《新能源汽车电池及管理系统检修》教案 第9课 充电系统（一）

课题充电系统(一)

课时4课时(180min)

知识技能目标：

(।)熟悉新能源汽车常用的充电方式

(2)掌握交、直流充电系统的基本结构和工作原理

教学目标(3)能正确使用充电系统

素质目标：

(1)提升综合素质，激励学生走技能成才、技能报国之路

(2)具备勇于探索、求真务实、追求卓越的职业精神

教学重点：熟悉新能源汽车常用的充电方式；掌握交、直流充电系统的基本结构和工作原理

教学重难点

教学难点：正确使用充电系统

教学方法情景模拟法、问答法、讨论法

教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程主要教学内容及步骤

【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单一认识充电系统”，并根据

任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过APP或其他学习软件，收集新能源汽车常用充电方式

课前任务的相关资料，并进行了解

【学生】提前上网观看相关姿料，熟悉教材

【教师】使用APP进行签到

考勤

【学生】按照老师要求签到

【教师】讲述“帝豪EV450充电时自动跳闸”案例，并提出问题

互动导入新能源汽车充电时，电源上的保护开关总是自动跳闸与哪些因素有关？

【学生】聆听、思考、讨论、回答

【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解新能源汽车常用的充电方式，以及交、直流充电系统的基本

结构和工作原理等内容

充电系统是新能源汽车主要的能源补给系统.对于新能源;气车，特别是纯电动汽车来说.充电系统最核心的

传授新知功能是实现对动力蓄电池安全、高效的充电。因此，充电系统的设计需要综合考虑充电装置的容量和性能、电网

的承载能力、动力蓄电池的承受能力等因素。

4.1.1充电751c

目前，新能源汽主的外部充电方式主要有交流充电、直流充电、无线充电、更换动力善电池等；新能源汽车

的内部充电方式主要有再生充电(制动能量回收)、增程器充电等。下面主要介绍交流充电和直流充电.

1.交流充电

交流充电是指通过民用交流电源或交流充电桩接入新能源汽车的交流充电接口，通过OBC将220V或380

V交流电转换为330V或其他电压等级的直流电，来对动力蓄电池充电。交流充电常用的方法有恒电压充电、恒

电流充电、阶段充电等。交流充电用时较长，因此又称慢充。交流充电可以充分利用电力低谷时段对动力蓄电池

充电，以降低充电成本和电网负担，减少充电过程中的电能损耗，并延长动力蓄电池的使用寿命.

