新能源汽車構造 課件 項目4 充配電系統(tǒng)認知

項目4充配電系統(tǒng)認知項目目標素養(yǎng)目標：1.培養(yǎng)學生的愛國主義精神，弘揚社會主義核心價值觀。2.培養(yǎng)學生的敬業(yè)精神，爭做精益求精的“大國工匠”。3.培養(yǎng)學生的誠信品質，講規(guī)矩、講原則，遵守國家法律法規(guī)。4.培養(yǎng)學生的友善品質，分工協(xié)作、優(yōu)勢互補、相互幫助、共同進步。5.培養(yǎng)學生養(yǎng)成服從管理、規(guī)范作業(yè)、安全工作的良好工作習慣。知識目標：1.掌握新能源汽車充配電總成的功能和基本結構。2.掌握新能源汽車直流充電系統(tǒng)結構的基本認知。3.掌握新能源汽車交流充電系統(tǒng)結構的基本認知。4.了解新能源汽車充電系統(tǒng)的基本功能及要求。5.了解新能源汽車直流充電工作原理。6.了解新能源汽車交流充電工作原理。能力目標：1.具備對新能源汽車充配電總成部件識別的能力。2.能夠說出新能源汽車直流充電系統(tǒng)的結構。3.能夠說出新能源汽車交流充電系統(tǒng)的結構。4.能夠進行新能源汽車直流充電系統(tǒng)的拆卸與安裝。5.能夠進行新能源汽車交流充電系統(tǒng)的拆卸與安裝。任務1充電系統(tǒng)的認知與拆裝任務導入對于新能源汽車來講，充電系統(tǒng)是新能源汽車主要的能源補給系統(tǒng)，要想續(xù)駛里程跑的遠，動力蓄電池的儲能得跟得上，同時后續(xù)的充電操作也不能被忽略，充電時的安全性以及電網的承載能力是一個關鍵的制約因素。如果你作為一名新能源汽車的銷售顧問，你能為客戶介紹一下純電動汽車的充電方式有哪些嗎？知識準備一、純電動汽車充電系統(tǒng)功能及要求1.新能源汽車充電系統(tǒng)功能充電系統(tǒng)是新能源汽車（包含純電動汽車和插電式混合動力汽車）的能源補給系統(tǒng)，為保障車輛持續(xù)行駛提供動力能源。充電系統(tǒng)將地面電網進行電力變換為新能源汽車充電，供給與動力蓄電池額定條件相對應的電力，完成新能源汽車對動力蓄電池的充電。2.新能源汽車對充電裝置的要求（1）安全性當電動汽車充電時,要確保人員的人身安全和蓄電池組的安全。當電動車輛充電時,電動車輛及充電設備要正確連接,便于在正常情況下使電能安全地從充電設備傳輸給車輛。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。（2）使用方便充電裝置應具有較高的智能性,不需要操作人員過多干預充電過程。（3）成本經濟成本經濟、價格低廉的充電設備有助于降低整個電動汽車的成本,提高運行效益,促進電動汽車的商業(yè)化推廣。（4）效率高高效率是對現代充電裝置最重要的要求，效率的高低對整個電動汽車的推廣使用具有重大影響。二、充電系統(tǒng)類型1.按充電設備位置分，純電動汽車的充電系統(tǒng)類型有車載和非車載兩種。（1）車載充電車載充電指采用地面交流電網和車載充電機（也稱車載充電機）對動力蓄電池組進行充電。車載充電機一般設計為小充電率，充電時間長（5～8h）。充電器和電池管理系統(tǒng)都安裝在車上，所以它們相互之間容易利用電動汽車的內部電路網絡進行通信。（2）非車載充電非車載充電，即地面充電，指利用專用或通用充電器、專用或公共場所用充電站等對動力蓄電池組進行充電。通常非車載充電機的功率、體積和質量均比較大，以便能夠適應各種充電方式。非車載充電機與蓄電池管理系統(tǒng)在物理位置上是分開的。

