浅谈电动汽车的充电系统

浅谈电动汽车的充电系统

王宝龙

济宁市技师学院 山东省济宁市 272000

摘要：目前，我国的汽车行业发展十分迅速，电动汽车在我国越来越多，充电需求越来越多，市场对车辆的充电安全性和便利性提出越来越高的要求，便利、安全且快速的充电是市场对车辆的一致需求。本文主要介绍纯电动汽车的充电系统的组成、电气原理和控制策略。纯电动汽车的充电系统方式主要有两种，一是交流充电方式，即为慢充，二是直流充电方式，即为快充，两种充电方式的组成、电气原理和控制方式各不相同。

关键词：电动汽车；充电系统；工作模式；车载充电机；充电接口

引言

在全球能源短缺和环境严重污染的情况下，各国都开始大力推进电动汽车的发展。从现有的技术来看，推进电动汽车的发展可以降低交通污染，由于电动汽车是由电能驱动车辆行驶的，不会产生CO、HC、PM等有害气体，即使电能生产会产生有害气体，但可以通过太阳能、风能、核能等可再生资源来代替，所以电动汽车越来越受到人们的青睐。而且据中国汽车工业协会统计分析可知，新能源汽车的产量、销售量都比上一年同期增长了很多，电动汽车逐渐成为乘车市场中重要的一员。从目前来看，缺乏公用充电设施以及自用充电设施正在成为电动汽车推广应用中的限制因素。同时，电动汽车由于续驶里程较低，其需要的充电次数一般明显多于普通汽车加油次数，且充电时间一般多于加油时间。为了最大限度发挥电动汽车减少环境污染的优势，推动电动汽车广泛使用，需要研发并合理地布置充电设施，使电动汽车能够方便、及时地补充电能。目前正在开发或者使用的电动汽车充电设施主要包括分散式充电桩、集中式充换电站和无线充电设施。

1交流充电的组成

交流充电指电网输入给车辆的电压为交流电，可以是220VAC单向电或380VAC三相电。交流电通过标准充电插头和充电插座，进入车载充电机，车载充电机再把交流电转化为直流电，给动力电池充电，完成基本的交流充电。交流充电的部件主要有车载充电机、交流充电插座（交流充电插座线束）、充电线、交流充电桩或220V交流电源和车辆控制器（VCU、BMS）等组成，如图1为各部件示图。

图1交流充电的组成

其中交流充电插座和车载充电机固定在车辆上，充电线随车配送，交流充电桩固定在停车场，各部件的作用如下：（1）车载充电机是交流充电系统的关键部件，其根据控制指令把交流电转化为直流电给电池充电。（2）交流充电插座是国家标准件，是车辆连接外部电网的接口，其接口有2个信号回路，1个接地回路，1个零线回路和3个火线回路，共7个接口，根据输入的电压是220VAC或380VAC，应用相应的火线接口。（3）车辆控制器是实施监控车辆的状态，并发出控制指令给车载充电机，使其工作或停止工作，控制其工作电流和电压等，是车辆充电的控制大脑。（4）模式2充电线是连接外部电网和车辆的充电线，直接给车载充电机提供220VAC电源。其线缆上的功能盒可检测车辆和电网状态，连接或断开给车辆的供电，具有一定的保护功能。根据标准要求其输入的充电电流限制在13A以内，输入电压为220VAC，所以采用模式2的充电线充电时，车载充电机的输入最大功率为2860W，即充电时间会延长。（5）交流充电桩也是车辆连接外部电网的部件，直接给车载充电机提供220VAC或380VAC电源。其也具有检测车辆和电网状态，连接或断开给车辆供电的功能。充电桩的供电电压有220VAC和380VAC，根据充电桩的输出功率而定。根据标准要求，如交流充电桩的输出电流大于32A时，供电电压必须采用380VAC。因此采用交流充电桩充电时，充电功率较大，即充电时间会缩短。