1）恒电压充电

【教师】通过多媒体展示“恒电压充电的特性曲线”图片，并进行讲解

恒电压充电是最基本的交流充电方法,其特性曲线如图所示。首先，设定一个期望充电电压，充电系统按照

期望充电电压开始充电，充电电流随着充电时间的延长进行而不断减小；当充电电流小于一定值时，充电系统将

结束充电。

恒电压充电最大的特点是控制简单。此外，由于充电终止时只有很小的充电电流，因此动力蓄电池的析气量

小，充电系统的电能损耗较低。但是，由于充电初期充电电流较大，容易对动力蓄电池的极板造成冲击，严重时

会损坏动力蓄电池，因此需要在充电初期采取保护措施，限制最大充电电流.恒电压充电一般用于车辆行驶途中

的补给充电。

2）恒电流充电

【教师】通过多媒体展示“恒电流充电的特性曲线”图片，并进行讲解

恒电流充电是以恒定的大电流对动力蓄电池充电，其特性曲线如图所示。

为了补偿动力蓄电池自放电的影响，通常会在动力蓄电池将要充满电时,改用恒定的小电颓寸动力蓄电池

充电，即浮充电。

恒电流充电可对动力蓄电池中电压偏低的电池单体进行完全充电，从而消除电池单体之间的电压不均衡现

象；但这种方法的充电时,司很长，且充电过程中动力蓄电池的析气量较大，充电系统的电能损耗也较高。

3）阶段充电

【教师】通过多媒体展示“二阶段充电的特性曲线"、”三阶段充电的特性曲线”图片，并进行讲解

阶段充电中比较常用的充电方法有二阶段充电和三阶段充电两种，它们的特性曲线分别如图所示。

二阶段充电采用恒电流充电和恒电压充电相结合的方法，首先以恒电流对动力蓄电池充电，当充电至预定

的电压时，再改用恒电压允电的方法完成剩余的允电过程。一般，两个阶段之间的转换电压就是第二阶段所要保

持的恒电压.

三阶段充电是在充电开始和结束阶段均采用恒电流充电，在中间阶段采用恒电压充电。三阶段充电首先以

恒电流对动力蓄电池充电，当充电至预定的电压时，再改用恒电压充电，前两个阶段之间的转换电压一般是第二

阶段所要保持的恒电压；在恒电压充电过程中，充电电流会随着充电时间的延长而不断减小，当充电电流砌'到

预定值时，由第二阶段转涣到第三阶段，充电系统开始采用恒电流充电，后两个阶段之间的转换电流一般就是第

三阶段所要保持的恒电流三阶段充电可以有效减少动力蓄电池在充电过程中的析气量。

2.直流充电

直流充电主要通过直流充电桩将电网电压转换为高压直流电，直接通过新能源汽车的直流充电接口对动力

蓄电池充电。

直流充电是以较高的直流电流，不经OBC而直接对动力蓄电池充电，常用的充电方法有脉冲充电、变电流

间歇充电、变电压间歇充电等。直流充电的充电时间短，可在10~30min内完成充电，因此又称快充。但是，

直流充电桩安装成本相对较高，充电过程中电能损耗较大，对动力蓄电池的寿命也有一定的影响。

1）脉冲充电

【教师】通过多媒体展示“脉冲充电的特性曲线”图片，井进行讲解

脉冲充电采用脉冲电流对动力蓄电池充电，其特性曲线如图所示.

脉冲充电遵循动力蓄电池固有的充电接受能力的变化特点，使动力蓄电池充满电，间歇期使动力蓄电池内

部因化学反应而产生的氧气和氢气有时间重新化合，进而被吸收掉，这样就有效缓解了动力蓄电池在充电过程

中存在的浓差极化和欧姆极化问题，从而减轻了动力蓄电池的内部压力。

脉冲充电可以增大动力蓄电池的放电容量，减少动力蓄电池在充电时的发热量，提高充电效率，缩短充电时

间，但其能量转化效率较低，且对动力蓄电池的损害较大。

【知识健接】拓展知识面

【教师】讲述什么是电化学电池的极化现象

电化学电池的极化现象包括电化学极化、浓差极化和欧姆极化三种类型.

(I)电化学极化，又称活化极化，是由正负极活性物质发生的电化学反应速率小于电子运动速率所引起的

极化现象，响应时间为微秒级。

(2)浓差极化是由反应物的消耗而使电极表面得不到及时I卜充(或是因某种产物在电极表面积累而不能及

时疏散)所引起的极化现象，响应时间为秒级。例如，氢在电化学电池正极的积累，导致电极电势偏离通电前按

总体浓度计算的平均值。

(3)欧姆极化是由电解液、电极材料、隔膜电阻及各种组成零件之间存在的接触电阻所引起的极化现象，

瞬时发生。

以上三种极化现象都会对电化学反应形成阻力。电化学电池的内阻为电化学极化内阻、浓度极化内阻与欧

姆内阻之和.

