第8章　电动汽车的基础设施

7b-11a,主编,(3)功率表(4)里程表、双短距离里程表(图7-10)(5)续驶里程表(图7-11)7.2.3特斯拉ModelS纯电动乘用车仪器与仪表7.3纯电动客车仪器与仪表7.4电动环卫车仪器与仪表第8章电动汽车的基础设施第9章电动汽车驾驶操作要领第10章电动汽车的维护与保养第11章电动汽车常见故障及处理方法,第8章电动汽车的基础设施,8.1充电设备8.2充电接口8.3充电站8.4常用充电设施建设和应用形式8.5充电设施典型实例,8.1充电设备,8.1.1充电机8.1.2充电桩,8.1.1充电机,充电机的集成和控制技术，主要是通过研究充电过程对动力电池使用寿命、温度、安全性等方面的影响，选择合理的拓扑结构，采取合适的充电方式，实现充电过程的动态优化及智能化控制，从而实现最优充电。充电监控技术，主要是规范充电机和充电站监控系统之间的通信协议，实现对多台充电机状态和充电过程的实时监控，并达到和其他监控系统、运营收费系统等通信的功能。1.充电机的类型2.充电机的性能要求3.充电技术发展趋势4.充电桩,1.充电机的类型,(1)车载充电机(2)非车载充电机,1.充电机的类型,表8-1电动汽车充电机的类型,电动汽车充电机根据不同的分类标准，可分成多种类型，如表8-1所示。,(1)车载充电机,图8-1电动轿车车载充电机,车载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。,(1)车载充电机,图8-2感应式充电机示意图,按照连接方式，车载充电机可分为传导式充电机和感应式充电机两种。,(2)非车载充电机,图8-3电动轿车直流非车载充电机,非车载充电机一般安装于固定的地点，与交流输入电源连接，直流输出端与需要充电的电动汽车充电接口相连接，如图8-3所示。,2.充电机的性能要求,安全性：保证电动汽车充电时，操作人员的人身安全和动力电池组的充电安全。易用性：充电机要具有较高的智能性，不需要操作人员对充电过程进行过多的干预。经济性：充电机的成本降低，对降低整个电动汽车使用成本、提高运行效益、促进电动汽车的商业化推广有重要的意义。高效性：保证充电机在充电全功率范围内效率高，在长期使用中可以节约大量的电能。提高充电机能量的转换效率，对电动汽车全寿命的经济性有重要的意义。,2.充电机的性能要求,对电网的低污染性：由于充电机是一种高度非线性设备，在使用中会产生对电网及其他用电设备有害的谐波污染，需要采用相应的滤波措施降低充电过程对电网的污染。,3.充电技术发展趋势,快速化：在目前动力电池比能量不能大幅度提高、续驶里程有限的情况下，提高充电速度，从某种意义上可以缓解电动汽车续驶里程短导致的使用不方便的问题。通用性：电动汽车应用的动力电池具有多样性，在同种类电池中由于材料、加工工艺的差异也存在各自的特点。为了节约充电设备投入，增加设备应用的方便性，就需要充电机具有充电适用的广泛性和通用性，能够对不同种类的动力电池组进行充电。智能化：充电系统应该能够自动识别电池类型、充电方式及电池故障等信息，以降低充电人员的工作强度，提高充电安全性和充电工作效率。,3.充电技术发展趋势,集成化：目前电动汽车充电系统是作为一个独立的辅助子系统而存在的，但是随着电动汽车技术的不断成熟，本着子系统小型化和多功能化的要求，充电系统将会和电动汽车能量管理系统以及其他子系统集成为一个整体，从而为电动汽车其余部件节约出布置空间并降低电动汽车的生产成本。网络化：对于一些公共场合，例如大型购物中心及办公场所的停车场、公交车总站等，为了适用数量巨大的电动汽车充电要求，就必须配备相当数量的充电机，如何对这些充电器进行有效的协调管理是一个不可忽视的问题。基于网络化的管理体制可以使用中央控制主机来监控分散的充电机，从而实现集中管理、统一标准、降低成本的目的。,4.充电桩,界面显示：显示提示信息、用户IC卡信息、充电相关信息等内容，是充电装置提供给用户和管理员的唯一可视内容。身份识别：读取IC卡内信息，识别用户身份及相关信息。充电操作：提供操作按钮，用于用户充电操作和管理员管理操作。控制输出接触器：管理输出接触器，实现对充电输出的控制。与充电机交互：向充电机发送控制指令、开关量信号，控制充电机启动与停止，获取充电机工作状态信息。管理电能表：与电能表通信，获取充电电量信息。费用收取：收取充电费用，进行卡内余额信息的读写操作。,4.充电桩,票据打印：打印用户充电费用的票据。数据管理：管理各项数据，保护数据的完整性、安全性，提供管理员查询、拷贝、删除等功能。系统配置：管理员进行系统配置，实现不同充电装置的相关设置。远程监控：接收远程监控主机的指令，传送相关数据信息，执行控制指令。,4.充电桩,图8-4充电桩实物图,8.2充电接口,8.2.1传导式充电接口要求8.2.2充电接口形式,8.2.1传导式充电接口要求,能够实现较大电流的传输和传导，避免因电流过大引起插座发热和故障。插头和插座能够充分的耦合，接触电阻小，避免接触不良引起火花烧蚀或虚接。能够实现必要的通信功能，便于电动汽车CAN通信或者电池管理系统与充电机对接。具备防误插能力：由于电动汽车使用的充电设备或者动力电池的型号和性能不同，所需要的电源就不一样，同时，由于插头的电极不能插错，要求不同的电源插头要有一定的识别能力。