2新型充电系统的三种表现形式

在人行道和公路上大规模铺设发电地板，利用串并联结合的方式将发电地板整合到一起，能够产生效益可观的电能。然后将这些电能利用储能装置储存起来，经过大功率整流器对存储的电能进行处理，以满足各种电动汽车充电设施的使用条件，从而作为电动汽车充电设施的供电系统。对目前电动汽车充电便捷性不高的现状，可将路边的路灯改造为充电桩，即路灯充电桩一体化设施，充分利用发电地板供电系统的电能，避免电力长距离输送带来的电力损耗，提高电力的利用效率。构建路灯充电桩设施，一方面，可以解决电动汽车充电时占用停车位的现象，提高停车位的使用效率；另一方面，可以增强电动汽车充电的便捷性，利用路灯充电桩一体化设施，可使电动汽车无论何时何地停靠在路边就能充电，随停随充、方便快捷。在以发电地板为核心的新型供电系统为基础上，利用无线充电技术和低碳环保意思构建无线充电井盖，安设在公路两旁停车位的正中央，可供电动汽车进行无线充电，即以感应充电方式进行充电。在无线充电井盖内有发电地板供电系统提高的高频电源，电动汽车与无线充电井盖不需要接触就可以通过感应耦合的方式，传输电能进行充电。在无线充电井盖内有充电导体，无线充电汽车的底部有感应传感器，当井盖内的电能变化时，感应传感器内的磁通量发生改变，产生电能，产生的电能经过汽车内的交流/直流整流器对感应产生的电流进行整合，并通过车内的能量管理系统对电动车内的电池组进行充电。但在充电时必须要保证无线充电井盖与电动汽车的感应传感器正对才能保证充电顺利进行，否则会导致充电效率低或者完全不能对电动汽车进行充电。对于一些拥有既定路线的电动汽车来说，采用移动式充电模式是最理想的状况。因此使用发电地板供电系统提供的电能在公交车车道铺设无线充电板，当公交车通过铺设有无线充电板的道路时能够进行巡航无线充电，让公交车能够一边跑一边充电，避免停车充电带来的不便，提升公交车的综合服务能力。

3直流充电的控制策略

直流充电的电气原理图不仅要满足标准要求，且与车辆的控制器的通讯协议也必须符合国标格式和内容，车辆才可实现在市场上充电。以某个项目为例，充电是给动力电池充电，为了便于执行控制，直接使用动力电池的BMS与直流充电桩进行信息交互和检测，VCU只作为辅助判断，其控制策略和顺序如下：①车辆未使用A+和A-辅助电源，因为此电源为车辆外部电压，其可靠性不稳定，因此未使用。②BMS检测CC2信号和通过S+和S-与直流充电桩进行信息交互。③车辆在休眠或停车状态时，当直流充电插头和直流充电插座插合时，BMS检测到CC2信号，自唤醒。④BMS自唤醒后唤醒VCU，车辆进入直流充电模式。⑤直流充电桩通过检测到CC1信号，判断充电插座和插头是否连接完全。⑥BMS和直流充电桩进行信息交互。

结语

主要介绍了电动汽车充电设施的类型以及发展现状。然而，充电难问题依然存在，充电站公共资源并没有得到充分应用。换电站可以快速地为电动汽车补充能量，但更换电池的成本较高而且缺乏统一的电池标准。无线充电设施从理论上说可以缩短充电时间，但是建设成本高，技术要求复杂，大量推广使用还需一定的时间。作为电动汽车普及的重要保障，有必要进一步完善和推进电动汽车充电基础设施建设。

参考文献

[1]GB/T18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分:通用要求》.

[2]GB/T20234.1-2015《电动汽车传导充电用连接装置第1部分:通用要求》.

[3]GB/T20234.2-2015《电动汽车传导充电用连接装置第2部分:交流充电接口》.

[4]GB/T20234.3-2015《电动汽车传导充电用连接装置第3部分:直流充电接口》.

[5]GB/T27930-2015《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》.