课件4 - 动力电池充电

项目四、动力电池充电,xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx,xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx,学习导航,学习目标,掌握电动汽车充电的类型；掌握掌握新国家标准中主要的电动汽车充电规定；掌握电动汽车充电的方法；掌握掌握电动汽车充电接口标准与动力电池充电的控制方法；掌握恒流充电与涓流充电的充电特性；掌握电动汽车电池管理与高压系统控制原理与方法；掌握电池的冷却；掌握废旧动力电池处理方法。,此处贴入教材的封面所有ppt需要设置为阅读权限后公布。,4.1.1电动汽车充电基础,电动汽车充电桩有哪几种？各有什么不同？,纯电动汽车可以更加环保节能、驾驶安静舒适，车辆结构较为简单，维修方便，日常使用费用较低，是电动汽车的优势，也是未来代步工具发展方向。但是如何充电是电动汽车最关键的问题。,4.1.1电动汽车充电基础,充电系统分为快速充电系统和随车充电系统两部分。,快速充电系统的充电接口接入了与动力电池相同电压等级的充入电源，并采用直流充电直接充入动力电池；随车充电系统通常利用外接220V交流电源，在车内采用交直流转换再提供给动力电池，该充电方式充电时间相对较长。,错误的充电方式和充电习惯是造成电池使用寿命缩短的最主要原因,从充电到车辆行驶的电力流程,4.1.1电动汽车充电基础,充电机的类型有哪几类？在充电时有什么区别？,4.1.1电动汽车充电基础,电动汽车充电线路,因为存在因雨水等导致漏电的危险，故连接部需做防水处理。,电动汽车充电线路,4.1.1电动汽车充电基础,慢充系统主要部件有哪些？,慢充系统构架简图,4.1.1电动汽车充电基础,影响电动汽车的安全性问题有哪些？,4.1.1电动汽车充电基础,充电站基本构成基本构成包括：充电机、监控系统、安全防护设施和其他配套设施等。充电站的基本功能有哪些？,充电站基本构成,4.1.1电动汽车充电基础,充电机的基本功能,充电机的基本功能包括直流充电、计量计费。充电机基本构成包括：高频开关电源模块、监控单元、人机操作界面、与电动汽车电气接口、计量系统和通讯接口等。,4.1.2充电桩,充电桩分为交流充电桩（慢充）、直流充电桩（快充）。,交流充电桩的基本功能包括交流供电、计量计费与监控。直流充电桩的基本功能包括直流供电、计量计费与监控。充电桩基本构成包括：桩体、电气模块和计量模块。交流充电桩通过一定规格接口为车载充电机提供交流电能，直流充电桩通过一定规格接口为电动汽车电池组提供小容量直流电能。充电桩的环境温度为-2050；湿度：不大于95%。,直流充电桩,4.1.2充电桩,充电桩由一个能将输人的交流电转换为直流电的整流器和一个能调节直流电功率的功率转换器组成，通过把带电线的插头插入电动汽车上配套的插座中，直流电能就输入蓄电池对其充电。充电器设置了一个锁止杠杆以利于插入和取出插头，同时杠杆还能提供一个确定已经锁紧的信号以确保安全。根据充电器和车上电池管理系统相互之间的通讯，功率转换器能在线调节直流充电功率，而且充电器能显示充电电压、充电电流、充电量和充电费用等。,交流充电桩,4.1.3充电机,充电器作为电动汽车的能量补给装置，其充电性能关系到电池组的使用寿命、充电时间。,实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给是电动汽车充电器设计的基本原则，另外，还要考虑充电器对各种动力电池的适用性。