2.按充電方式分，純電動汽車的充電方式有接觸式和感應式兩種。（1）接觸式接觸式也稱耦合或傳導式。接觸式充電方式如圖4-1-1所示。將一根帶插頭的交流動力電纜線直接插到電動汽車的插座中給電池充電。其優(yōu)點是簡單、效率高；不足主要是充電電流小，充電時間長。（2）感應式隨著電力電子技術和變流控制技術的飛速發(fā)展，高精度可控變流技術的成熟和普及，電動汽車接觸式充電技術采用充電電流和充電電壓連續(xù)變化的恒壓限流充電模式。接觸式充電的最大問題在于它的安全性和通用性。為了使它滿足嚴格的安全充電標準，必須在電路上采用措施使充電設備能夠在各種環(huán)境下安全充電。感應式充電方式如圖4-1-2所示。。新型的電動汽車感應充電技術發(fā)展很快，感應充電器是利用高頻交流磁場的變壓器原理，充電器將50～60Hz的普通電轉換成80～300Hz的高頻電，然后將電能從離車的原方感應到車載的副方，以達到給蓄電池充電的目的，使充電時間大大縮短。感應充電的最大優(yōu)點是安全，這是因為充電器與車輛之間并無直接接觸，即使車輛在惡劣的氣候下，如雨雪天，進行充電也無觸電的危險。圖4-1-1接觸式充電方式圖4-1-2感應式充電方式3.按充電的時間分，純電動汽車的充電類型有交流慢充（常規(guī)充電）和直流快充（快速充電）兩種。（1）交流慢充交流充電樁實際上只提供電力輸出，相當于只是起了一個控制電源的作用，并沒有充電功能，需連接車載充電裝置對電池組進行充電。充電時，交流充電樁連接電網電源插頭接入車輛的交流充電口，通過車載充電裝置，給電動汽車充電。它完全按照車載動力蓄電池的種類進行設計,針對性較強。慢充適合220V的家庭充電。雖然各廠家的技術參數不一樣，但一般充電電流在10～15A之間，充電時間較長。如圖4-1-3所示是交流充電方式示意圖。圖4-1-3交流充電方式示意圖（2）直流快充是通過安裝在充電站的直流充電樁將直流高壓電直接接入車輛的直流充電口為動力蓄電池充電（不經過車載充電裝置）。它可以滿足各種電池的各種充電方式。一般情況下，直接快充的充電電流為150～400A，30min～1h充到80%左右，1.5h左右即可充滿。如圖4-1-4所示為直流充電方式示意圖。圖4-1-4直流充電方式示意圖直流充電樁是安裝在充電站，與三相四線380V交流電網(動力電)連接，直接為動力蓄電池提供直流電源的供電裝置。直流充電樁具有車載充電機功能，可以實時監(jiān)控被充電動力蓄電池狀態(tài)，同時，直流充電樁可以對充電電量進行計量。4.更換動力蓄電池的方式充電難、充電時間長、續(xù)駛里程短的問題，一直困擾著新能源(純電動)汽車用戶，特別是出租車及網約車。因此有的汽車廠家和專家提出解決方案:直接更換充滿電的動力蓄電池，將更換下來的電池集中充電。圖4-1-5是“換電站”更換動力蓄電池的場景。圖4-1-5“換電站”更換動力蓄電池的場景三、充電系統(tǒng)的組成秦EV車型的交流充電系統(tǒng)由充配電總成中的車載充電機、充電口（交直流）、充電樁（含充電槍）、高壓電纜、低壓控制線束以及動力蓄電池組成，如圖4-1-6所示。圖4-1-6比亞迪秦EV充電系統(tǒng)1.車載充電機（充電機）車載充電機（充電機）(On-BoardChargerAssy)，簡稱OBC，是將交流充電口傳遞過來的交流電(220V/50Hz)轉換為直流高壓電為動力蓄電池充電。車載充電機的發(fā)展趨勢之一是雙向的，既能向新能源汽車動力蓄電池充電，也可以把多余的電反饋給電網。如圖4-1-7所示為6.6kW車載充電機。