝置,6.1.1,電動(dòng)汽車對(duì)充電裝置的要求,6.1.2,電動(dòng)汽車充電裝置的類型,6.1.3,電動(dòng)汽車充電方法,6.1.4,電動(dòng)汽車充電方式,6.2,電動(dòng)汽車充電機(jī),6.2.1,電動(dòng)汽車充電機(jī)類型,6.2.2,電動(dòng)汽車充電機(jī)的電氣參數(shù)和技術(shù)指標(biāo),6.2.3,電動(dòng)汽車充電機(jī)的技術(shù)要求,6.2.4,電動(dòng)汽車充電機(jī)實(shí)例,第,2,頁(yè),6.1,電動(dòng)汽車充電裝置,電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)能否得到快速發(fā)展，充電技術(shù)是關(guān)鍵因素之一。智能、快速的充電方式成為電動(dòng)汽車充電技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。,蓄電池充電裝置是電動(dòng)汽車不可缺少的系統(tǒng)之一，它的功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)車車載蓄電池的電能。,第,3,頁(yè),6.1.1,電動(dòng)汽車對(duì)充電裝置的要求,（,1,）安全性。電動(dòng)汽車充電時(shí)，要確保人員的人身安全和蓄電池組的安全。,（,2,）使用方便。充電裝置應(yīng)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,）成本經(jīng)濟(jì)。成本經(jīng)濟(jì)、價(jià)格低廉的充電設(shè)備有助于降低整個(gè)電動(dòng)汽車的成本，提高運(yùn)行效益，促進(jìn)電動(dòng)汽車的商業(yè)化推廣。,（,4,）效率高。高效率是對(duì)現(xiàn)代充電裝置最重要的要求之一，效率的高低對(duì)整個(gè)電動(dòng)汽車的能量效率具有重大影響。,（,5,）對(duì)供電電源污染要小。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(huì)對(duì)供電網(wǎng)及其它用電設(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(fù)載增加時(shí)，對(duì)其供電網(wǎng)的影響也不容忽視。,第,4,頁(yè),6.1.2,電動(dòng)汽車充電裝置的類型,電動(dòng)汽車充電裝置的分類有不同的方法?？傮w上可分為車載充電裝置和非車載充電裝置。,車載充電裝置是指安裝在電動(dòng)汽車上的采用地面交流電網(wǎng)或車載電源對(duì)電池組進(jìn)行充電的裝置。包括車載充電機(jī)、車載充電發(fā)電機(jī)組和運(yùn)行能量回收充電裝置。它將一根帶插頭的交流動(dòng)力電纜線直接插到電動(dòng)汽車的插座中給電動(dòng)汽車充電。車載充電裝置通常使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便的接觸式充電器，也可以是感應(yīng)充電器。它完全按照車載蓄電池的種類進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)性較強(qiáng)。,非車載充電裝置，即地面充電裝置，主要包括專用充電機(jī)、專用充電站、通用充電機(jī)、公共場(chǎng)所用充電站等。它可以滿足各種電池的各種充電方式。通常非車載充電器的功率、體積和重量均比較大，以便能夠適應(yīng)各種充電方式。,第,5,頁(yè),6.1.2,電動(dòng)汽車充電裝置的類型,另外，根據(jù)對(duì)電動(dòng)汽車蓄電池充電時(shí)的能量裝換的方式不同，充電裝置可以分為接觸式和感應(yīng)式。,隨著電力電子技術(shù)和變流控制技術(shù)的飛速發(fā)展，高精度可控變流技術(shù)的成熟和普及，分階段恒流充電模式已經(jīng)基本被充電電流和充電電壓連續(xù)變化的恒壓限流充電模式取代。直到目前，主導(dǎo)充電工藝的還是恒壓限流充電模式。接觸式充電的最大問題在于安全性和通用性，為了使它滿足嚴(yán)格的安全充電標(biāo)準(zhǔn)，必須在電路上采用許多措施使充電設(shè)備能夠在各種環(huán)境下安全充電。恒壓限流充電和分階段恒流充電均屬于接觸式充電技術(shù)。,近年來(lái)，新型的電動(dòng)汽車感應(yīng)充電技術(shù)發(fā)展很快。