【学生】聆听、思考

2)变电流间歇充电

【教师】通过多媒体展示“变电流间歇充电的特性曲线”图片，并进行讲解

变电流间歇充电是建立在恒电流充电和脉冲充电基础上的一种间歇充电方法，它将脉冲充电中的恒电流充

电阶段改为限制充电电压充电，从而改变不同脉冲周期的充电电流，其特性曲线如图所示。

变电流间歇充电在充电前期各充电时段采用恒电流间歇充电，保证较大的充电电流；在充电后期各充电时

段采用恒电压充电，直至动力蓄电池充满电。

3)变电压间歇充电

【教师】通过多媒体展示“变电压间歇充电的特性曲线”图片，并进行讲解

与变电流间歇充电不同，变电压间歇充电在充电前期不是采用恒电流间歇充电，而是采用恒电压间歇充电，

其特性曲线如图所示.变电压间歇充电更加符合最佳的充电曲线。在恒电压间歇充电时段，充电电流一般按照指

数规律下降，符合动刀蓄电池固有的充电接受能力随着充电时间的延长而逐渐下降的特点.

【知识链接】拓展知识面

【教师】讲述初充电、均衡充电与智能充电

在动力蓄电池投入使用前，需要按照规定对其进行小电流长时间的初充电。

当进行深度放电或长期浮充电时，单体电池的电压和容量都可能出现不均衡现象，为了消除不均衡现象，延

长动力蓄电池使用寿命，必须适当提高充电电压。完成这种功能的充电方法称为均衡充电.

在多种充电方法基础上发展起来的智能充电，是一种通过跟踪检测动力蓄电池端电压单泣时间内的变化量，

来保持充电电流始终处于动力蓄电池最佳充电曲线附近,使其几乎无气体析出的充电方法。智能充电可以很大

程度地降低充电对动力蓄电池使用寿命的影。

【学生】聆听、思考

4.1.2交流充电系统

1.交流充电系统的基本结构

【教师】通过多媒体展示“交流充电系统的组成”图片，并进行讲解

交流充电系统主要由交流充电桩（或民用交流电源）、充电连接装置、OBC、充电线束、交流充电接口、高

压控制盒、动力蓄电池等组成。

下面主要介绍交流充电桩、OBC和交流充电接口的相关知识。

1）交流充电桩

【教师】通过多媒体展示“交流充电桩”图片，并进行讲解

交流充电桩是新能漏气车常用的一种交流供电设备，如图4-9所示。它一般采用固定方式安装,与AC220

V单相交流电网或AC380V三相交流电网连接，为OBC提供交流电源。交流充电桩的功率相对较小，且只能

提供交流电，因此必须通过OBC才能对动力蓄电池充电。

2）OBC

【教师】通过多媒体展示“OBC的基本结构”图片，并进行讲解

OBC是新能源汽车的一种车载充电设备，通常作为标准配置固定安装在车辆的前机舱内。

OBC主要由交流输入接口、功率单元、控制单元、直流输出接口等部分组成。充电过程中由OBC为BMS、

充电接触器、组合仪表、冷却系统等提供低压电源

【教师】通过多媒体展示“某车型OBC的安装位置”图片，并进行讲解

OBC可将交流电转换为动力蓄电池充电所需的高压直流电。当车辆需要充电时，只需要将。BC通过交流充

电接口和充电连接装置，与交流充电桩（或民用交流电源）连接即可。如图4-11所示为某车型OBC的安装位

置。

OBC通常具有过电后保护、欠电压保护、过电流保护、欠电流保护等多种保护功能，当交流充电系统出现

异常时，可自动停止充电.

3）交流充电接口

【教师】通过多媒体展示“交流充电接口”图片，并进行讲解

交流充电接口一般由供电接口、充电连接装置、车辆接口等组成。

【教师】通过多媒体展示“交流充电接口插头的触点布置方式”“交流充电接口插座的触点布置方式”图片，

并进行讲解

国家标准GB"20234.2-2015《电动汽车传导充电用连接装置第2部分：交流充电接口》规定了交流充电

接口插头、插座的触点布置方式。

交流充电接口触点电气参数及功能定义如表所示。

【教师】通过多媒体展示“交流充电接口触点电气参数及功能定义”表格，并进彳苴并解

2.交流充电系统的工作原理

【教师】通过多媒体展示“交流充电系统的电路结构”图片，并进行讲解

交流供电设备（此如旨交流充电桩）中的供电控制装置在检测到CC充电连接确认信号后，将开关SI从

+12V端切换到PWM端；当检测点1的电压变为6V时，交流供电设备控制开关KI、K2闭合，接通交流

电源，开始为新能源汽车充电。

交流充电系统的工作过程如下.

