电动汽车充电技术课件：电动汽车充电技术介绍

电动汽车充电技术

电动汽车充电技术介绍目录目录直流充电系统的功能介绍一交流充电功能介绍二电动汽车充换电技术三电动汽车无线电技术四复习题五

电动汽车充电技术介绍学习目标：✦知道充电系统的功能✦了解电动车对充电设备的要求✦理解电动汽车充换电技术✦知道电动汽车充电方法

素养目标：✦养成关注新能源汽车充电技术发展的习惯✦培养学生分析新能源汽车充电技术参数的能力✦培养学生分析不同充电技术优势的能力一、直流充电系统的功能介绍充电系统是新能源汽车（包含纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车）的能源补给系统，为保障车辆持续行驶提供动力能源。1.直流充电的定义直流充电是指使用直流充电设备直接给新能源汽车的动力电池补充能量的方式。直流充电桩输出DC500V或750V的直流电通过充配电总成中的直流充电正负极接触器后给动力电池充电。2.直流充电口国标交流充电口有9个端子如图5-1-1所示，分别为A+、A-、CC1、CC2、S+、S-、PE、DC+、DC-。

电动汽车充电技术介绍图5-1-1国标直流充电口定义CC1：充电连接确认，充电桩对车辆，车辆充电插座CC1端口与PE之间连接有1KΩ的电阻。CC2：充电连接确认，车辆对充电桩，充电枪CC1端口与PE之间连接有1KΩ的电阻。S+：充电通信CAN-H，连接非车载充电机与电动汽车的通讯线。S-：充电通信CAN-L，连接非车载充电机与电动汽车的通讯线。DC+：直流电源正，连接直流电源正与高压动力电池正极。DC-：直流电源负，连接直流电源正与高压动力电池负极。A+：低压辅助电源正，连接非车载充电机为电动汽车提供的低压辅助电源。A-：低压辅助电源负，连接非车载充电机为电动汽车提供的低压辅助电源。PE：保护接地，连接供电设备地线和车辆电平台。

电动汽车充电技术介绍3.直流充电枪直流充电枪（图5-1-2）适用于充电模式4方式C的车辆接口；根据GB/T20234.3-2015设计，充电枪带有电子锁止装置。

电动汽车充电技术介绍图5-1-2国标直流充电枪4.直流口温度传感器直流充电口安装有温度传感器如图5-1-3所示，当新能源汽车在充电的过程中，充电口的温度达到预设温度时，充电枪温控系统会自行开启，降低充电功率，限制充电口的温度上升，若充电口的温度持续攀升再次达到预设温度时，温控系统将自行切断电源，停止充电，等待温度回落后，再次开启充电。充电口的温度传感器可以有效防止充电时因温度过高，导致自燃或插座熔化等危险发生。直流充电口的温度传感器安装在DC+与DC-之间，阻值为2kΩ。

电动汽车充电技术介绍图5-1-3直流充电口温度传感器5.比亚迪秦EV车型直流充电系统介绍秦EV车型的直流充电系统由直流充电口、充配电总成中的直流烧结检测模块、直流充电正负极接触器、高压电缆、低压控制线束以及动力电池组成。其中直流充电口中的DC+和DC-之间安装有2KΩ热敏式温度传感器，当充电口的温度传感器的阻值变小时，充配电总成通过动力CAN与电池管理器BMC进行通讯，降低直流充电口的充电电流，直到充电口温度降至正常范围内。若充电口温度持续上升，BMC控制充配电总成中的直流充电正负极接触器断开，停止给动力电池充电，避免充电过程中，充电口的温度过高导致充电口熔化，造成安全隐患，保证车辆充电安全。秦EV车型充配电总成如图5-1-4所示。

电动汽车充电技术介绍图5-1-4充配电总成（秦EV车型）如图5-1-5所示，秦EV车型的直流充电口安装车辆logo后面，按压logo即可打开直流充电口。充电口包括高压电缆及低压控制线束。

