<電氣自動控制原理與系統(tǒng)>全冊

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一、充電樁的分類

充電樁分為交流充電樁和直流充電樁。前者俗稱“慢充”，后者俗稱“快充”。

充電交流充電樁經(jīng)過電動汽車內(nèi)置的“車載充電機”將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電后對電池充電。車載充電機（OBC：On Board Charger）目前國際市場主要有兩種功率大小：3.3kW（輸入：220VAC/16A，輸入：200V-420VDC / 10A）和6.6kW（輸入：220VAC/32A，輸入：200-420V/20A ）。輸入電流小，充電速度慢，所以被稱為“慢充”。交流充電樁依據(jù)其婚配車載充電機功率不同相應有3.3kW和6.6kW之分。直流充電樁內(nèi)置大功率直流充電模塊，充電樁自身將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，輸入電流可以高達100A以上，所以被稱為“快充”。

直流充電樁可以從功率大小、充電槍的多少、結(jié)構(gòu)方式、裝置方式等不同維度停止分類。其中，按結(jié)構(gòu)方式比擬主流的分類是將直流充電樁分為兩種：一體式直流充電樁和分體式直流充電樁。

二、直流充電樁的基本任務原理

在國度動力局發(fā)布的直流充電樁相關(guān)的行業(yè)規(guī)范《NB/T 33001-2010：電動汽車非車載傳導式充電機技術(shù)條件》中指出，直流充電樁基本構(gòu)成包括：功率單元、控制單元、計量單元、充電接口、供電接口及人機交互界面等。功率單元是指直流充電模塊，控制單元是指充電樁控制器。直流充電樁自身作為一種系統(tǒng)集成產(chǎn)品，除了 “直流充電模塊”和“充電樁控制器”這兩個組件構(gòu)成了技術(shù)中心之外，結(jié)構(gòu)設(shè)計也是整樁牢靠性設(shè)計的關(guān)鍵點之一。 “充電樁控制器”屬于嵌入式硬件和軟件技術(shù)范圍，“直流充電模塊”則代表了電力電子技術(shù)在AC/DC范圍的*成就。

充電的基本進程是： 在電池兩端加載直流電壓，以恒定大電流對電池充電，電池的電壓漸漸地緩慢地上升，上升到一定水平，電池電壓到達標稱值，SoC到達95%（針對不同電池，不一樣）以上，繼續(xù)以恒壓小電流對電池充電。“電壓上去了，但電量沒有充溢，就是沒有空虛，假設(shè)有時間，可以改用小電流空虛”。 為了完成這個充電進程，充電樁在功用上就需求有“直流充電模塊”提供直流電源;需求有“充電樁控制器”控制充電模塊的“開機、關(guān)機、輸入電壓、輸入電流”;需求有“觸摸屏”作為人機界面下發(fā)指令，經(jīng)過控制器將“開機、關(guān)機、輸入電壓、輸入電流”等指令下發(fā)給充電模塊。從電氣層面了解的*簡充電樁只需有充電模塊，控制板和觸摸屏就可以了; 假設(shè)開機、關(guān)機和輸入電壓］輸入電流等指令在充電模塊上做成幾個鍵盤，那么一個充電模塊就可以對電池充電了。

直流充電樁的電氣局部由主回路和二次回路組成。主回路的輸入是三相交流電，經(jīng)過輸入斷路器、交流智能電能表之后由充電模塊（整流模塊）將三相交流電轉(zhuǎn)換為電池可以接受的直流電，再銜接熔斷器和充電槍，給電動汽車充電。 二次回路由充電樁控制器、讀卡器、顯示屏、直流電表等組成。二次回路還提供“啟停”控制與“急停”操作;信號燈提供“待機”、“充電”與“充溢”形狀指示;顯示屏作為人機交互設(shè)備則提供刷卡、充電方式設(shè)置與啟停控制操作。

關(guān)于直流充電樁的電氣原理，總結(jié)如下：

1.單個的充電模塊目前只要15kW，不能滿足功率要求，需求多個充電模塊并聯(lián)在一同任務，需求有CAN總線來完成多個模塊的均流;

2.充電模塊的輸入來自電網(wǎng)，是大功率供電，觸及到電網(wǎng)和人身平安，特別是人身平安，需求在輸入端裝置空氣開關(guān)（學名是“塑殼斷路器”），防雷開關(guān)甚至漏電開關(guān);

