车载充电机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。 1.电动汽车车载充电机的组成车载充电机由交流输入端口、功率单元、控制单元、低压辅助单元、直流输出端口等部分组成。车载充电机连接示意图如图2-48所示。
(1)交流输入端口交流输入端口是车载充电机与地面供电设备的连接装置,当使用车载充电机对电动汽车充电时,推荐使用如图2-49所示的典型引导电路作为充电接口连接状态及车载充电机输入的判断装置。
(2)功率单元功率单元作为充电能量的传递通道,主要包括电磁干扰抑制模块、整流模块、功率因数校正模块、滤波模块、全桥变换模块、直流输岀模块,其作用是在控制单元的配合下,把电网的交流电转换成蓄电池需要的高压直流电。
(3)控制单元控制单元主要包括原边检测及保护模块、过流检测及保护模块、过压/欠压监测及保护模块、DSP主控模块,其作用是通过电力电子开关器件控制功率单元的转换过程,通过闭环控制方式精确完成转换功能,并提供保护功能。
(4)低压辅助单元低压辅助单元主要包括CAN通信模块、辅助电源模块、人机交互模块,其作用是为控制单元的电力电子器件提供低压供电及实现系统与外界的联系。
(5)直流输出端口直流输出端口是车载充电机与蓄电池之间的连接装置,车载充电机输出控制引导电路如图2-50所示。
2.电动汽车车载充电机的技术参数车载充电机输入技术参数的推荐值见表2-12。
输岀电流可根据各厂家蓄电池组的电压情况设定。车载充电机在额定输入电压、额定负载的状态下,效率应不低于90%,功率因数应不低于0.92。
车载充电机的技术参数误差要求:输入电压波动范围为额定输入电压士15%;输入电压频率波动范围为额定频率±2%;车载充电机在恒压输出状态下运行时,其输出电压与设定电压的误差应为±1%;车载充电机在恒流输出状态下运行时,其输出电流与设定电流的误差应为±5%;车载充电机在允许的输出电流的范围内,输出电流的周期和随机偏差不能大于设定电流值的10%;车载充电机在稳流区间工作时,其稳流精度应小于1%,在稳压区间工作时,稳压精度应小于0.5%。
3.电动汽车车载充电机的充电接口电动汽车车载充电机属于交流充电,其接口应满足交流充电接口的要求。
车载充电机车辆供电插头和插座的触头布置方式如图2-51所示。
车载充电机车辆供电插头和充电插座如图2-52所示。
在充电连接过程中,首先接通保护接地触头,最后接通控制确认触头与充电连接确认触头;断开过程相反。车辆充电接口的电气连接界面如图2-53所示,其供电接口的电气连接界面如图2-54所示。
电动汽车进行充电。
⑥充电过程中,车辆控制装置可以对图2-49中检测点3的电压值PWM信号占空比进行监测,供电控制装置可以对图2-49中检测点1的电压值进行监测。
⑦在充电过程中,当充电完成或者因为其他不满足充电条件时,车辆控制装置发出充电停止信号给车载充电机,车载充电机停止直流输出、CAN通信和低压辅助电源输出。
5.电动汽车车载充电机的发展趋势随着电动汽车续航里程的提升(350~500km),电池电量普遍大于60kW·h,传统的3.3kW和6.6kW车载充电机功率已不能满足当下纯电动汽车的慢充(6~8h)需求,车载充电机功率扩容势在必行。然而,整车配备大功率充电机虽可减少充电时间,但由于受车辆配重、空间以及成本的制约,同时大功率的交流充电也受电网基础设施的影响,如小区配电的容量,该解决方案面临诸多挑战。
电动汽车充电系统的设计趋势是大功率、高效率,以便在一次充电保证尽可能多的续航里程。
形态对于车载充电机产品扩功率、降成本的发展趋势,主要形成了两种技术①单向充电技术向双向充电技术发展,单向充电机变成双向充电机。
车载双向充电机就是充电机既可以给电动汽车蓄电池充电,又可以在必要时将蓄电池的电逆变成交流电,给负载离网供电,或回馈到电网并网馈电。通过车载双向充电机的应用,未来电动汽车不仅仅是一个交通工具,还将成为一个移动的储能电站。
车载充电机呈集成化趋势,车载充电机与DC/DC变换器和电机控制器集成在一起,具有V2V(车对车)、V2L(车对负载)、V2H(车对家庭)、V2G(车对电网)功能的双向充电机,如图2-55所示。
②单相充电技术向三相充电技术发展。现阶段,许多电动汽车不支持高于6.6kW的交流充电功率水平,但交流连接器支持高达19kW(美国)、14kW(欧洲)的单相功率水平,以及高达52kW(美国)、4kW(欧洲)的三相功率水平。标准化充电功率与电动汽车交流充电功能之间还未完全匹配,因此,在现有充电标准内增加AC充电水平存在相当大的潜力。