电动汽车充电技术介绍图5-1-5秦EV车型直流充电口及其高压电缆及低压控制线束秦EV车型的直流充电系统安装有充电接触器烧结检测功能，其原理图如图5-1-6所示。工作原理为直流充电在进入到直流充电确认之前，通过烧结检测模块分别对直流充电正极接触器、充电充电负极接触器进行烧结检测。当检测直流充电正极接触器时，烧结检测模块控制直流充电负极接触器吸合，检测光耦电子元件是否导通，若导通则说明正极接触器烧结。检测负极接触器烧结过程如上。

电动汽车充电技术介绍图5-1-6直流充电接触器烧结检测原理二、交流充电功能介绍1.交流充电的定义通过交流充电桩连接新能源汽车的交流充电口，并通过车载充电机（简称OBC）对交流电进行升压，然后通过OBC内部的整流模块整流成符合该车辆所需要的电压对其动力电池充电，该过程称为交流充电。2.交流充电口国标交流充电口有7个端子如图5-1-7所示，分别为CC、CP、L1、L2、L3、N、PE。国标交流充电口端子的名称及作用见表5-1-1，目前在售的新能源汽车的交流充电口中L2和L3两个端子都是空脚，只有16/17款比亚迪e5或16/17款比亚迪秦EV才具有三相交流充电功能。

电动汽车充电技术介绍图5-1-7国标交流充电口

电动汽车充电技术介绍表5-1-1国标交流充电口端子的名称及作用序号端子名称作用1L1交流电源（单相）2L2交流电源（三相）空3L3交流电源（三相）空4N中性线5PE保护接地（PE），连接供电设备地线和车辆电平台6CC充电连接确认7CP控制导引3.比亚迪秦EV车型交流充电系统介绍比亚迪秦EV车型交流充电系统安装位置如图5-1-8所示。比亚迪秦EV车型的交流充电系统由交流充电口、充配电总成中的车载充电机、高压电缆、低压控制线束以及动力电池组成。其中交流充电口中的L和N之间安装有2KΩ热敏式温度传感器，当充电口的温度传感器的阻值变小时，充配电总成通过动力CAN与电池管理器BMC进行通讯，降低车载充电机的充电电流，直到充电口温度降至正常范围内。若充电口温度持续上升，车载充电机会停止给动力电池充电，避免充电过程中，充电口的温度过高导致充电口熔化，造成安全隐患，保证车辆充电安全。

电动汽车充电技术介绍图5-1-8比亚迪秦EV车型交流充电系统安装位置秦EV车型的交流充电口安装在右后侧围内，充电口上端安装右充电枪锁电机及锁拴。充电口包括高压电缆及低压控制线束，如图5-1-9所示。

电动汽车充电技术介绍图5-1-9比亚迪秦EV交流充电口安装位置4.交流充电枪介绍新能源汽车的是作为充电设备与电动汽车充电电池的接口作用，具有国家强制标准规定，所有充电桩和新能源汽车主机厂都必须共同遵守，以保证桩和枪的连接一致性。不同的端子代表不同的电源或控制信号。

电动汽车充电技术介绍图5-1-10国标交流充电枪5.交流充电枪锁介绍交流充电桩和便携充电枪都未设计有充电枪锁止机构，它是依靠安装在车辆充电口伸缩锁栓来卡住交流充电枪，达到车锁枪的目的，如图5-1-11所示。当充电开始时，充电口锁栓自动伸出卡住充电枪的开关，当充电完成后释放充电口锁栓，充电枪开关释放，或按下电子钥匙的解锁键后，充电口的锁拴释放，允许拔枪。

电动汽车充电技术介绍图5-1-11比亚迪秦EV交流充电枪锁秦EV车型新车默认充电防盗是停用状态。在停用状态下给车辆进行交流充电，充电枪不会自动闭锁。在“启用防盗”，车辆闭锁后，充电过程中充电枪均会处于闭锁状态，此时，充电枪会被锁止，可以通过以下几种方式进行解锁：