感應(yīng)充電器是利用高頻交流磁場(chǎng)的變壓器原理，將電能從離車的原方感應(yīng)到車載的副方，以達(dá)到給蓄電池充電的目的。感應(yīng)充電的最大優(yōu)點(diǎn)是安全，這是因?yàn)槌潆娖髋c電動(dòng)汽車之間并無(wú)直接的點(diǎn)接觸，使得即使電動(dòng)汽車在惡劣的氣候下，如雨雪天，進(jìn)行充電也無(wú)觸電的危險(xiǎn)。,第,6,頁(yè),6.1.3,電動(dòng)汽車充電方法,電動(dòng)汽車蓄電池充電方法主要有恒（定）流充電、恒（定）壓充電和脈沖快速充電，可根據(jù)具體情況選擇一種充電方法或幾種方法的組合方法，現(xiàn)代智能型蓄電池充電器可設(shè)置不同的充電方法。,1.,恒流充電,恒流充電是指充電過程中使充電電流保持不變的方法。恒流充電具有較大的適應(yīng)性，容易將蓄電池完全充足，有益于延長(zhǎng)蓄電池的壽命。缺點(diǎn)是在充電過程中，需要根據(jù)逐漸升高的蓄電池電動(dòng)勢(shì)調(diào)節(jié)充電電壓，以保持電流不變，充電時(shí)間也較長(zhǎng)。,第,7,頁(yè),6.1.3,電動(dòng)汽車充電方法,恒流充電是一種標(biāo)準(zhǔn)的充電方法，有如下,4,種充電方法：,（,1,）涓流充電，即維持電池的滿充電狀態(tài)，恰好能抵消電池自放電的一種充電方法，其充電電率對(duì)滿充電的電池長(zhǎng)期充電無(wú)害，但對(duì)完全放電的電池充電，電流太小。,（,2,）最小電流充電，是指在能使深度放電的電池有效恢復(fù)電池容量的前提下，把充電電流盡可能地調(diào)整到最小的方法。,（,3,）標(biāo)準(zhǔn)充電，即采用標(biāo)準(zhǔn)速率充電，充電時(shí)間為,14h,。,（,4,）高速率（快速）充電，即在,3h,內(nèi)就給蓄電池充滿電的方法，這種充電方法需要自動(dòng)控制電路保護(hù)電池不損壞。,第,8,頁(yè),6.1.3,電動(dòng)汽車充電方法,2.,恒壓充電,恒壓充電是指充電過程中保持充電電壓不變的充電方法，充電電流隨蓄電池電動(dòng)勢(shì)的升高而減小。合理的充電電壓，應(yīng)在蓄電池即將充足時(shí)使其充電電流趨于,0,。如果電壓過高會(huì)造成充電初期充電電流過大和過充電，如果電壓過低則會(huì)使蓄電池充電不足。充電初期若充電電流過大，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)低充電電壓，待蓄電池電動(dòng)勢(shì)升高后再將充電電壓調(diào)整到規(guī)定值。,恒壓充電的優(yōu)點(diǎn)是充電時(shí)間短，充電過程無(wú)需調(diào)整電壓，較適合于補(bǔ)充充電。缺點(diǎn)是不容易將蓄電池完全充足，充電初期大電流對(duì)極板會(huì)有不利影響。,第,9,頁(yè),6.1.3,電動(dòng)汽車充電方法,3.,脈沖充電,脈沖充電是先用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池短時(shí)間、大脈沖放電，在整個(gè)充電過程中使電池反復(fù)充、放電。,第,10,頁(yè),6.1.4,電動(dòng)汽車充電方式,電動(dòng)汽車充電方式主要有常規(guī)充電方式、快速充電方式、無(wú)線充電方式、更換電池充電方式和移動(dòng)式充電方式。,1,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(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。車載充電機(jī)是純電動(dòng)轎車的一種最基本的充電設(shè)備，如圖所示。,第,11,頁(yè),6.1.4,電動(dòng)汽車充電方式,小型充電站是電動(dòng)汽車的一種最重要的充電方式，如圖所示，充電機(jī)設(shè)置在街邊、超市、辦公樓、停車場(chǎng)等處。采用常規(guī)充電電流充電。,第,12,頁(yè),6.1.4,電動(dòng)汽車充電方式,2,快速充電方式,快速充電方式以,150,400A,的高充電電流在短時(shí)間內(nèi)為蓄電池充電，其目的是在短時(shí)間內(nèi)給電動(dòng)汽車充滿電，充電時(shí)間應(yīng)該與燃油車的加油時(shí)間接近。大型充電站（機(jī)）多采用這種充電方式。