电动汽车充电技术原理 电动汽车根据不同国家的具体条款进行充电。菲尼克斯电气以简单易懂的方式清晰阐述基础知识。

电动汽车充电技术研讨会

有哪些充电标准? 常见连接器类型概览

北美、欧洲和中国制订的三种充电标准已在世界范围得到广泛认可。这些标准对于充电枪和充电插座的外形有着各自具体的规定。此外,交流充电枪(模式3,充电方式B和C)采用了与直流充电枪(模式4)不同的设计。菲尼克斯种类齐全的CHARX产品组合可适用各类使用场景:

既有充电标准及其充电枪前面板

1) 适用于北美1型标准的产品不需要充电桩配备充电枪。在欧洲,此场景下需使用“转换器”电缆,其由车辆端美标充电枪与充电桩端的欧标充电枪组成。

充电标准适于何种领域? 在世界地图上的当下流行状况

交互式图像映射:世界地图上的美标(蓝色)、欧标(绿色)和国标(深灰)充电标准的流行状况
IEC 1型(欧标)
自美国引进后,IEC 1型标准应用于标为蓝色的国家/地区。该标准基于SAE J1772和IEC 62196标准。车辆仅需一个CCS美标充电插座即可完成交直流充电。
IEC 1型(欧标)
IEC 2型(欧标)
IEC 2型标准源于欧洲,已推广应用于标为绿色的国家/地区。该标准基于IEC 62196标准。车辆仅需一个CCS欧标充电插座即可完成交直流充电。
IEC 2型(欧标)
GB/T(国标)
GB/T标准仅适于中国境内,其基于GB/T 20234标准。目前尚未制定针对中国市场的CCS标准。因此交直流充电需要单独的车辆充电插座。
GB/T(国标)
未定义
在以浅灰色标示的国家/地区,尚未有官方确认的充电标准,亦或我司并未获悉有关这方面的信息。
未定义
美标和欧标
在以蓝绿色底纹显示的国家/地区,目前同时应用美标和欧标充电标准。这些国家/地区大概率未来将选择其中之一作为主要标准。
美标和欧标

交直流充电有什么区别? 各场景下的推荐充电方式是什么?

交流充电
来自供电网络的交流电 (AC) 首先通过充电站和充电枪受控流入车辆,但并未转换。只有安装在车上的AC/DC转换器(即车载充电器)才能将其转换为直流电 (DC),可用于电池充电。因此交流充电站无需配备转换电子设备,造价常低于直流充电站,对于私有应用而言更具吸引力。根据具体充电站、充电枪和车载充电器,充电功率至高可达22 kW。交流充电凭借其相对较低的功率可降低对电池的影响,是车辆停驻超过30分钟时的推荐充电方式,例如在停车棚、车库或酒店过夜停车以及白天停驻在餐馆和超市。

直流充电
此类充电方式下的充电枪电源端子和横截面积要大于交流充电产品。直流充电的充电功率远高于交流充电,可达500 kW(大功率充电,HPC),进而大幅缩短了充电时间。因此,直流充电通常称为快充或超快速充电。与交流充电不同,充电站安装了相应大功率电子设备以将电能从交流转换为直流。由此导致直流充电装置更为复杂,成本更高,主要用于商业应用。在长途驾驶且休息时间较短的情况下,建议使用直流充电,数分钟内即可续航里程,应用场景包括高速公路服务站。

交流和直流充电适用哪些充电模式? 充电过程各不相同

充电模式1
充电模式2
 充电模式3,充电方式A
充电模式3,充电方式B
 充电模式3,充电方式C
充电模式4
充电模式1

车辆通过家用插座的交流电进行充电。在单相网络中,电压最高为250 V;在三相网络中,电压最高为480 V。充电电流最高为16 A。车辆与充电点之间无通信。通过剩余电流装置 (RCD) 进行熔断保护是强制性要求。由于旧设备通常不具备这种装置,因此菲尼克斯电气不建议采用此种充电模式。

充电模式2

模式2与模式1类似,但最大充电电流为32 A,充电枪配备缆上控制和保护装置 (IC-CPD)。此装置包括剩余电流保护装置 (RCD),它与车辆通信并以此控制充电过程。

 充电模式3,充电方式A

在充电模式3中,车辆使用充电站或家用充电桩的交流电充电,充电站/桩已集成必要的剩余电流装置 (RCD)。充电站与车辆进行通信。车辆可在电压最高为250 V的单相电网和480 V的三相电网中充电,充电电流至高为63 A。模式3可分为三种充电方式:

在充电方式A中,使用与车辆始终连接的充电枪。因此该充电枪仅在一端有一个连接单元,即充电桩充电插头,用于插接充电站的充电插座。尽管标准给出了充电方式A的要求,但其鲜少运用于当下应用。

充电模式3,充电方式B

充电方式B需要可放在汽车后备箱内的移动式交流充电枪。该充电枪两端均配备连接单元:一端为车辆充电连接器,可插接车辆充电插座。另一端是充电桩充电插头,可插接充电站的充电插座。充电方式B主要应用于公共充电站。

 充电模式3,充电方式C

充电方式C与充电方式A相反,在此方式下,充电枪始终与充电站相连。充电枪另一端带有连接器单元,即车辆充电连接器,可插接车辆充电插座。充电方式C常用于私人应用。

充电模式4

该模式是仅有的快速充电站直流充电模式。由于充电电流高达500 A,因此需满足增安要求。在此充电方式下,充电枪始终与充电站相连。车辆侧仅设有车辆充电枪,为可插拔连接,其可插入车辆充电插座。因此模式4并不具备三种充电方式(而模式3具备)。该模式还需要对充电枪电源端子进行温度监测,以及其他充电站保护功能,如绝缘监测。

何为组合式充电系统 (CCS) ? 支持交直流充电的通用型充电接口

菲尼克斯电气携手先进汽车制造商研发了组合式充电系统 (CCS)。该技术的特殊之处在于交直流充电枪均可插入车辆的CCS充电插座。因此电动汽车仅需设有一个充电接口即可实现交直流充电。

美标和欧标充电枪前面板结构遵照CCS原理要求。早在2013年,欧盟委员会就宣布CCS 2型为整个欧洲的官方充电标准。与此同时,将CCS打造为全球快速充电标准的这一公司目标已在世界大部分地区成为现实。越来越多的国家/地区也逐渐采用CCS技术。

组合式充电系统 (CCS) 的工作原理

CCS在实际应用中的优势是什么?

  • 只需一个车辆充电插座即可实现灵活的交直流充电
  • 车辆制造商可精简组件,节省空间和成本
  • 支持电子锁和温度监测,安全性强
  • 可广泛应用于世界大部分地区
CCS充电插座电子锁

充电连接器锁定 确保充电过程的安全性

依据标准的要求,所有CCS车辆充电插座均需配备电子锁。充电时将充电枪锁在一侧,或直接锁在前面板的锁扣上。

电子锁锁栓可承受较大的拔出力, 因此可避免充电枪在充电过程中被拔出。

电源端子配有Pt 1000温度传感器

精确的温度监测 针对过热的可靠防护

为确保充电过程安全,还需监测CCS充电系统的温度。依据IEC 62196标准,温度不得超过90°C。诸如Pt 1000等温度电阻传感器可快速、精确地完成直流电源端子的温度测量。

电源端子温度值通过相应的信号输出发送至充电控制器。若因外部温度过高或过载而导致过热,充电控制器会停止充电过程或降低充电功率。

充电站的工作原理是什么? 充电过程中会发生什么?工程设计时需要考虑到哪些因素?

当下的充电站和家用充电桩在一定程度上必须满足对可用性、安全和便利性的高要求。由大量组件构成的复杂结构并不少见。视频将清晰解释各个组件的结构和交互作用,展示如何满足先进联网充电桩的各项要求。

充电电流如何输送至电动汽车? 充电功能单元

  • 大功率电子设备
  • 电源接触器
  • 保险丝
  • 冷却单元
  • 充电枪
  • 充电桩充电插座
  • 车辆充电插座

如何控制充电过程? “控制和监测”功能区域

  • 充电控制器
  • 能量测量
  • 剩余电流监测
  • 绝缘监测
  • 温度测量

充电站是如何通信的? 联网和通信功能单元

  • 通过RFID进行用户授权
  • LED状态指示灯
  • 触摸操作
  • 通过蜂窝通信实现无线连接
  • 通过以太网实现有线连接
  • 以太网电涌保护器

如何避免出现代价高昂的故障? 供电和保护功能单元

  • 电源
  • 电涌保护器
  • 设备保护器
  • 负载测量
  • 电能监测

如何进行接线和安装? 连接功能单元

  • 进线口
  • 用于馈电的电源接口
  • 配线和电位分配
  • 数据接口
  • 用于维护的插座和USB端口

术语表 解释清晰的技术术语和缩写

为命名新技术,每个业务领域开发出各自专属的语言和术语。您可在此查找电动汽车领域中常用术语和缩写的解释:

车辆

  • EV: 电动汽车。完全或部分由电力驱动的车辆的统称。
  • BEV: 纯电动汽车。纯电力驱动的车辆,其驱动能量以化学形式储存在电池中。
  • __HEV:__混合动力汽车。同时由内燃机和电池电力驱动的车辆。
  • PHEV: 插拔式混合动力汽车。与HEV类似,但可通过充电枪从外部为电池充电。

充电枪和插座

  • 插座: 电动汽车上的充电插座,可插入车辆充电枪。亦称作车辆充电插座。
  • 充电枪: 充电枪,用于插入电动汽车充电插座, 亦称作车辆充电枪。
  • 插头: 用于插接充电站充电插座的充电连接器, 亦称作充电桩充电插头。
  • 插座: 充电站的充电插座,可通过移动式交流充电枪连接车辆,以模式3,充电方式B进行充电。该插座亦称为充电桩充电插座。

充电类型和标准

  • 交流充电: 使用单相或三相交流电网(充电模式1、2或3)充电。
  • 直流充电: 使用直流电充电(充电模式4)。
  • CCS: 组合式充电系统:仅用一个车辆充电插座即可实现交直流充电的充电连接系统,支持美标和欧标充电枪。
  • Combo: 组合式充电系统的原名。
  • 美标: 适用于北美和其他地区的充电标准,SAE J1772和IEC 62196-3标准对其做出了具体规定。
  • 欧标: 适用于欧洲和其他地区的充电标准,IEC 62196-3标准对其做出了具体规定。
  • GB/T: 中国国家标准。GB/T 20234标准对中国境内的充电标准做出了规定。
  • __NACS:__北美充电标准:针对北美市场的1型替代充电标准。
  • HPC: 大功率充电,亦可称为超快速充电,直流充电功率在375 kW以上。借助液冷技术,目前充电功率可稳定达到500 kW,短时间可达700 kW。
  • __MCS:__兆瓦级充电系统。适用于功率达3.75 MW的多功能汽车的直流充电标准。
  • V2G: 车辆到电网。一种双向充电形式。车辆不仅可从供电网络充电,还可按需将电能反馈至电网。符合ISO 15118标准。
  • __V2H:__车辆到住宅。类似V2G,但车辆充当家庭用电电池。输入的能量不会反馈送至电网,而是用于大幅提高家庭用电的自主性(自给自足)。

充电桩

  • __充电点:__用于连接车辆并为其充电的站点。充电站可拥有一个或多个充电点。
  • __充电系统:__充电站内车辆充电必需的所有技术组件(机电、电子、软件)的相互作用机制。
  • __家用充电桩:__壁挂式充电系统,采用制造商专有壳体, 主要用于住宅的私用交流充电,功率可达11或22 kW,支持设置在车库或停车棚中。
  • __充电站:__采用制造商专用壳体的独立充电系统。主要用于公共或半公共交流和/或直流充电,内置计费系统,支持设置在酒店和超市等场所。
  • __EVSE:__电动汽车供电设备:见家用充电桩和充电站。
  • __充电场:__由多个公共或半公共充电站构成的网络,可设置于高速公路或停车库等场所中。
  • __CPO:__充电点运营商:负责运营单个充电点或充电场并向驾驶员收取充电费用的公司或法律主体。

通信和控制

  • CP: 控制导向。美标、欧标和国标充电枪的信号触点或信号线。用于在充电站和车辆之间传输控制信息。
  • PP: 接近导向。欧标充电枪的信号触点或信号线。它可为车辆提供正在以特定充电电流进行充电的信息,以便激活防盗装置。
  • __CC:__连接确认。国标充电枪的信号触点或信号线。它可为车辆提供正在以特定充电电流进行充电的信息,以便激活防盗装置。
  • CS: 连接开关。美标充电枪的信号触点或信号线。在用户操作充电枪锁杆时通知充电站,以便充电站断开充电电流。
  • IC-CPD: 缆上控制和保护装置。集成至充电枪的控制和保护装置。该装置助力通过充电模式2实现单相交流充电,充电时可使用家用插座,功率达3.6 kW。
  • __后台:__CPO可通过后台在软件端操作自有充电点。它包括用户管理、支付处理(通常通过第三方服务供应商),以及通过云端对充电点进行技术监控。
  • __OCPP:__开放式充电点协议。用于充电站与后台间的通信。
  • __PnC:__即插即充。通过后台自动认证和计费,简化充电流程。符合ISO 15118标准。