圖4-1-76.6kW車載充電機2.充配電總成比亞迪秦車型沒有安裝單獨的車載充電機而是搭載了比亞迪的e平臺技術，將一個6.6kW的OBC、一個2.2kW的DC/DC電源轉換器和高壓配電（PDU）進行三者合一，稱為充配電總成，如圖4-1-8所示為比亞迪秦EV充配電總成。充配電總成相較于原來16/17款的比亞迪e5的高壓電控總成體積小、重量輕、功率密度大于2kW/L、支持電池電壓范圍更寬，適用于不同車型的不同電池電壓平臺。充配電總成的作用主要是控制能量流入和流出電池，通過配電箱來做管理和保護。在配電的部分，配電箱主要負責把電池輸出的高壓電與電機控制器相連接，再與直流充電的回路相連接，并與高壓附件(例如空調加熱的PTC、空調壓縮機等)進行動力的分配。如圖4-1-9為比亞迪秦EV充配電總成的內部結構。圖4-1-8比亞迪秦EV充配電總成圖4-1-9比亞迪秦EV充配電總成的內部結構3.充電口（交、直流）新能源汽車一般有兩個充電口：一個是直流充電口，用于動力蓄電池的快速充電（簡稱“快充”）；另一個是交流充電口，用于動力蓄電池的常規(guī)充電（簡稱“慢充”）。如圖4-1-10是比亞迪秦EV的充電口。圖4-1-10比亞迪秦EV的充電口4.充電樁（交、直流）給電動汽車充電的各種設施，主要包括直流充電站、交流充電樁等。如圖4-1-11所示為交流充電樁。圖4-1-11交流充電樁5.高、低壓線束如圖4-1-12為比亞迪秦EV高壓線纜及低壓插件的布置圖。圖4-1-12比亞迪秦EV高壓線纜及低壓插件的布置圖任務2

交流充電系統(tǒng)的認知與拆裝任務導入對于EV車輛而言,其電能補充的方式有交流充電(俗稱"慢充")、直流充電(俗稱"快充")以及機械換電等方式，在面向個人用戶的私家車中，交流充電的方式尤為普遍。你所在4S店的銷售顧問請你為客戶介紹純電動汽車日常充電的方式，你能完成這個任務嗎？知識準備一、交流充電系統(tǒng)概述交流充電，顧名思義就是指直接用電網220V交流電連接車輛給車輛充電，通過車載充電機將220V交流電轉為350V直流電給車輛動力蓄電池進行充電。交流充電裝置供給到車輛的是220V交流電，動力蓄電池是高壓350V以上的直流電，要完成這個充電過程必須有一個車載裝置實現直流—交流逆變和升壓，這個車載裝置稱為車載充電機（OBC）。交流充電（慢充）主要是通過家用電源插頭和交流充電樁接入交流充電口，如圖4-2-1是純電動交流充電系統(tǒng)示意圖。公共場所充電有交流車充電樁，家用充電使用小的充電盒，分為落地式、便攜式、壁掛式，如圖4-2-2所示。圖4-2-1純電動交流充電系統(tǒng)示意圖圖4-2-2不同類型交流充電樁二、新能源汽車交流充電系統(tǒng)結構認知秦EV車型的交流充電系統(tǒng)由交流充電口、充配電總成中的車載充電機、高壓電纜、低壓線束以及動力蓄電池組成，如圖4-2-3所示。其中交流充電口中的L和N之間安裝有2KΩ熱敏式溫度傳感器，當充電口的溫度傳感器的阻值變小時，充配電總成通過動力CAN與電池管理器BMC進行通信，降低車載充電機的充電電流，直到充電口溫度降至正常范圍內。若充電口溫度持續(xù)上升，車載充電機會停止給動力蓄電池充電，避免充電過程中，充電口的溫度過高導致充電口熔化，造成安全隱患，保證車輛充電安全。圖4-2-3秦EV車型的交流充電系統(tǒng)秦EV車型的交流充電口安裝在右后側圍內，充電口上端安裝有充電槍鎖電機及鎖拴。國標交流充電口有7個端子，分別為CC、CP、N、L3、PE、L2、L1。秦EV車型交流充電口的定義如圖4-2-4所示。