3.充電樁的輸入是高壓、大電流，電池是電化學品，容易爆炸，要防止誤操作的平安效果，輸入要有熔斷器;

4.平安效果是*優(yōu)先級的，除了有輸入端的措施之外，機械鎖和電子鎖是一定要有的，絕緣檢測是一定要有的，泄放電阻是一定要有的;

5.電池能否接受充電，這不是由充電樁決議的，是由電池的大腦、BMS決議的。BMS下發(fā)“能否允許充電，能否終止充電，可以接受多大電壓，多大電流充電”的指令給控制器，控制器再下發(fā)給充電模塊。因此，需求有完成控制器和BMS之間的CAN通訊，控制器和充電模塊之間的CAN通訊;

6.充電樁還要接受監(jiān)控管理，控制器需求經(jīng)過WiFi或3G/4G等網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和后臺銜接;

7.充電的電費不是收費的，需求裝置電表，需求讀卡器完成計費功用;

8.充電樁殼體上需求有了如指掌的指示燈，通常是三個指示燈，區(qū)分表示充電、缺點和電源;

9.直流充電樁的風道設(shè)計是關(guān)鍵。風道設(shè)計除了卻構(gòu)上的學問，需求在充電樁外面裝置有風扇，雖然每個充電模塊外面都有風扇。

思索到上述細節(jié)，直流充電樁作為一個系統(tǒng)是比擬復雜的。

圖3給出某單槍直流充電樁更詳細的電氣原理框圖的主回路電氣原理圖作為設(shè)計參考。

三、直流充電樁的技術(shù)開展趨向

關(guān)于直流充電樁的技術(shù)開展趨向，有5個方向值得關(guān)注：

1.超大功率充電堆-功率靜態(tài)分配-柔性充電

純電動公交充電站集中停放、運營路途充電的特點決議了其充電處置方案能夠朝超大功率充電堆的方向演進。純電動出租車和物流車甚至也能夠朝這個方向演進。30KW充電模塊需求變得急切，其主要推進力就是充電堆的需求正變得急切。

功率靜態(tài)分配*先是某公司提出來的，每兩個模塊前面用一個功率繼電器，可以把這兩個模塊投在左槍也可以投在右槍運用;后來另外一家公司提出新的名詞柔性充電，需求大功率充，電流很大的時分，將其它模塊投過去運用，小車來的時分可以分開運用，這樣做是有一定的道理;柔性在電網(wǎng)中有加大功率這樣一層意思在外面，所以提出柔性充電概念也說的過去。不同叫法，實踐上是同一意思。

關(guān)于180kW及以下的直流充電樁，談功率靜態(tài)分配和柔性充電是個偽需求，甚至分體式的意義都不大，但是雙槍輪充和均充也許有點實踐意義。

充電堆的運用場景是，可以依據(jù)以后待充電車輛數(shù)量來自動分配給每個車多大功率。這樣確保將充電模塊的功率用到*，在車輛不多的時分，每輛車被分配的功率很大，可以更快速地充溢。這種運用就需求更多的繼電器切換充電模塊的功率流向，這會添加一些硬件本錢，牢靠性難度也添加了一些，當然，也需求對充電控制器的軟件停止晉級。

2.社區(qū)停車場環(huán)行智能充電

所謂環(huán)行智能充電，這是個很時興的概念。詳細運用場景是：在一個社區(qū)停車場停放了很多電動汽車，中央處置單元自動地巡回檢測每臺車的電池電量，在夜間自動地輪番將每臺車充溢。這其實也是一種柔性充電，也需求在社區(qū)停車場裝置超級充電堆。這種做法的益處是：比交流充電的效率更高，比裝置若干個直流充電樁，車主排隊等候直流充電的靈敏性大，本錢也低很多。

3.家用型壁掛式充電樁進家用電器

也許我們可以愈加失望，在處置了電力配送之后，就是未來有才干將中國過量的電力供應保送到每個居民小區(qū)的時分，消費者為了追求更快速的充電體驗，團體可以自主決議是裝置直流充電樁還是交流充電樁，直流充電樁將做得像家電產(chǎn)品一樣小巧、美麗。壁掛式直流充電樁將是一種剛需。這種產(chǎn)品的銷售形式就像賣電熱器這類商品一樣，在商場外面賣，在JD，TMALL下面賣。這種像家電一樣的產(chǎn)品將去掉直流充電樁組成中一些不太緊要的部件，將充電控制器和觸摸屏功用做到一個充電模塊大小的外殼外面，但模具會做得很精致。隨著電力電子技術(shù)的提高，充電模塊功率密度越來高，這個趨向?qū)⒊蔀槟軌颉?/p>