（I）CC充电连接确认。将交流供电设备通过充电连接装置与车辆的交流充电接口正确连接，交流供电设

备中的供电控制装置可通过检测点4检直到CC充电连接确认信号，然后将S1从+I2V端切换至PWM端。

（2）CP控制导引。当S1切换至PWM端后，供电控制装置同时进行PWM信号的发送和检测点1电压的

测量，以此来确认充电线珞的连接情况；车辆控制装置对检测点2上接收到的PWM信号进行检测，以判断交流

供电设备的供电能力，并确认充电连接装置已完全连接。

（3）测量CC端和PE端之间的电阻RC,S3为车辆插头（交流充电枪）内部的常闭开关，与车辆插头

上的机械锁止开关（交流充电枪上的锁止按钮）相关联。若要连接或拔下车辆插头,则需要按下机械锁止开关，

此时S3将断开；车辆插头与车辆插座完全连接后，松开机械锁止开关，S3将闭合。当车辆插头与车辆插座完

全连接后，车辆控制装置通过检测点3测量CC端和PE端之间的电阻RC,确认充电连接装置完全连接，得到

充电连接确认信号，完成充电唤醒过程。

(4)接通交流电源。在交流充电系统确认充电连接装置完全连接后，供电控制装置通过测量检测点I的电

压判断车辆是否准备就绪。当电压达到规定值时，供电控制装置控制KI、K2闭合。

(5)开始充电。BMS检测动力蓄电池的充电需求，同时向OBC发送工作指令，车辆控制装置控制S2闭

合，OBC执行充电程序，同时组合仪表上的充电指示灯点亮。

(6)充电过程中,交流充电系统会周期性地检测相关检测点的电压，确认充电线路的连接情况。车辆控制

装置分别测量检测点2的电压和检测点3的对地电阻，供电控制装置测量检测点1和检测点4的电压。检测周

期一般不大于50mso此外，车辆控制装置会持续地对检则点2接收到的PWM信号进行检测,当PWM信号的

占空比发生变化时，将随之调节OBC的输出功率，检测周期一般不大于5s。

(7)充电完成。当达到车辆设置的充电完成条件、BMS检测到动力蓄电池充电完成，或者交流充电系统不

满足充电条件(连接异常或充电电压异常)时，车辆控制装置控制S2断开，使OBC停止输出直流电；供电控

制装置将S1切换至+I2V端。在检测到S2断开的信号后，供电控制装置控制KI、K2断开，切断交流电

源，停止充电。

交流充电系统一般采用二阶段充电方法进行充电。例如，某交流充电系统的充电温度通管为()~55℃,开始

充电时交流充电系统将以10A的恒电流充电；当最高单体电压大于3.6V时，交流充电系统以恒电压380V充

电；当最高单体电压这到3.7V时，停止充电.