快速充电器根据实时检测到的电池组的端电压、充电电流、温度、动态内阻等信息，按照马斯充电定律，通过采用智能控制算法实施对充电电流脉冲宽度、间歇时间、放电电流脉冲的分段调节，以消除被充电电池组的电极化现象，使电池组时刻处于较佳的电流接受状态，提高充电速度和充电效率。,4.1.3充电机,充电机调节过程,首先用较宽的充电脉冲进行充电，蓄电池的端电压上升，当到达充电时间时，充电器暂停充电，当充电间歇时间达到时充电器继续充电，如此反复；当电压上升到设定的电压值时，根据程序的设定，减小充电脉冲占空比，并给蓄电池充电，当电池端电压达到设定额定值时，充电器间歇暂停充电；根据反馈电压自动调节输出脉冲的占空比，经过短时间停止充电，蓄电池的极化电压迅速下降，如此反复循环，直至达到蓄电池组的充电终止电压。,4.1.4充电站,充电站、充电桩场所应配置安全防护、电击防护的电气装置，充电站、充电桩的防雷要求、建筑物构件、电力设备消防安全要求应符合有关规定，接地要求应满足相关电气设备要求。采取防火的消防设计，配置必要的防火、消防设施，并满足国家有关规定。,4.1.4充电站,请思考：充电站的建立有什么要求？,4.1.4充电站,交直流充电要求,4.1.5电池本身的充放电安全性,电池本身在充放电有哪些安全性要求？,4.1.5电池本身的充放电安全性,车用电池组在完全没通电与碰撞下可能的自燃性原因主要有特性不匹配电池串并联造成内部回路的形成对内部某电池串的过充与电池的使用寿命降低。造成这类因素的主因主要有哪些？,4.1.5电池本身的充放电安全性,电动汽车充电的方式有三种：传导式、感应式、电池更换。,4.1.5电池本身的充放电安全性,传导式充电，利用电缆传导给蓄电池进行充电的方式。以电缆为传输介质，通过电缆和偶合器（插头插座）连接，进行直接的接触式电能传输。,-单相交流：220V/16(32)A；-三相交流充电：380V/32(63)A；-直流充电：0-700V/最大电流250A；交流充电由交流充电桩提供220V或380V交流电能，车载充电机完成交直流变换，充电功率一般不大于5千瓦，充电时间通常为58个小时。直流快充由非车载充电机完成交直流变换，充电功率较大，从几十千瓦到上百千瓦,充电时间可从10分钟（直流快充）到6小时（直流普通充电）。当前电池技术性能下，直流快充仅可作为电动汽车充电的应急补充。,4.1.5电池本身的充放电安全性,充电站布局图,4.1.6感应式充电,什么是感应式充电？和传统接触式充电比较有哪些优势？,4.1.6感应式充电,感应式充电分为感应式、共振式两种。请说说电磁感应与磁场共振的原理？,4.1.6感应式充电,无线电波式充电基本原理,充电系统的工作原理是将一系列接通电流的线圈埋入高速路面下，在汽车底部装上感应线圈，当汽车通过该高速路时就会共振，产生磁场将电力持续不断地传输给电池。无线充电传输的支撑技术称为“磁共振耦合连接”。将两个铜线圈调到相同的频率以形成共振，每隔几英尺放置一个。一个线圈接通电流后，会产生磁场使第二个线圈形成共振，这种磁共振使电能在空中无形地传输，从第一个线圈到磁感应线圈。无线充电传输只能在两个共振线圈中传输，任何频率不同的物体都不会受到影响，包括人在内不受影响。,4.1.6感应式充电,电磁感应式非接触充电系统存在哪几个方面的问题？,4.1.7电动汽车对电网的影响,请说说电动汽车对电网的影响主要有哪些？,4.1.8电池更换,换电模式可以解决电动汽车续航一系列问题，但为什么不能广泛建设？,电池更换是指预先将电池充满电，再通过全自动或半自动机械设备快速地对车辆的电池进行更换。更换电池，时间短，能保证汽车的正常行驶。但是电池组标准化比较困难，电池组芯不一样的问题难以解决。,4.1.9电动汽车无线充电,远程无线充电是谁先提出来的？理念是什么？