,第,13,頁(yè),6.1.4,電動(dòng)汽車充電方式,3.,無(wú)線充電方式,電動(dòng)汽車無(wú)線充電方式是近幾年國(guó)外的研究成果，其原理就像在車?yán)锸褂玫囊苿?dòng)電話，將電能轉(zhuǎn)換成一種符合現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的特殊的激光或微波束，在汽車頂上安裝一個(gè)專用天線接收即可。有了無(wú)線充電技術(shù)，公路上行駛的電動(dòng)汽車或雙能源汽車可通過安裝在電線桿或其它高層建筑上的發(fā)射器快速補(bǔ)充電能。電費(fèi)將從汽車上安裝的預(yù)付卡中扣除。,第,14,頁(yè),6.1.4,電動(dòng)汽車充電方式,4.,更換電池充電方式,除了以上幾種充電方式外，還可以采用更換電池組的方式，即在蓄電池電量耗盡時(shí)，用充滿電的電池組更換已經(jīng)耗盡的電池組。電動(dòng)汽車用戶把車停在一個(gè)特定的區(qū)域，然后用更換電池組的機(jī)器將耗盡的蓄電池取下，換上已充滿電的電池組。由于電池更換過程包括機(jī)械更換和蓄電池充電，因此有時(shí)也稱它為機(jī)械“加油”或機(jī)械充電。電池更換站同時(shí)具備正常充電站和快速充電站的優(yōu)點(diǎn)，也就是說(shuō)可以用低谷電給蓄電池充電，同時(shí)又能在很短的時(shí)間內(nèi)完成“加油”過程。通過使用機(jī)械設(shè)備，整個(gè)電池更換過程可以在,10min,內(nèi)完成，與現(xiàn)有的燃油車加油時(shí)間大致相當(dāng)。,第,15,頁(yè),6.1.4,電動(dòng)汽車充電方式,5,移動(dòng)式充電方式,對(duì)電動(dòng)汽車蓄電池而言，最理想的情況是汽車在路上巡航時(shí)充電，即所謂的移動(dòng)式充電,(MAC),。這樣，電動(dòng)汽車用戶就沒有必要去尋找充電站、停放車輛并花費(fèi)時(shí)間去充電了。,MAC,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。,接觸式和感應(yīng)式的,MAC,系統(tǒng)都可實(shí)施。對(duì)接觸式的,MAC,系統(tǒng)而言，需要在車體的底部裝一個(gè)接觸拱，通過與嵌在路面上的充電元件相接觸，接觸拱便可獲得瞬時(shí)高電流。當(dāng)電動(dòng)汽車巡航通過,MAC,區(qū)時(shí)，其充電過程為脈沖充電。對(duì)于感應(yīng)式的,MAC,系統(tǒng)，車載式接觸拱由感應(yīng)線圈所取代，嵌在路面上的充電元件由可產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的高電流繞組所取代。很明顯，由于機(jī)械損耗和接觸拱的安裝位置等因素的影響，接觸式的,MAC,對(duì)人們的吸引力不大。,第,16,頁(yè),6.2,電動(dòng)汽車充電機(jī),充電機(jī)是電動(dòng)汽車充電裝置最主要的設(shè)備，它的性能好壞直接影響電動(dòng)汽車的充電效果。本節(jié)參照電動(dòng)汽車有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，介紹電動(dòng)汽車用鋰離子電池充電的充電機(jī)。,第,17,頁(yè),6.2.1,電動(dòng)汽車充電機(jī)類型,根據(jù)安裝位置不同，可以分為車載充電機(jī)和地面充電機(jī)；根據(jù)輸入電源不同，可以分為單相充電機(jī)和多相充電機(jī)；根據(jù)連接方式不同，可以分為傳導(dǎo)式充電機(jī)和感應(yīng)式充電機(jī)；根據(jù)功能不同，可以分為普通充電機(jī)和多功能充電機(jī)。,車載充電機(jī)是安裝在電動(dòng)汽車上，通過插頭和電纜與交流插座連接，因此也稱為交流充電機(jī)。車載充電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是在蓄電池需要充電的任何時(shí)候，只要有可用的供電插座，就可以進(jìn)行充電。缺點(diǎn)是受車上空間的限制，因而功率處理能力有限，只能提供小電流慢速充電，充電時(shí)間較長(zhǎng)。,地面充電機(jī)一般安裝在固定的地點(diǎn)，已事先做好輸入電源的連接工作，直流輸出端與需要充電的電動(dòng)汽車相連接，所以也稱為直流充電機(jī)。地面充電機(jī)可以提供多達(dá)上百千瓦的功率處理能力，可以對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行快速充電。,第,18,頁(yè),6.2.1,電動(dòng)汽車充電機(jī)類型,傳導(dǎo)式充電機(jī)的輸出直接連接到電動(dòng)汽車上，兩者之間存在實(shí)際的物理連接，電動(dòng)汽車上不裝備電力電子電路。