圖4-2-4秦EV車型交流充電口秦EV車型交流充電口定義：L1：交流電源第一相(單相)；L2：交流電源第二相(空)；L3：交流電源第三相(空)；N：中性線；PE：保護接地(PE)，連接供電設備地線和車輛電平臺；CC：充電連接確認；CP：控制導引三、新能源汽車交流充電系統(tǒng)工作原理新能源汽車的動力蓄電池的充電過程由電池管理器（BMC）進行實時監(jiān)測和保護。車載充電機工作狀態(tài)及指令均由BMC發(fā)出的指令進行控制，包括工作模式指令、動力蓄電池允許充電的最大電壓、充電允許最大電流、電池包加熱狀態(tài)的電流值等。交流充電系統(tǒng)原理如圖4-2-6所示。圖4-2-6交流充電系統(tǒng)原理充電CC/CP控制邏輯：點火開關處于OFF檔時，當車輛插入交流充電槍后，CC檢測由懸空變?yōu)榻拥兀ㄟ^檢測點3與PE間電阻來判斷車輛插頭與車輛插座連接狀態(tài)，確認當前充電連接裝置（電纜）的額定功率并點亮充電連接指示燈。通過測量檢測點2的PWM信號占空比確認當前供電設備的最大供電電流，當車輛檢測到充電槍輸出占空比時，允許車輛充電。車輛處于交流充電模式下，車載充電機檢測交流充電接口的CC、CP信號（充電槍插入、導通信號）并喚醒BMC，BMC喚醒車載充電機并發(fā)送指令充電，同時BMC控制電池包內部正負極接觸器閉合，動力蓄電池開始充電。CC檢測：通過對接入電路（接地）的檢測來判斷CC是否連接，如檢測到壓降則認為CC已經連接。根據CC與PE的阻值，可以判斷充電槍的功率大小及最大充電電流。CP檢測：當充電槍成功連接后，CP信號為占空比信號，通過CP檢測線輸入的信號，可以得出該充電機允許的最大交流充電電流，四、交流充電的條件1）交流充電槍與交流充電口連接確認信號正常；2）車載充電機供電電源正常（含AC220V和充電槍端的DC12V）及車載充電機低壓控制線束及本體正常；3）充電喚醒信號輸出正常（DC12V）；4）車載充電機、整車控制器、BMS之間通信正常，電池包正、負極接觸器閉合、BMC相車載充電機發(fā)送電流強度需求的指令；5）動力蓄單體蓄電池之間的最高溫度與最低溫度差不超過5℃，且單體蓄電池的溫度>5℃；6）單體蓄電池最高電壓與最低電壓差＜0.03V（30mv）；7）電池組的絕緣阻值＞500Ω/V；8）高、低壓電路連接正常（遠程控制開關關閉狀態(tài)）。任務3直流充電系統(tǒng)的認知與拆裝任務導入新能源汽車，特別是純電動汽車的充電技術，最關鍵的問題是如何能實現高效率的快速充電。這關系到充電器的容量和性能，電網的承載能力和動力蓄電池的承受能力等。隨著動力蓄電池本身的充放電速度的不斷提高，充電系統(tǒng)的性能也在不斷地改進，以滿足在多種不同的應用情況下的快速充電需求。交流充電需要借助車載充電機來充電，快充電系統(tǒng)并不需要車載充電機。二者在充電速度上差別較大，一輛純電動汽車(普通電池容量)完全放電后通過交流充電樁充電需要8h以上，而通過直流快速充電僅需要2～3h。在我國高速公路網的服務器充電樁均為直流充電,但一些城市的公用充電樁是交流或者直流充電樁,那我們怎么區(qū)別他們?知識準備一、直流充電系統(tǒng)概述直流充電是指使用直流充電設備直接給新能源汽車的動力蓄電池補充能量的方式。直流充電設備是直接安裝固定在戶外，與交流電網連接，為新能源汽車的動力蓄電池提供直流電源的充電裝置，可直接為新能源汽車的電池充電。直流充電樁的輸入電源采用三相四線，頻率50Hz,輸出為可調直流電，輸出的電壓和電流調整范圍大，可以實現快充的要求。