,4.1.9电动汽车无线充电,太空发电站构想，如果建成，会对电动汽车带来什么影响？,1968年，美国人格拉泽最早提出在离地面36000Km的地球静止轨道上，建造太阳能发电站的构想。构想具体为：利用铺设在巨大平板上的亿万片太阳能电池，在太阳光照射下产生电流，将电流集中起来，转换成无线电微波，发送给地面接收站。地面接收后，将微波恢复为直流电或交流电，送给用户使用。,4.1.10电池充放电特性,铅酸蓄电池接收能力曲线,蓄电池具有一条由本身特性决定的显示充电时可用最大安全电流的接收特性曲线；即充电电流一旦超过某一时刻的最大接收值，就会对蓄电池性能造成一定的损伤，长期积累会导致电池使用寿命的缩短。当充电特性曲线能够完全与蓄电池接收曲线重合时，就可以实现理想状态下在不损坏蓄电池性能的情况下以最大允许电流或电压在最短时间内完成充电的设想。,4.1.10电池充放电特性,请说说铅酸蓄电池充放电的特性。,4.1.10电池充放电特性,什么是恒压充电？请说说恒压充电特性？,4.1.10电池充放电特性,什么是恒流充电？请说说恒流充电特性？,4.1.10电池充放电特性,什么是涓流充电？请说说涓流充电特性？,4.1.10电池充放电特性,涓流充电过程,4.1.10电池充放电特性,充电导线截面积负载能力,4.1.10电池充放电特性,4.1.11新国家充电标准,充电模式1,在电源侧使用了相线、中性线和接地保护的导体。应采用单相交流供电，且不允许超过8A和250V。不应使用模式1对电动汽车进行直接充电。,4.1.11新国家充电标准,充电模式2,在电源侧使用了相线、中性线和接地保护的导体。并且在充电连接时使用了缆上控制与保护装置。,4.1.11新国家充电标准,充电模式3,将电动汽车连接到交流网（电源）时，使用了专用供电设备，将电动汽车与交流电网直接相连，并且在专用供电设备上安装了控制导引装置。应具备剩余电流保护功能。采用单相供电时，电流不大于32A。采用三相供电且电流大于32A时，应采用连接方式C,4.1.11新国家充电标准,充电模式4,将电动汽车连接到交流电网或直流电网时，使用了带控制导引功能的直流供电设备。可直接连接至交流电网或直流电网。,4.1.11新国家充电标准,请说说充电模式1的使用条件有哪些？,充电模式1：使用标准的插座和插头，能量传输过程中应采用单相交流供电，且不允许超过8A和250V。在电源侧使用符合GB2099.1和GB1002要求的插头和插座，在电源侧使用了火线、零线和接地线，并且在电源侧使用了剩余电流保护装置，从标准插座到电动汽车应提供保护接地导体；注：不应使用充电模式1对电动汽车进行充电；,4.1.11新国家充电标准,请说说充电模式2的使用条件有哪些？,使用标准的插座和插头，能力传输过程中应采用单相交流供电。在电源侧使用符合GB2099.1和GB1002要求的16A插头插座时输出不能超过13A；电源侧使用符合GB2099.1和GB1002要求的10A插头插座时输出不能超过8A。在电源侧使用了火线、零线和接地线，并且采用线缆上控制与保护装置（IC-CPD）连接电源与电动汽车。从标准插座到电动汽车应提供保护接地导体，且应具备剩余电流保护和过流保护功能。,4.1.11新国家充电标准,充电模式2连接方式B的控制导引电路原理,4.1.11新国家充电标准,请说说充电模式3的使用条件有哪些？,模式3应具备剩余电流保护功能；适用于连接方式A、连接方式B、连接方式C；采用单相供电时，电流不大于32A，采用三相供电且电流大于32A时应采用连接方式C。