,感應(yīng)式充電機(jī)是利用電磁感應(yīng)耦合方式向電動(dòng)汽車傳輸電能，兩者之間沒有實(shí)際的物理連接，充電機(jī)分為地面部分和車載部分。,普通充電機(jī)只提供對(duì)蓄電池的充電功能，多功能充電機(jī)除了提供對(duì)蓄電池的充電功能外，還能提供諸如對(duì)蓄電池進(jìn)行容量測(cè)試、對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行諧波抑制、無(wú)功率補(bǔ)償和負(fù)載平衡等功能。當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行的充電機(jī)基本上以交流電源作為輸入電源，因此，充電機(jī)的功率轉(zhuǎn)化單元實(shí)質(zhì)上是一個(gè),ACDC,變換器。,目前，地面充電機(jī)使用的是傳導(dǎo)式大功率三相充電機(jī)。,第,19,頁(yè),6.2.2,電動(dòng)汽車充電機(jī)的電氣參數(shù)和技術(shù)指標(biāo),電動(dòng)汽車充電機(jī)銘牌標(biāo)識(shí)的電氣參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)主要有：,輸入電源：,AC380V,；,穩(wěn)流精度：,1%,穩(wěn)壓精度：,1%,；,滿載效率：,91%,滿載功率因數(shù)：,0.9,；,使用環(huán)境溫度：,-2050,；,最高輸出電壓：串聯(lián)電池的個(gè)數(shù),電池充電限制電壓,k,（,k,為系數(shù)，由電池廠家提供）；,最低輸出電壓：串聯(lián)電池的個(gè)數(shù),電池放電限制電壓；,最大輸出電流：按蓄電池廠家提供數(shù)據(jù)確定；,最低充電電流：按蓄電池廠家提供數(shù)據(jù)確定；,最大輸出功率：最高輸出電壓,最大輸出電流。,第,20,頁(yè),6.2.3,電動(dòng)汽車充電機(jī)的技術(shù)要求,（,1,）充電機(jī)和電池管理系統(tǒng)之間能夠進(jìn)行通訊，接收電池?cái)?shù)據(jù)，充電過程中應(yīng)采用適當(dāng)方法保證串聯(lián)電池中的單體電池電壓不超過上限。,（,2,）充電機(jī)應(yīng)具有面板操作和遠(yuǎn)程操作功能，充電機(jī)及其監(jiān)控系統(tǒng)相連，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能完成除閉合和切斷輸入電源外的所有功能。,（,3,）充電機(jī)應(yīng)能通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控計(jì)算機(jī)傳送對(duì)應(yīng)電池管理系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)。,（,4,）充電機(jī)應(yīng)具有故障報(bào)警功能，能主動(dòng)向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送故障信息。,（,5,）充電機(jī)應(yīng)具有輸入欠壓、輸入過壓、輸出短路、電池反接、輸出過壓、過溫、電池故障等保護(hù)功能。,（,6,）在脫離電池管理系統(tǒng)的情況下，充電機(jī)應(yīng)停止充電。,第,21,頁(yè),6.2.3,電動(dòng)汽車充電機(jī)的技術(shù)要求,（,7,）充電機(jī)應(yīng)提供一條充電電纜連接確認(rèn)信號(hào)。一方面，在充電期間，當(dāng)充電插頭連接到汽車后，汽車控制邏輯可通過此信號(hào)來(lái)禁止在充電期間汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作，保證充電安全；另一方面，此確認(rèn)線與充電線形成閉鎖，保證充電人員安全。,（,8,）提供良好的人機(jī)界面，完成充電機(jī)充電過程的閉環(huán)控制，并顯示故障類型，提供一定的故障排除指示；提供開放式充電過程參數(shù)（包括充電模式、充電參數(shù)、階段數(shù)）設(shè)定功能，并按照參數(shù)完成對(duì)充電過程的自動(dòng)控制；當(dāng)充電機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，引起充電過程中斷，此時(shí)應(yīng)能顯示故障類