①按智能钥匙解锁按钮进行解锁（点火开关OFF档充电时）；

②按主驾门外门把手旁边的微动开关进行解锁（智能钥匙在车辆附近时）。③按左前门窗控开关上的开锁按键进行解锁。解锁充电枪后，30s内可拔枪，30s后电锁会重新闭合。

电动汽车充电技术介绍注意：中控屏大小不一样，对于充电枪锁的设置位置也不一样。10.1寸屏是在车辆菜单内进行充电枪锁设置；对于8寸中控屏，直接在锁的界面进行设置，如图5-1-12所示。

电动汽车充电技术介绍图5-1-12比亚迪秦EV交流充电枪设置界面6.交流充电口温度传感器介绍新能源汽车的充电口都安装有温度传感器，当新能源汽车在充电的过程中，充电口的温度达到预设温度时，充电枪温控系统会自行开启，降低充电功率，限制充电口的温度上升，若充电口的温度持续攀升再次达到预设温度时，温控系统将自行切断电源，停止充电，等待温度回落后，再次开启充电。充电口的温度传感器可以有效防止充电时因温度过高，导致自燃或插座熔化等危险发生。交流充电口烧蚀如图5-1-13所示。

电动汽车充电技术介绍图5-1-13交流充电口烧蚀三、电动汽车充换电技术1.新能源汽车换电技术新能源汽车换电模式是指运用集中型充电站集中存储、集中充电、统一配送大量电池，并且在电池配送站中对新能源汽车进行动力电池的更换服务或者集电池的充电、物流调配、以及换电服务于一体的模式。换电模式一般有集中充电模式与充换电模式。集中充电模式指通过集中型充电站对大量的动力电池进行集中存储、集中充电、统一配送，并在电池配送站内对电动汽车提供电池更换服务。充换电模式指以换电站为载体，换电站同时具备电池更换和电池充电功能，站内包括供电系统、充电系统、电池更换系统、监控系统、电池检测与维护管理部分等。目前而言，市场采用的换电方式多为充换电站模式。

电动汽车充电技术介绍2.换电技术的发展历程回顾换电模式的发展历史，从技术、政策和商业成熟度三个维度上，可以将其划分为三个阶段，分别是起步阶段（2007~2012）、沉淀阶段（2013~2019）和发力阶段（2020年以来）。起步阶段2007年~2012年：初步形成技术思路，包括底盘换电技术和以此为基础的标准箱换电技术，但国家政策不明晰，支持力度小；对商业成熟度来说，未找到现实可行的商业模式；Betterplace首次采用换电模式，国家电网开发标准箱换电，确定“换电为主，插充为辅”的运营思路。沉淀阶段2013年-2019年：在技术上，通过各方持续探索，特斯拉发布90秒快换技术，伯坦科技开创分箱换电模式；政策上，以充电模式为主流路线；商业成熟度上，特斯拉放弃，北汽、奥动、伯坦等实现落地运营。特斯拉90s快换技术，由于商业模式缺陷最终放弃换电模式；北汽从B端市场切入，伯坦、奥动等纷纷落地运营。发力阶段2020年以来：技术上，走向成熟、持续进步；政策上，支持换电模式，启动试点工作，发布相关标准；商业成熟度上，北汽由B入C，打造换电联盟；蔚来联合宁德时代推出BaaS方案，服务私家车主车企、换电站运营商、电池厂及相关各方纷纷入局，大量资本涌入，开展换电站建设，在2025年预计建成换电站3万座以上。2022年1月18日，宁德时代电服在线上举行发布会，发布换电服务品牌EVOGO及组合换电整体解决方案。其中提到了专门为实现共享换电开发的“巧克力换电块”，小而高能，自由组合，极简设计。宁德时代的EVOGO在厦门打造3公里的换电圈。

电动汽车充电技术介绍3.换电形式垂直对插式换电：通常安装在车辆底盘，电池隐蔽性较好，安全性较高，但需要导正，换电站需要3个方向的自由度，蔚来、特斯拉换电相对复杂，成本较高。平行对插式换电：电池以框架形式固定，电池安装稳固，电气连接可靠；电池的防护性依赖整车底盘的防护，密封性不易保证，需手动进行对正，操作工艺流程难以形成规范，换电时间较长。端面式换电：没有导向的轴孔，换电时行程较短，接合区域密，相应的车辆预留的换电位置和电池安装空间更小；主要靠电池车和车身上插件的接合面接合进行对正，插件本身制造精度较高，插件较复杂，成本较高。

