电动汽车车载充电机原理及特点_电动汽车车载充电机分类及要求

　　车载充电机又称交流充电机，安装于电动汽车上，通过插座和电缆与交流插座连接，以三相或单相交流电源向电动汽车提供充电电源。车载充电机的优点是不管车载蓄电池在任何时候、任何地方需要充电，只要有充电机额定电压的交流插座，就可以对电动汽车进行充电。车载充电机的缺点是受电动汽车的空间所限，功率较小，输出充电电流小，蓄电池充电的时间较长。车载充电机与充电电源连接如图6-1所示。

　　车载充电机主要为小型电动汽车补充电能，充电功率较小，可利用建在路边、小区等的交流充电桩为电动汽车充电，并充分利用低谷时段充电。

　　1、原理结构

　　车载充电机输入采用有源功率因数校正电路，其电气原理如图6-16所示，外形如图6-17所示。

　　2、功能特点

　　（1）具有为电动汽车动力电池安全、自动充满电的能力。充电机依据电池管理系统（BMS） 提供的数据，能动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。

　　（2）具备高速CAN网络与BMS通信的功能，判断电池连接状态是否正确，获得电池系统参数及充电前和充电过程中整组和单体电池的实时数据。

　　（3）可通过高速CAN网络与车辆监控系统通信，上传充电机的工作状态、工作参数和故障 告警信息，接受启动充电或停止充电控制命令。

　　（4）完备的安全防护措施。

　　1）交流输入过电压保护功能。

　　2）交流输入欠电压告警功能。

　　3）交流输入过电流保护功能。

　　4）直流输出过电流保护功能。

　　5）直流输出短路保护功能。

　　6）输出软启动功能，防止电流冲击。

　　7）在充电过程中，充电机能保证动力电池的温度、充电电压和电流不超过允许值。

　　8）具有单体电池电压限制功能，自动根据BMS的电池信息动态调整充电电流。

　　9）自动判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。当充电机与充电桩和电池正确连接后，充电机才能允许启动充电过程；当充电机检测到与充电桩或电池连接不正常时，立即停止充电。

　　10）充电联锁功能，保证充电机与电动汽车动力电池连接分开以前车辆不能启动。

　　11）高压互锁功能，当有危害人身安全的高电压时，模块锁定无输出。

　　12）具有阻燃功能。

　　3、技术指标

　　（1）环境条件。

　　1）工作温度：－30~70℃（50℃以上限制输出功率为额定功率的50%）。

　　2）相对湿度：5%~95%。

　　3）海拔：不高于2000m。

　　（2）交流输入。

　　1）交流工作电压：220&TImes;（1±20%）V（单相三线）。

　　2）交流工作频率：（50±1）Hz。

　　3）满载功率因数：不小于0.99。

　　4）谐波电流总畸变率：不大于5%。

　　4、直流输出

　　（1）稳流精度：不超过±0.5%。

　　（2）稳压精度：不超过±0.5%。

　　（3）纹波系数：不小于0.5%。

　　（4）满载效率：不小于94%。

　　（5）电压范围：140～350V。

　　（6）电流范围：1～8A。

　　（7）最大功率：2.5kW（输出可恒功率控制）。

　　5、结构防护

　　（1）全封闭结构，外壳防护等级IP54。

　　（2）充电机金属外壳和零件采用双层防锈处理，非金属外壳具有防氧化保护膜或进行防氧化处理。

　　（3）充电机内部印制电路板、接插件进行防潮湿、防霉变、防烟雾处理。

　　6、平均无故障时间

　　平均无故障时间（MTBF）：不小于50 000h。

　　（1）车载DC—DC变换器

　　DC—DC变换器是将一种直流电变换为另一种直流电的技术，主要对电压、电流实现变换，它在电动汽车中起着能量转换和传递的作用。DC—DC变换器分为单向DC—DC和双向DC - DC。单向DC—DC的能量只能单向流动，而双向DC一DC指保持变换器两端的直流电压极性不变的前提下，根据需要改变电流的方向，从而实现能量的双向流动的直流一直流变换器。双向DC—DC可以实现能量回收，其应用空间更加广阔。

　　电动汽车包括纯电动汽车、混合动力车和燃料电池电动汽车三大类，车载双向DC - DC变换器是电动汽车的一项关键技术。

　　混合动力燃料电池车：由于目前燃料电池发展水平，一般以燃料电池作为主动力，另外均有超级电容（UC）和动力蓄电池（High Voltage Battery，HVB，一般为高压100~500V）作为辅助动力，构成混合动力燃料电池车，如图6-14所示。双向DC—DC变换器作为超级电容和动力蓄电池的功率管理单元，作用是：车辆加速时提供辅助能量，车辆爬坡时提供峰值功率，减速／制动时回收能量，从而有效提高能源利用效率。

　　纯燃料电池电动车：双向DC—DC变换器作为车载蓄电池（Low Voltage Battery，LVB，一般为低压12V或24V）的功率管理单元，作用是：燃料电池冷态启动，为燃料电池空压机提供电源，车辆加速时助力，减速／制动时回收能量，改善车辆的加速和减速性能，如图6-16所示。

　　纯电动汽车：交流电机驱动系统：双向DC—DC变换器调节逆变器直流侧电压，使得弱磁调速和回馈制动易于实现，扩大电动机调速范围，提高系统能源利用效率，尤其是对于电动汽车上常用的低感抗电动机更是有效。双向DC—DC变换器直接驱动直流电动机四象限运行。

　　汽车电子：现代汽车上电气系统用电量日益增加，车载电气包括12V和42V两个等级。双向DC- DC变换器可以用于12~42V双电源变换系统。

　　（2）车载Charger

　　车载Charger是一种将交流电变换为直流电的技术，将电网的电能转化为电动车车载蓄电池的电能。车载高压充电机安装于电动汽车上，通过插头和电缆与交流插座连接，因此也可以称之为交流充电机。车载充电机的优点是在蓄电池需要充电的任何时候，只要有可用的供电插座，就可以进行充电，其缺点则是受车上空间所限，因而功率处理能力有限，只能提供小电流慢速充电，充电时间一般较长。

　　充电机的基本构成包括功率单元、控制单元、电气接口和通信接口等。其中电气接口包括充电机供电电缆及连接器件、充电电缆和充电连接器等。电动车辆充电时，电动车辆和电动车辆充电设备要正确连接，便于在正常情况下使电能安全地从充电设备传输给电动车辆。即使在正常使用中有些疏忽，也不会给周围的环境和人（尤其是充电的操作人员）带来危险。基本功能要求包括：

　　1）充电机应能对下述电池中的一种或多种充电：锂离子蓄电池、镍氢电池、铅酸电池等。

　　2）在充电过程中，充电机依据蓄电池管理系统提供的数据动态调整充电参数、执行相应动作，完成充电过程。

　　3）充电机应具有与电动汽车或蓄电池管理系统通信的功能。通信目的：判断电池类型；判断充电机是否与电动汽车蓄电池系统正确连接；获得电动汽车蓄 电池系统参数、充电前和充电过程中蓄电池的状态参数；充电机还应具有与充电站监控系统通信的功能。

　　人机交互功能可以使充电人员获得充电机的一些信息。充电机应显示的信息：电池类型、充电电压、充电电流、电能量计量信息；在出现故障时应有相应的提示信息；以及电池温度、充电时间等。表6-1、表6-2为车载充电机的一些技术要求。