,4.1.11新国家充电标准,交流充电控制电路,充电模式3连接方式A的控制导引电路原理图,4.1.11新国家充电标准,充电模式3连接方式B的控制导引原理图,4.1.11新国家充电标准,充电模式3连接方式C的控制导引原理图,4.1.11新国家充电标准,充电模式2连接方式B的控制导引原理图,4.1.11新国家充电标准,交流充电控制的基本功能有连接确认与电子锁、充电过程的检测、充电系统的停止。,1）连接确认与电子锁（请思考并做简要说明）：2）充电过程的检测（请思考并做简要说明）：3）充电系统的停止（请思考并做简要说明）：,4.1.11新国家充电标准,充电过程的控制程序,准备1.通过互锁或其他控制措施使车辆处于不可行驶状态。2.确认供电接口已完全连接（对于充电模式3的连接方式A和连接方式B）。3.确认车辆接口已完全连接（对于连接方式B和连接方式C）。4.确认充电连接装置是否已完全连接。5.车辆准备：在车载充电机自检完成后，且没有故障的情况下，并且电池组处于可充电状态时，车辆控制装置闭合开关S2。供电设备准备：供电控制装置通过测量检测点1的电压值判断车辆是否准备就绪，当检测点1的峰值电压为6V时，则供电控制装置通过闭合接触器K1和K2使交流供电回路导通。,S2开关电路原理图,4.1.11新国家充电标准,S2开关的闭和与断开时序,4.1.11新国家充电标准,未连接时，S3处于闭合状态，CC未连接，监测点3与PE之间的电阻值为无穷大；半连接时，S3处于断开状态，CC已连接，监测点3与PE之间的电阻值为RC+R4;全连接时，S3处于闭合状态，CC已连接，监测点3与PE之间的电阻值为RC。,车辆控制装置通过测量监测点3与PE之间的电阻值来判断车辆插头与车辆插座是否完全连接。,4.1.11新国家充电标准,如果充电桩无故障，并且供电接口已完全连接。,S1从+12V链接状态切换至PWM连接状态，充电桩控制装置发出PWM信号。充电桩通过检测点1的电压值来判断充电装置是否完全链接。车辆控制装置通过测量检测点2的PWM信号，判断充电链接装置是否已完全链接（CP检测）。,4.1.11新国家充电标准,在车载充电机（OBC）自检没有故障，并且电池组处于可充电状态时，车辆控制装置闭合S2。,当达到操作人员设置的结束条件、操作人员对供电装置实施了停止充电的指令时，供电控制装置应能将控制开关S1切换到+12V连接状态，当检测到S2开关断开时在100ms内通过断开接触器K1和K2切断交流供电回路，超过3s未检测到S2断开则可以强制带载断开接触器K1和K2切断交流供电回路。电机实际工作电流超过最大供电电流+2A并保持5s时或供电设备PWM信号对应的最大供电电流20A，且车载充电机实际工作电流超过最大供电电流的1.1倍并保持5s时，供电设备应在5s内断开输出电源并控制开关S1切换到+12V连接状态，这种情况下，可通过重新插拔电缆恢复充电。,车载充电机供电控制,4.1.11新国家充电标准,供电设备检测车载充电机实际工作电流，当供电设备PWM信号对应的最大供电电流20A，且车载充当电动汽车和充电桩建立电气连接后，车辆控制装置通过判断检测点2的PWM信号占空比确认供电设备的最大可供电能力，并且通过判断RC电阻值来确认电缆的额定容量。,电动汽车和充电桩建立电气连接,4.1.11新国家充电标准,车辆控制装置对充电桩当前提供的最大供电电流值、车载充电机的额定输入电流值及电缆的额定容量进行比较，将其最小值设定为车载充电机当前最大允许输入电流，当设置完成后，车载充电机开始对电动汽车进充电。非正常情况下结束充电或停止：S2断开。检测点1的电压为9V，此时车辆接口还处于连接状态，供电设备应在100ms内断开供电回路，保持PWM输出，这种情况下，不需要重新插拔电缆即可恢复充电。