电动汽车充电技术介绍4.换电方式底盘换电：不改变车体前后轴重量，有利于保障汽车安全性及运行特性，换电全自动、时长短，较多箱非底盘换电更具便利性与安全性，目前约80%的车型采取底盘换电。但需注意，底盘换电虽是主流换电方式，但仍具有需改变底盘结构、封装工艺复杂等痛点。底盘换电代表车企:北汽新能源、蔚来。蔚来拥有全自动底盘整包换电，换电站主要针对蔚来私人乘用车用户，北汽新能源主要针对商业出租车。分箱换电：通用性较好、标准化易实现，成本较低（可以只更换某一块性能降低的电池），但每个箱体都需保护壳，重量增加；电池分散装于整车，存在安全隐患；对车身底盘改动和设计周期要求更高，代表企业伯坦科技、力帆盼达。伯坦科技全自动撬装式分箱换电系统，能够将大电池分箱标准化，具有自动、半自动、人工辅助三种换电操作模式。侧方换电：从汽车侧方电池仓位取出电池，再由机械臂将满电电池插入汽车，安全性较高，但换电设备成本高，标准化不易实现，代表企业时空电动。时空电动主打产品为结合停车、充电、换电三位一体化的立体车库运营模式。

电动汽车充电技术介绍三种换电技术路径对比见表5-1-2。

电动汽车充电技术介绍表5-1-2三种换电技术路径对比换电模式底盘换电分箱换电侧方换电设备成本高低较高自动化程度全自动半自动半自动工艺标准化易难难安全风险低高较低换电时长3-5分钟宁德时代单块电池1分钟5-10分钟5-10分钟应用厂商宁德时代、蔚来、北汽力帆盼达、伯坦科技时空电动应用图例

5.换电的优势（1）快速补能：采用换电模式，只需耗时3-5分钟以内就能将能源补给完毕，电动汽车充电现在主要有两种充电方式，快充一般为大功率直流充电，半小时可以充满电池80%容量，超过80%后，为保护电池安全，充电电流变小，从80%充到100%的时间将较长。而慢充指交流充电，充电过程需6~8小时。而普通换电站仅需3分钟，甚至还可以更短，奥动新能源最新的广州4.0换电站，整个换电过程只要40秒，再加上车辆进出时间，整个流程大概仅需1.5分钟。（2）延长电池：动力电池占新能源车造价较高，以裸车价格出售，电池以租赁方式提供，消费者的购车成本将明显下降。（3）使用寿命：由电池运营公司对电池集中进行监测、养护与管理，有利于延长动力电池的寿命，提升电池的安全性。（4）降低充电成本：利用峰谷电价的差别来降低充电成本。（5）降低电网负荷：采用换电模式，可以利用用电低谷阶段均衡地从电网吸收（6）降低购车成本：存储能量，缓解城市用电压力

电动汽车充电技术介绍（7）换电模式解决充电桩不足的问题：相较于快速增长的新能源车市场，充电桩数量仍然远远不够。对于新能源汽车充电来说，采用充电模式，一辆车快充也得四十分钟才能充满，而换电模式仅需要2-3分钟，大大地提高了便利性，同时也降低了充电桩的建设压力。（8）大部分自燃发生在充电时，车主规避了最危险的环节新能源汽车安全事故的本质是电池热失控，纯电动汽车充电时发生自燃事故占比最大。2018年新能源汽车事故统计分析发现，充电时发生事故占比最多，达到了29%。行驶和静臵停放过程中发生的自燃各占14%，而涉水引发安全事故的也达到了10%。另有33%原因不明。（9）换电模式利于整车厂：提供多种销售方案，促进销售、方便车企对电池进行监控，减少电池故障产生的召回等问题。（10）换电模式利于政府：从国家政策上面来说，换电模式可以推动新能源汽车行业的发展。一是利于高新技术产业发展，新能源汽车能够从产业化上面进行很大的升级，是我们国家汽车行业能够弯道超车的主要因素；二是从环保角度来说，新能源汽车可以减缓尾气排放。三是从能源安全角度来说，石油作为我国的重要能源组成部分，推动新能源汽车可以降低对外的石油依赖度。

