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電動汽車充電樁工作原理,一、概述,發(fā)展電動汽車是國家新能源戰(zhàn)略的重要方向，電動汽車充電站的技術發(fā)展、布局、建設又是發(fā)展電動汽車必不可少的重要環(huán)節(jié)。電動汽車充電站電氣系統(tǒng)解決方案不但能提供電動汽車電池充電、換電，還能擴展為分布式儲能電站，開放、互動、智能的充放電管理，將使具有儲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)設計:主回路由輸入保護斷路器、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、運行狀態(tài)指示燈、充電樁智能控制器和人機交互設備（顯示、輸入與刷卡）組成。主回路輸入斷路器具備過載、短路和漏電保護功能；交流接觸器控制電源的通斷；連接器提供與電動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“急停”操作；信號燈提供“待機”、“充電”與“充滿”狀態(tài)指示；交流智能電能表進行交流充電計量；人機交互設備則提供刷卡、充電方式設置與啟?？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)主要為充電設備提供電源，主要由一次設備（包括開關、變壓器及線路等）和二次設備（包括檢測、保護、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充電設備充電設備是整個充電站電氣系統(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，實現(xiàn)電池快充功能，可按功率輸出分成大型、中型、小型，公司產品型號為X-DR。交流充電裝置（樁）提供電池慢充功能，公司產品型號X-AR。,X-DR型非車載充電機采用V2G技術，通過進口高頻IGBT整流逆變模塊，不僅能對動力電池進行安全、快速地充電，而且依靠控制器與后臺系統(tǒng)的通訊，能將動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型非車載充電機采用高速CAN總線，保證通訊連接的快速、可靠。具體原理圖、實物圖如下：,,X-DR型非車載充電機,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、實物圖如下：,3.3監(jiān)控系統(tǒng)充電監(jiān)控系統(tǒng)由一臺或多臺工作站或服務器組成，可以包括監(jiān)控工作站、數(shù)據(jù)服務器等，這些計算機通過網(wǎng)絡聯(lián)結。監(jiān)控工作站提供充電監(jiān)控人機交互界面，實現(xiàn)充電機的監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集、查詢等工作；數(shù)據(jù)服務器存儲整個充電系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)等，提供數(shù)據(jù)服務及其他應用服務。,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)、充電管理服務平臺。電動汽車充電樁電動汽車充電樁的控制電路主要由嵌入式ARM處理器完成，用戶可自助刷卡進行用戶鑒權、余額查詢、計費查詢等功能，也可提供語音輸出接口，實現(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：包括按時計費充電、按電量充電、自動充滿、按里程充電等。,集中器電動汽車充電機控制器與集中器利用CAN總線進行數(shù)據(jù)交互，集中器與服務器平臺利用有線互聯(lián)網(wǎng)或無線GPRS網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交互，為了安全起見，電量計費和金額數(shù)據(jù)實現(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)、預測動力電池的電池容量(SOC)和相應的剩余行駛里程，進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重不平衡現(xiàn)象，最大限度地利用電池存儲能力和循環(huán)壽命。,充電服務管理平臺充電服務管理平臺主要有三個功能：充電管理、充電運營、綜合查詢。充電管理對系統(tǒng)涉及到的基礎數(shù)據(jù)進行集中式管理，如電動汽車信息、電池信息、用戶卡信息、充電樁信息;充電運營主要對用戶充電進行計費管理;綜合查詢指對管理及運營的數(shù)據(jù)進行綜合分析查詢。,六、控制引導系統(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、電動汽車充電機的分類,直流充電機：指采用直流充電模式為電動汽車動力蓄電池總成進行充電的充電機。