,4.1.11新国家充电标准,4.1.11新国家充电标准,非正常情况下结束充电或停止,4.1.11新国家充电标准,请解释充电机工作模式跃迁变化的慢充流程。,4.1.11新国家充电标准,对通用性充电的要求,针对模式1（简易家用充电线）的充电条件，明确在中国不允许使用模式1的充电方式对电动汽车进行充电。,4.1.11新国家充电标准,针对模式2（充电宝）的充电条件，明确只采用单相交流充电，即家用充电不考虑三相交流充电的方式。明确要求使用16A插座时，交流供电电流不能超过13A；使用10A插座时，交流供电电流不能超过8A。即在使用16A插座时，最大充电功率限制在2.86kW；使用10A插座时，最大充电功率限值在1.76kW。,4.1.11新国家充电标准,针对模式3（公共充电）的充电条件，明确单车漏电流检测采用A型或B型漏电保护器（相比之前AC型，成本上升，检测可靠性提高）。明确采用单桩双车，或单桩多车的充电桩需要针对每个输出端口进行独立保护设计。明确单相供电最大电流为32A，采用三相充电设计时，明确采用连接方式C（即桩带线）。针对模式4（直流充电）的充电条件，明确不允许使用移动式快充设备。快充设备只能采用固定式供电线，输出线为连接方式C。交流AC：单相220V，三相380V；直流DC：200V-500V（乘用车），350V-700V（商务车），500V-950V（高电压平台预留）；对于直流充电电流推荐优选额定电流值：80A，100A，125A，160A，200A，250A；直流充电辅助电源：电压12V5%，电流：10A,4.1.11新国家充电标准,针对所有充电模式，国标明确要求额定充电电流大于16A的应用场合，供电插座、车辆插座必须设置温度监控装置。电动汽车必须具备温度检测和过温保护功能。充电电流大于16A时，供电插座和车辆插座必须安装电子锁止装置。当电子锁未可靠锁止时，供电设备或电动汽车应停止充电或不能启动充电。电子锁应具备反馈信号，形成闭环控制（见时序图）。,4.1.11新国家充电标准,充电时序,4.1.11新国家充电标准,充电控制,4.1.11新国家充电标准,交流充电口,实训.给纯电动汽车充电,给纯电动汽车充电前需要对车辆充电模式进行个性化设置设置完成后，连接随车充电器对车辆进行充电。实训操作请参考教材的实训说明。,学习导航,4.2.1充电接口标准,请回答：为什么充电接口必须达到高安全的标准？,根据IEC标准62196，电动汽车共有四种基本功率级别或充电模式：230V，6A（1级）230/400V，32A（2级）400V，250A（3级）690V，400ADC（4级）,4.2.1充电接口标准,新型充电插头,适用于所有充电类型的充电口可通过引入新型充电插座和插头实现。在2011年，一种“综合充电系统”理念被提交至国际电工委员会（ICE）和国际标准化组织（ISO）。,4.2.1充电接口标准,欧规充电电路,4.2.1充电接口标准,CP触点,充电插座的CP触点被用于监控充电基础设施和车辆之间的连接。车辆的触点比PP触点略短。这确保其载流能力在建立连接前便已确定。相对简单的电路被汽车和充电站用于评估两大系统之间的连接是否良好。充电站可产生脉宽调制交流电压，电压值约为12V，频率为1kHz。两大系统的评估电路进行拟真检查，然后解锁并进行充电。,充电插座的CP触点电路,4.2.2电动汽车充电过程监控,充电过程控制原理,高电压电池的各单元格随着分子的氧化、用户行为和温度的变化，他们一段时间后可能会有不同的充电状态。请根据放电电阻和功率放大器电路试说明该电路的工作过程？,4.2.2电动汽车充电过程监控,电池在工况下的SOC值控制,以混合动力为例，当混合动力车辆达到50%SOC时，必须通过使用内燃机引擎来辅助加载启动。