电动汽车充电技术介绍6.换电的劣势（1）换电站前期投入成本高。换电站的建设除了用地、人力、换电设备购置等的成本外，还需要巨额的电池储备成本和电池充电、用电成本。（2）换电站后期运营成本高。换电站中换电设备的操作及维护保养、动力电池的统一充电、存储和调配都需要一定数量的工作人员。（3）换电标准还未实现统一。各汽车生产商和电池生产商对于换电车型的整体设计，电池的更换形式。电池的尺寸、接口等的标准各不相同.

电动汽车充电技术介绍7.换电模式应用场景（1）出租、网约车市场：出租车和网约车市场未来可能是换电模式的主力军，因为出租、网约车需求比较旺盛，需要高频、快速补电，而换电模式能够实现极速换电，仅需3-5分钟左右，提升车辆营运效率，目前国内如北汽新能源、浙江时空电动等均有换电模式的出租车投入市场。（2）换电重卡：据汽车总站网统计，2021年上半年新能源重卡实际销售1732辆，其中换电重卡实际销售381辆，占据新能源重卡22%的比重，而从订单角度，2021上半年换电重卡签约订单过万辆。（3）私家车：私家车的换电模式还处在缓慢发展中，当前采用换电模式的车厂仅有蔚来面向私家乘用车，根据中国汽车报2021年5月份的报道，自蔚来汽车推出换电式纯电动车产品后，目前其可换电车辆总数就超过10万辆，参与换电的用户车辆超过6万辆以上。

电动汽车充电技术介绍一、环境污染、温室效应与能源危机我国发展新能源汽车的三个主要原因：环境污染、温室效应和能源危机。1.环境污染汽车作为现代化重要的交通工具，给人们的生产、生活便利，同时传统汽车的为其排放给环境带来越来越严重的污染。目前市场上销售的纯电动汽车都标着“零污染、零排放”的宣传标语，但不可否认的是，纯电动汽车并非真正意义上的零排放，而是在行驶过程中不会产生尾气排放而已。但是纯电动车辆在充电时和更换电池时依然会造成周边环境的污染，只是相对于传统燃油汽车的尾气排放污染要小得多。

电动汽车充电技术介绍图1-1-1汽车的污染源8.我国换电模式相关国家政策2021年4月，国家能源委发布《2021年能源工作指导意见》，积极推产综合能源服务，加快充换电基础设施建设。推动电动汽车充换电基础设施往高质量、智能化方向发展，加强供需互动用电系统的推广，做好高比例可再生能源、电动汽车等多元化接入的准备。2021年5月，国家发改委发布《关于进一步提升充换电基础设施服务保障能力的实施意见》，提高城乡地区充换电保障能力，并且深入相关新技术的研发与应用，对充换电设施本身要加强运维和网络服务，配套供电方面做好电网建设，在高质量监管下提高服务质量。提高对高速公路、乡镇等保障型充换电设施的补贴支持和税收优惠力度。2021年10月，工信部发布《关于启动新能源汽车换电模式应用试点工作的通知》，将11个城市纳入换电试点范围。其中综合应用类城市8个，重卡特色类三个意见提出要加强工作统筹、建立安全管理制度、强化政策落实并形成可推广经验。2021年11月，国家市场监管总局发布《电动汽车换电安全要求》，是中国汽车行业在换电领域的首个基础通用国家标准。标准文件结合众多数据和实验，提出了换电设施需要按照各自换电机构，分别规定了5000次（卡扣式）和1500次（螺栓式）的最低换电次数要求以保障换电安全。

电动汽车充电技术介绍四、电动汽车无线电技术1.无线充电技术介绍无线充电一般指无线充电技术（Wirelesschargingtechnology；Wirelesschargetechnology），它源于无线电力输送技术。无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合，由供电设备（充电器）将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。无线充电技术通常在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给电池充电。目前无线充电单模块功率为30kW，可根据需要增加模块，功率也随之成倍增加。