具备合理的外形，便于执行插拔作业。,8.2.2充电接口形式,(1)交流充电接口(2)直流充电接口,8.2.2充电接口形式,图8-5常见的充电枪,充电接口的种类有三种：单相交流充电接口、三相交流充电接口和直流充电接口。,(1)交流充电接口,图8-6交流充电插头接口,图8-6所示为交流充电接口，表8-2为交流充电接口端子功能定义。,(1)交流充电接口,表8-2交流充电接口端子功能定义,(2)直流充电接口,图8-7直流充电插头接口,图8-7为直流充电接口，表8-3为直流充电接口端子功能定义。,(2)直流充电接口,表8-3直流充电接口端子功能定义,8.3充电站,8.3.1主要功能与布局8.3.2建设形式,8.3.1主要功能与布局,(1)配电室(2)充电区(3)电池更换区(4)维护区(5)监控区,8.3.1主要功能与布局,图8-8充电站总体结构,充电站的主要功能决定其总体布局。一般来说，一个功能完备的充电站由配电室、监控室、充电区、电池更换区和维护区等五个基本部分组成，如图8-8所示。,(1)配电室,配电室为充电站提供所需的电源，不仅给充电机提供电能，而且要满足照明、控制设备的需要，内部建有变配电所有设备、配电监控系统。配电室是整个充电站正常运行的基础。根据配电功率需要，一般采用充电负荷、监控和办公负荷分开供电的形式。,(2)充电区,充电区完成动力电池组电能的补给，是整个充电站的核心部分，配备各种形式的充电机，建设充电平台以及充电站监控系统网络接口，满足多种形式的充电需求，提供方便、安全和快捷的全方位充电服务。,(3)电池更换区,电池更换区是电动汽车更换电池和电池调度的场所，需要配备电池更换设备，同时应建设电池存储区域用于存放备用动力电池组。,(4)维护区,对所有的动力电池实时进行数量、质量和状态管理，开展电池重新配组、电池组均衡、电池组实际容量测试、电池故障的应急处理和日常维护等工作。,(5)监控区,图8-9充电站监控系统的构架,监控室用于监控整个充电站的运行情况，包括充电参数监控、烟雾监控、配电监控等，并可以扩展具备车辆运行参数监控、场站安保监控等功能，并完成管理情况的报表打印等。充电站监控系统构架如图8-9所示，一般采用分级并行结构。,8.3.2建设形式,(1)一体式充换电站(2)子母式电池更换站(3)停车式整车充电站,(1)一体式充换电站,图8-10地面一体式电池更换站示意图,一体式充换电站根据作业车间布局的相对位置也分为：地面一体式充换电站、地下一体式充换电站以及立体式充换电站等，如图8-10，图8-11，图8-12所示。,(1)一体式充换电站,图8-11地下一体式电池更换站示意图,(1)一体式充换电站,图8-12立体式电池更换站示意图,(2)子母式电池更换站,图8-13子母式电池更换站示意图,子母式电池更换站（图8-13）是指动力电池的集中充电在母站进行、电池的更换作业在母站和各子站进行、通过配送体系将母站充满电的电池配送到各子站并将更换下的电池运送回母站集中充电、母站和子站也可提供少量应急充电服务的充电站。,(3)停车式整车充电站,图8-14停车式整车充电站示意图,停车式整车充电站（图8-14）是指为电动汽车提供整车常规充电和应急快速充电的充电站，其本质就是一个配有一定数量充电机的停车场。,8.4常用充电设施建设和应用形式,8.4.1家庭充电设施8.4.2公共充电设施8.4.3动力电池更换站,8.4.1家庭充电设施,对于拥有私人车库的家庭来说，只需安装一个专用的充电接口。对带有停车场的公寓或多层住宅来说，可安装带保护回路的室外电源插座，保证它能够独立运行，而且应保证不经允许，居民不得靠近电源插座。,8.4.2公共充电设施,(1)常规充电站(2)快速充电站,(1)常规充电站,常规充电站是为带车载充电器的电动汽车设计，采用常规充电电流充电。这类充电站一般分布在居民区或工作场所附近，在这些场所电动汽车一般要停放58个小时。这类充电站的设计规模一般比较大，以便能够同时为很多电动汽车用常规充电电流充电（0.1C0.5C）。相应的充电电极通常是模块化设计，包括控制端和输电端。实际应用时，电动汽车司机只需将车停放在充电站指定的位置，接上电线即可开始充电。常规充电站的充电接口是有国家规定并专门设计的，在充电过程中插头应具有锁止保护功能。,(2)快速充电站,快速充电也可称为迅速充电或应急充电，其目的是在短时间内给电动汽车充电，充电时间应该与燃油车的加油时间接近。快速充电站的关键是能够在短时间内给电动汽车补给高能量，所以对充电机的要求比较高，一般应输出大于50kw的功率，甚至更高的功率，相应的额定充电电压和电流分别为200V750V和65250A，保证电动车辆在充电20分钟内达到行驶50公里的能量需求。,8.4.3动力电池更换站,图8-15电池更换模式,除了即时给动力电池充电外，还可以采用更换电池组的方式，即在动力电池电量耗尽时，用充满电的电池组更换已经耗尽的电池组。将电池箱从汽车上换下的机械装置，目前主要有纯手动形式、半自动形式和机器人换电三种模式。,8.4.3动力电池更换站,图8-16更换设备更换电池的过程,更换动力电池的工作原理如图8-16所示：,8.5充电设施典型实例,8.5.1充换电站8.5.2充电桩群,8.5.1充换电站,图8-17某充电站,某充换电站以更换电池方式为主，电池配送为补充，主要为8吨及16吨的电