直流充電樁集中在城市公共快充站、高速路快充站和出租車專營場站。隨著電動汽車的續(xù)駛里程提高，長途出行則會以高速公路集中快充為主。直流充電設備可以從功率大小、充電槍的多少、結構形式、安裝方式等不同維度進行分類。1）按照結構形式不同，直流充電樁分為分體式、一體式和便攜式。如圖4-3-1所示圖4-3-1不同結構形式直流充電樁2）按照直流充電樁的功率分類，直流充電樁的功率可分為：15kW、20kW、30kW、40kW、45kW、60kW、80kW、90kW、120kW、160kW、180kW、240kW、360kW等。3）按照直流充電槍的數量分類，可分為單槍直流充電樁、雙槍直流充電樁以及四槍直流充電樁。二、直流充電系統(tǒng)的結構認知秦EV車型的直流充電系統(tǒng)由直流充電口、充配電總成中的直流燒結檢測模塊、直流充電正負極接觸器、高壓電纜、低壓控制線束和動力蓄電池組成。1.充配電總成直流充電口中的DC+和DC-之間安裝有2KΩ熱敏式溫度傳感器，當充電口的溫度傳感器的阻值變小時，充配電總成通過動力CAN與電池管理器BMC進行通信，降低直流充電口的充電電流，直到充電口溫度降至正常范圍內。若充電口溫度持續(xù)上升，BMC控制充配電總成中的直流充電正負極接觸器斷開，停止給動力蓄電池充電，避免充電過程中，充電口的溫度過高導致充電口熔化，造成安全隱患，保證車輛充電安全。如圖4-3-2所示，為秦EV充配電總成。圖4-3-2秦EV充配電總成2.直流充電口秦EV車型的直流充電口安裝車輛前方logo后面，按壓logo即可打開直流充電口。國標直流充電口有9個端子，如圖4-3-3所示，分別為A+、A-、CC1、CC2、S+、S-、PE、DC+、DC-。圖4-3-3比亞迪秦EV直流充電口比亞迪秦EV直流充電口定義：CC1：充電連接確認，充電樁對車輛，車輛充電插座CC1端口與PE之間連接有1KΩ的電阻CC2：充電連接確認，車輛對充電樁，充電槍CC1端口與PE之間連接有1KΩ的電阻。S+：充電通信CAN-H，連接非車載充電機與新能源汽車的通信線。S-：充電通信CAN-L，連接非車載充電機與新能源汽車的通信線。DC+：直流電源正，連接直流電源正與高壓動力蓄電池正極。DC-：直流電源負，連接直流電源正與高壓動力蓄電池負極。A+：低壓輔助電源正，連接非車載充電機為新能源汽車提供的低壓輔助電源。A-：低壓輔助電源負，連接非車載充電機為新能源汽車提供的低壓輔助電源。PE：保護接地，連接供電設備地線和車輛電平臺。3.高壓線纜與低壓控制線束直流充電口與高壓電纜和低壓控制線束相連，如圖4-3-4所示為高壓電纜及低壓控制插件。圖4-3-4秦EV直流充電系統(tǒng)高壓線纜及低壓控制插件

三、直流充電系統(tǒng)的工作原理直流充電的基本過程是：在動力蓄電池的兩端加載直流電壓，以恒定大電流對電池充電，電池的電壓漸漸地緩慢地上升，上升到一定程度，電池電壓達到標稱值，SOC在88%時（針對不同電池，不同主機廠的控制策略不一樣）以上，轉為恒壓充電，降低充電電流。當直流充電樁輸出的電流<5A時，直流充電樁停止給新能源汽車充電。非車載充電機（即直流充電樁）和新能源汽車二者通過車輛直流充電口相連。S開關是一個常閉開關，與直流充電槍頭上的按鍵（即機械鎖）相關聯，當我們按下充電槍頭上的按鍵，S開關即打開。而U1、U2是一個12V上拉電壓，R1～R5是阻值約1000歐的電阻，R1、R2、R3在充電槍上，R4、R5在車輛插座上，如圖4-3-5所示。圖4-3-5直流充電的工作原理圖1.直流燒結檢測在直流充電