电动汽车充电技术介绍无线充电分为电磁感应式充电、磁场共振式充电和无线电波式充电三种类型。电磁感应式充电：初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的充电垫解决方案就采用了电磁感应，事实上，电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感，中国本土的比亚迪公司，早在2005年12月申请的非接触感应式充电器专利，就使用了电磁感应技术。磁场共振式充电：由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量，是目前正在研究的一种技术，由麻省理工学院（MIT）物理教授MarinSoljacic带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡，并将其取名为WiTricity。该实验中使用的线圈直径达到50cm，还无法实现商用化，如果要缩小线圈尺寸，接收功率自然也会下降。无线电波充电是发展较为成熟的技术，类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器。

电动汽车充电技术介绍2.无线充电的优势（1）无线充电技术是新能源汽车产业的前沿技术之一，无线充电技术不需要征地，城市电网几乎无处不在，具有建设周期短、分布式、充电线圈全部地埋，可以依托现有停车路面进行改造，降低建设成本；（2）无线充电位充电过程无需人工值守使运营成本更低、安全性更高；（3）无线充电可以在瀑雨、泥泞等恶劣天气进行，可以有效减少车辆对于电池的依赖，提升车辆充电及运营效率。无线充电提升充电方便性和用户的新能源车整体使用体验。

电动汽车充电技术介绍图1-1-1汽车的污染源3.无线充电的推广难度（1）投入成本高，相同功率的充电设备相比较，无线充电设备建设成本大概是有线电桩的2～3倍，且维修费用高。（2）无线充电技术的充电效率较低，据专家介绍，这种无线充电的充电装置如果超过20千瓦，充电的效率会很低，充电时长也不能保障，会造成一定损耗和浪费，达不到节能效果；（3）由于无线充电技术需要对车辆进行改造，将对车辆成本结构造成一定的改变，甚至是对新能源汽车上下游利益结构的触动，因此更大难度是整合车企。（4）量化评价无线输电系统的指标技术难度，包括输电功率、输电效率和输电距离数据等。奇瑞、特斯拉、沃尔沃很早就开始了无线充电技术的研发立项，但受制于上述因素，均未在汽车领域进行商用推广。

电动汽车充电技术介绍素养教育在其它汽车企业还在布局、研发立项的时候，一汽红旗已经实现了基于电磁感应技术实现自动充电，而搭载这项无线充电技术的红旗E-HS9已经实现量产。红旗E-HS9采用全球首创的地面无接触式充电技术，动力电池通过引入高功智慧补能（HIC）技术，通过车载接收线圈与地面发射装置进行精准对位，无需人工干预，实现无线充电。该系统具备非接触式充电的特性，能够显著改善传统插枪式充电所带来的操作麻烦、沉重不卫生的枪头以及电缆拖拽等负面体验。用户可以通过系统的高精可视对位界面，引导车辆至充电位置停车，自动启动充电并在电池充满后自动停止，实现了无感充电的便利。，红旗E-HS9无线充电系统创新开发“辅助对位”系统，采用被动信标信号采集方案，利用地面发射装置上集成的传感器，时刻扫描车载端线圈被动信标位置，并集成车载360摄像头，将车载端线圈与地面发射装置的实时位置通过主机清晰地传达给用户，对位精度1cm，操作十分便捷流畅，轻松实现驻车充电。智慧系统可以帮助车辆完美地停在充电位置并开始充电，停车位置甚至比我们手动泊车更加“工整”。

电动汽车充电技术介绍在江苏南京，智慧车网互动充电平台也布局了无线充电功能，电动汽车驶入智慧车网互动充电平台进行无线充电。通过车载无线充电APP，可以看到车辆的实时充电状态。这个系统成套技术和设备是我国100%自主设计研发完成。充电能效基本和有线充电接近。而且，无线充放电系统同样支持快充、慢充不同需求下多种车型的智能适配。工信部在今年印发的《无线充电（电力传输）设备无线电管理暂行规定