确保在危急情况下加速度升压功能必须仍然有效。当达到最高的80的SOC限制的车辆，例如，在通过能量回收较长的制动发电机模式下，电池将继续提供电能。当充电SOC出现15的状态时，车辆停车后处于密集升压模式中，例如，SOC40时，电池会通过自放电放电。在很低的SOC或极端寒冷时车辆不能启动。,电池在工况下的SOC值,4.2.2电动汽车充电过程监控,充电控制,控制的类型有充电过程控制、高压上下电控制、下电过程控制。请认真阅读教材内容，并向大家简述充电过程控制的原理、高压上下电控制原理和下电过程控制原理。,4.2.2电动汽车充电过程监控,充电桩终端控制,4.2.3电池的冷却,高压的的温度可以通过哪些方式可以冷却？,为了确保在变化剧烈的负载下也能够可靠运行，高压蓄电池需要冷却。此外，蓄电池的使用寿命随平均温度的升高而缩短。为此，根据系统使用情况，蓄电池温度不应超过4560，最佳冷却的蓄电池可保持在40以下。,4.2.3电池的冷却,宝马X6主动混合的高压电池的温度图表,高电压电池温度函数的可用容量：=下载=卸载=温度（过低）具有强烈的限电=温度与最佳的性能=温度（过高）与非常有限的权力=最大。负载性能=最大。在卸载过程中的表现,学习导航,4.3.1常见故障及排查流程/方法,线束做为整车用电器电源及信号的传输系统，极其重要，目前无法取消或替代。线束就相当于人的血管、神经。血管用于传输营养，神经用于传递信号。请思考：线束常见的故障主要有哪几种？,4.3.1常见故障及排查流程/方法,插件故障主要存在哪几种？,4.3.1常见故障及排查流程/方法,常用的检查工具,所用必备工具：高压绝缘万用表、插件推出器、拨针、pvc绝缘胶带、尖嘴钳、剥线钳等，用电器故障检查可通过调试过程中几个现象说明。,4.3.1常见故障及排查流程/方法,线束插件问题应如何检查？,高压维修开关,4.3.1常见故障及排查流程/方法,供电电源问题应如何检查？,泄压阀在单体电池内压过大时候可以泄压。,4.3.1常见故障及排查流程/方法,搭铁问题应如何检查？,4.3.1常见故障及排查流程/方法,使能电源问题应如何检查？,4.3.2控制器问题排查方法,对于控制器及灯具的电源应如何检查？,4.3.2控制器问题排查方法,对于控制器信号线应如何检查？,4.3.3CAN总线排查方法,CAN总线排查方法,CAN总线两个终端分别为BMS和VBU，均内嵌一个120欧姆终端电阻，在蓄电池负极不接的情况下，正常网络的电阻值应为60欧，若发现异常则：查看终端插件CAN-H和CAN-L是否有错针、退针、倒针等现象；在蓄电池负极不接的情况，用万用表对任意一个含CAN插件的CAN线检查电阻，如非60欧姆，则逐一拔掉含CAN插件，直至出现60欧姆时，则刚拔插件或用电器存在问题。若仍没有查明原因，则查CAN对地，对电是否短接，如果出现短接，可判断CAN线与屏蔽层短接。再拨开CAN屏蔽排查。若排查完毕后，线束系统一切正常。仍没有找到故障原因，则可通过换用电器判定是否用电器本身故障。总之，线束系统排查首先要掌握电气原理、线束图纸、控制策略及失效模式，在工作中不断积累经验，归类总结失效模型，最终才能在排查过程中得心应手，查明原因，排除故障。,4.3.4慢充功能故障列表,故障代码,4.3.6快充功能故障列表,快充功能故障列表,实训任务：车载充电机电源和工作指示灯亮，无充电电流,车载充电机的电源指示灯和工作指示灯点亮，无充电电流，用诊断仪对系统进行故障诊断，读取并记录故障代码（以北汽EV150为例）。,学习导航,4.4.1废旧电磁的危害与各厂家的处理,请探讨：废旧电磁有哪些危害？,4.4.1废旧电磁的危害与各厂家的处理,美