在整个充电过程中，检测点I的电压状态说明如表所示。

【教师】通过多媒体展示“检测点1的电压状态说明”表格，并进行讲解

【教师】随机遨请学生完成以下任务

请用自己的话，简述交流充电系统的工作原理。

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生的回答

4.1.3直流充电系统

1.直流充电系统的基本结构

直流充电系统主要由直流充电桩、直流充电接口、高压控制盒、动力蓄电池、高压线束和低压控制线束等组

成。下面主要介绍直流充电桩和直流充电接口的相关知识。

1)直流充电桩

【教师】通过多媒体展示“直流充电桩”图片，并进行讲解

直流充电桩为直流充电系统的直流供电设备，以固定方式安装在车外，因此又称非OBC。它由AC380V三

相交流电网提供电源，可将三相交流电转换为动力蓄电池充电所需的高压直流电。

直流充电桩的输出功率较大，输出电压、输出电流的调整范围也较大，一般具有充电管理、计费管理、远程

通信等功能。

2)直流充电接口

【教师】通过多媒体展示“直流充电接口插头的触点分布方式““直流充电接口插座的触点分布方式”图片，

并进行讲解

国家标准GB/T20234.3—2015《电动汽车传导充电用连接装置第3部分：直流充电接口》规定了直流充电

接口插头、插座的触点分布方式，分别如图所示。

直流充电接口触点电气参数及功能定义如表所示。

【教师】通过多媒体展示“直流充电接口触点电气参数及功能定义”表格，并进行讲解

2.直流充电系统的工作原理

【教师】通过多媒体展示“直流充电系统的电路结构”图片，并进行讲解

在中，s为常闭开关，与直流充电插头(直流充电枪)上的机械锁止开关相关联。按下机械锁止开关，S断

开；松开机械锁止开关，S闭合。电阻RR15~分别连接于CCI、CC2这两条充电连接确认线路中,其阻值

约为1k。。UI、U2分别是由供电控制装置和车辆控制装置提供的参考电压，一般为12V.

直流充电系统的工作过程如下。

(1)连接确认。将直流充电枪与车辆的直流充电接口连接，U1通过RI、CCl、R4与车身接地形成

回路，U2通过R5、CC2、R3与设备接地形成回路。供电控制装置对检测点1的电压进行测量，当其达到

4V时，则确认充电连接装置完全连接。

(2)自检。确认充电连接装置完全连接后，供电控制装置控制K3、K4闭合/氐压辅助供电回路导通。

车辆控制装置对检测点2的电压进行测量，当其达到6V时，车辆控制装置通过S+、S-这两条通信线束向

供电控制装置发送通信信号，确认充电准备完成。同时，供电控制装置控制KI、K2闭合，并进行绝缘性能

检测，以保证充电过程的安全进行。绝缘性能检测完成后，断开KI、K20

(3)充电。车辆控制装置控制K5、K6闭合，直流供电设备验证充电条件是否满足，当满足充电条件时,

闭合KI、K2,接通直流电源,开始充电。在充电过程中，车辆控制装置会与供电控制装置通过S+、S-

端子持续进行数据通信，并发送实时充电需求。供电控制装置将按照动力蓄电池的充电状态和实际充电需求，及

时调整充电电压和充电电流。

(4)充电结束.车辆控制装置会实时检测动力蓄电池的充电状态，当满足充电完成条件或接收到停止充电

指令，且确认充电电流小于5A时，车辆控制装置将控制K5、K6断开，供电控制装置将雌制KI、K2

断开，再控制K3、K4断开，从而结束充电。

【教师】随机邀请学生完成以下任务

请用自己的话，简述直流充电系统的工作原理。

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生的回答

【学生】聆听、思考、理解、记忆

【教师】扫码播放“认识充电系统并进行交流充电”视频，然后带领学生到实操间进行实践操作

1.准备工作

(1)实训场所：理实一体化实训室。

(2)工具及设备：拆装专用工具、防护用具等。

(3)台架，车辆：帝豪EV450.

(4)辅助资料：车辆维修手册、教材等。

2.操作步骤

【教师】通过多媒体展示图片，井迸行讲解

实践应用1)认识高压充放电零部件及回路

在帝豪EV450实训库辆上依次找出动力蓄电池系统的主要设备及连接线束。注意：按照供电电源到动力蓄

电池的充电电流M序认知相关零部件。

交流充电线路：便携式充电器或交流充电桩一交流充电接口一O