直流充電模式是以充電機輸出的可控直流電源直接對動力蓄電池總成進行充電的模式。交流充電機：指采用交流充電模式為電動汽車動力蓄電池總成進行充電的充電機。交流充電模式是以三相或單相交流電源向電動汽車提供充電電源的模式。交流充電模式的特征是：充電機為車載系統(tǒng)。,充電機適應電池類型：充電機至少能為以下三種類型動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，自動完成整個充電過程。使整個充電過程更貼近電池原有特性，避免采用機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。機車蓄電池充電機工作時無需人工值守，超長時間充電，無過充危險。,7.1電路特點1．采用已非常成熟的Buck---BoostConverter電路拓撲和技術，使得電路可靠性提高。2．由于充電機電路工作在開關狀態(tài)，其轉換效率高，整個工作期間效率都在90%以上，不影響機車直流發(fā)電機原有工作狀態(tài)，對機車其它設備不構成影響。3．采用獨特的控制技術，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．保護電路齊全，各單元電路逐級保護，使充電機工作更加可靠。6．獨特的電路布局和構架，使自身輻射小，不對機車其它設備構成干擾，同時抗干擾能力強，自身工作更穩(wěn)定。,7.2功能特點1.該充電機具有手動、自動和短接三種狀態(tài)控制，使用操作更加靈活。a)自動狀態(tài)----充電機可根據(jù)內燃機工作情況，自動切換工作狀態(tài)，自動完成電池的接入（短接狀態(tài)）、斷開充電的全過程，不增加工作人員的工作強度。b)手動狀態(tài)----無論是否啟動發(fā)電機，均可強制充電機工作在充電狀態(tài)，此功能便于在機車保養(yǎng)維護期間，,對其電池的保養(yǎng)和維護時，不需使用其它額外充電設備，通過保養(yǎng)檢修時所用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)----在充電機發(fā)生故障或不需要充電機工作時，隔離充電機，恢復機車原有線路，無論充電機發(fā)生任何情況，均能保證機車正常工作狀態(tài)2.自帶LED電壓和電流顯示，便于監(jiān)視充電機工作狀態(tài)。3.體積小巧、便于安裝。,7.3充電機對供電電壓的要求1.直流充電機輸入為額定線電壓380V10%、501Hz的三相交流電；2.對于容量小于（等于）5kW的交流充電機，輸入為額定電壓220V10%、501Hz的單相交流電；3.對于容量大于5kW的交流充電機，輸入為額定線電壓380V10%、501Hz的三相交流電。,7.4電動汽車充電機的工作原理1.充電機沒有與動力蓄電池總成建立連接時，充電機經過自檢后自動初始化為常規(guī)控制充電方式（可選擇手動、IC卡或充電機監(jiān)控系統(tǒng)操作方式）。充電機采用手動操作時，應具有明確的操作指導信息。2.充電機與動力蓄電池總成建立連接后，通過通信獲得動力蓄電池總成的充電信息，自動初始化為動力蓄電池總成ECU自動控制方式（簡稱自動控制充電方式）。,7.5充電機的充電效率和功率因數(shù)交流輸入隔離型AC-DC充電機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，功率因數(shù)應大于0.85，效率應大于等于90%。直流輸入非隔離型DC-DC充電機的效率待定。,7.6充電機接口和通信要求充電機接口：充電機與電動汽車之間的連接應包括以下幾部分：高壓充電線路、充電控制導引線、充電控制電源線、充電監(jiān)控通信連接線、接地保護線。同時，充電機應預留與充電站監(jiān)控系統(tǒng)連接的通信接口。充電機通信要求：推薦采用CAN總線以及CAN2.0協(xié)議作為充電機的通信總線形式和通信協(xié)議。通信內容包括：動力蓄電池單體、模塊和總成的相關技術參數(shù)，充電過程中電池的狀態(tài)參數(shù)，充電機工作狀態(tài)參數(shù)，車輛基本信息等。,7.7電動汽車充電機的使用和保養(yǎng)①交流電源插座必須與充電機的交流電源插頭相匹配。②交流電壓應較穩(wěn)定，變化不應超過220V10﹪范圍。③充電操作程序：a、開車輛的電源鎖開關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，當接線正確時電源指示燈亮，1-30A充電電流指示燈亮一路恒充、二路恒充指示燈亮。充電時間虧電狀態(tài)下10小時以上為好。,⑤充電過程變化如下：第一階段恒流25A充電6小時左右；第二階段恒壓充電3小時左右；最后進入浮充階段，這時，浮充燈會亮，充電電流指示燈只亮1-2只，風扇停止轉動。包合燈亮進入浮充階段說明電池電量已經充足。⑥待電池充滿電后，或任何需要關機時，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。,