4.“光充儲”充放電一體化

光伏、充電、儲能三者組合在一同的概念曾經(jīng)有了詳細的產(chǎn)品，就是PowerWall，未來PowerWall進一步開展，構(gòu)成新型充電站形狀，電能在光伏電池板、電動汽車、電網(wǎng)、儲能電池四者之間自在地活動。直流充電樁既可以由電網(wǎng)提供電能給電動汽車充電，也可由光伏電池板提供，還可以由儲能電池提供。儲能電池，電池汽車電池和光伏電池板的電能也可以賣給電網(wǎng)。

5.共享充電、收費充電

假設(shè)以互聯(lián)網(wǎng)的共享思想來思索未來，任何團體裝置的充電樁可以提供應任何其他車主充電，也就是說一切的充電樁都是可以隨時開放的。經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)工具，車主很容易找到閑置的團體充電樁。

未來充電站能夠在互聯(lián)網(wǎng)的思想下做成了O2O的Off-Line的重要銜接節(jié)點，只需有車主來充電，能夠就要在充電站等候15分鐘。充電站將作為重要的廣告場地資源，這是不難想象的。

四、直流充電樁任務原理及罕見缺點剖析

直流充電樁外部普通由計費控制單元、讀卡器、LCD、無線模塊、電源模塊、電表和非車載充電機組成。非車載充電機提供交直流變換功用，其他設(shè)備提供計費、通訊、人機交互等功用。即直流充電模型：

左邊是非車載充電機（即直流充電樁），左邊是電動汽車，二者經(jīng)過車輛插頭、插座相連。我們可以很清楚的看到，充電模型主要由“非車載充電機”、“車輛接口”、“電動汽車”這三局部構(gòu)成，所以充電異常中止基本也由這三局部引發(fā)，那么接上去我們將對這三局部停止“體檢”剖析。 *類病癥：非車載充電機局部惹起的充電異常中止狀況。

在充電進程中，假設(shè)非車載充電機出現(xiàn)不能繼續(xù)充電的缺點（如充電樁不測進水或異物進入、環(huán)境溫度驟變等），則向車輛周期發(fā)送“充電機中止充電報文”并控制充電機中止充電，在100ms內(nèi)斷開K1、K2、K3和K4；

在充電進程中，非車載充電機控制裝置如發(fā)作通訊超時（如通訊線路缺點等），則非車載充電機中止充電，并在10s內(nèi)斷開K1、K2、K5、K6，非車載充電機控制裝置發(fā)作3次通訊超時即確認通訊中綴，則非車載充電機中止充電，并在10s內(nèi)斷開K1、K2、K3、K4、K5、K6；

在充電進程中，非車載充電機輸入電壓若大于車輛*允許充電總電壓（如充電樁輸入限壓功用失效等），則非車載充電機應該在1s內(nèi)中止充電，并斷開K1、K2、K3、K4；

第二類病癥：車輛插頭、車輛插座惹起的充電異常中止狀況。

在充電進程中，非車載充電機控制裝置經(jīng)過對檢測點1的電壓停止檢測，假設(shè)判別開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_（如充電槍上按鍵失靈或誤觸發(fā)等），應在50ms內(nèi)將輸入電流降至5A或以下；

在充電進程中，非車載充電機控制裝置經(jīng)過對檢測點1的電壓停止檢測，假設(shè)判別車輛接口由完全銜接變?yōu)閿嚅_（如車輛不測移動、充電槍線纜被不測擾動等），則控制非車載充電機中止充電，應在100ms內(nèi)斷開K1、K2、K3、K4。

第三類病癥：電動汽車惹起的充電異常中止狀況。

在充電進程中，假設(shè)車輛出現(xiàn)不能繼續(xù)充電的缺點（如BMS系統(tǒng)誤報電池實時形狀、車輛控制裝置誤關(guān)斷充電回路接觸器等），則向非車載充電機發(fā)送“車輛中止充電報文”，并在300ms（由車輛依據(jù)缺點嚴重水平?jīng)Q議）內(nèi)斷開K5和K6。