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想了解车载充电机,看这篇科普文章就行

时间:2022-06-06 作者:本站

一、车载充电机简介

车载充电机是指固定安装在电动汽车上的充电机,具有为电动汽车动力电池,安全、自动充满电的能力,充电机依据电池管理系统(BMS)提供的数据,能动态调节充电电流或电压参数,执行相应的动作,完成充电过程。

二、车载充电机功能介绍

(1)具备高速CAN网络与BMS通信的功能,判断电池连接状态是否正确;获得电池系统参数、及充电前和充电过程中整组和单体电池的实时数据。

(2)可通过高速 CAN网络与车辆监控系统通信,上传充电机的工作状态、工作参数和故障告警信息,接受启动充电或停止充电控制命令。

(3)完备的安全防护措施:

· 交流输入过压保护功能。

· 交流输入欠压告警功能。

· 交流输入过流保护功能。

· 直流输出过流保护功能。

· 直流输出短路保护功能。

· 输出软启动功能,防止电流冲击。

· 在充电过程中,充电机能保证动力电池的温度、充电电压和电流不超过允许值;并具有单体电池电压限制功能,自动根据BMS的电池信息动态调整充电电流。

· 自动判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。当充电机与充电桩和电池正确连接后,充电机才能允许启动充电过程;当充电机检测到与充电桩或电池连接不正常时,立即停止充电。

· 充电联锁功能,保证充电机与动力电池连接分开以前车辆不能启动。

· 高压互锁功能,当有危害人身安全的高电压时,模块锁定无输出。

· 具有阻燃功能。

三、相关企业

迪龙新能源科技河北有限公司(以下简称迪龙新能源)依托迪龙集团近20年电源研发生产经验,深耕研发创新,主要致力于电动汽车电源充电系统、新能源车载充电系统及设备的研发、生产、安装、维修及销售。

迪龙新能源通过IATF16949-2016认证,是电动汽车市场上各种车载充电机、DC-DC转换器和模块电源的研发、设计、制造和组装领域的领导者。

强大的研发团队和高效的垂直整合使我们能够快速、灵活地为客户提供不同的解决方案。

迪龙集团合作的中外电动汽车制造商数量超过170家,与电动汽车制造商合作超过十年,迪龙新能源就是以OBC车载充电机、便携充电机和DCDC技术的发展为核心。

无论是现有的产品还是定制化的解决方案,安全、可靠、完善的电子产品都符合国际标准和要求。研发团队由在电源领域具有丰富经验的专家和工程师组成,研发团队占比公司超过50%,争做中国新能源供应行业的开拓者、领航者。

迪龙将具有自主知识产权的高压全砖技术应用于DC-DC变换器,产品可靠性高,质量稳定,赢得了众多电动汽车厂商的信赖与支持。车载充电机采用LLC软开关谐振技术、全数字控制技术,冷却方式有液冷、风冷或自冷,无故障运行时间更长,拥有高效率、高功率密度和高功率因数。

四、充电系统分类

新能源汽车充电系统有许多分类方法。

按照充电系统与公共电网是否直接接触,分为接触式充电系统和感应式充电系统。

接触式充电系统具有结构简单、成本较低、电能传输效率高等特点,是目前主流的充电系统。

感应式充电系统小需要电源插座或充电电缆,电能通过埋在路而内的充电板无线传送给车内的动力电池实现充电,感应式充电系统具有通用性强、操作简单、节约人力成本、节省土地资源等优点,但结构复杂、效率较低、成本较高,目前小范围应用于公交车等公共充电领域。

充电机按照充电系统是否安装在车上,分为车载充电系统和非车载充电系统。

车载充电系统安装在车辆内部,具有体积小、冷却和封闭性好、重量轻等优点,但功率普遍较小,充电所耗时间长。

非车载充电系统安装在新能源汽车外部,具有规模大、使用范围广、功率大等优点,但体积大、重量大、不易移动,主要适用于新能源汽车的快速充电。

充电机按照充电所耗时间,分为慢充系统快充系统,分别对应交流供电和直流供电两种充电模式。

充电系统主要由车辆外部至供电端线缆、充电接口及线缆、车载充电、高压线束、高压配电设备、动力电池及其控制器等构成。

充电桩或家用交流电源通过车辆接口及线束与车载充电机连接,将交流220V电源转换为直流电,给动力电池进行充电。

充电过程由车载充电机与BMS之问进行CAN通信交互,保证充电过程的安全。

相较慢充系统,快充系统架构较为简单,涉及到的车端零部件仅为充电接口、快充线束、动力电池及其控制器。

快充系统供电设备为充电桩,充电桩内部包含电源模块、计费系统、通信及控制系统、读卡及授权系统等。

快充系统将三相380V工业电直接转成直流电给动力电池进行充电,充电过程由充电系统的通信模块与BMS进行通信以保证安全。

五、车载充电机充电方式

电池采用不同的充电方法对电池寿命会有不同程度的影响,采用适当的充电方式对延长电池的使用寿命意义重大。

常见的车载充电机充电方式有恒压充电、恒流充电、阶段性充电、脉冲充电等。

恒压充电,在整个充电过程中充电电压保持不变,充电电流随着充电时问的增加而逐渐减小,当充电电流小于一定值后停止充电,整个充电过程中能耗较小,能有效避免电池过充,控制简单,易于操作。

但往往待充电电池的初始电压值较小,导致充电初期的充电电流很大,过大的电流一方面会造成电池极化现象的发生,影响充电速度;另一方面造成电池温度迅速提升,严重时容易烧坏电池,酿成事故。

所以在充电开始阶段,需要对充电电流值进行限制,让电池保持在一个可接受的电流范围内充电。

恒流充电开始时以恒定的电流为动力电池充电,将要充满时,改用恒定的小电流进行浮充充电,用来充足剩余电量和补偿电池自放电,当充电电压达到额定电压时停止充电。恒流充电避免了恒压充电电流过大的问题,电流始终被限制在电池组可接受的范围内。

阶段性充电根据实际应用情况可以分为两阶段或者三阶段充电。

第一阶段为恒流充电,用大电流快速给电池充电,使电池的电压达到一定电压值;

第二阶段为恒压充电,用比恒流小点的电流继续对电池充电,降低电池的产气量;

第三阶段为浮充充电,以涓流给电池充电,确保电池能够充满,当控制系统检测充电电流小于一定设定值时,结束充电。

阶段性充电结合了恒压与恒流充电方式的优点,有利于减少电池的极化,避免了过充和大电流充电冲击,目前,充电大多采用阶段性充电。

恒压充电、恒流充电和阶段性充电的充电电压和电流是连续的,没有给电池足够的休息时问来消除极化现象,极化可以引起电池过热、析气等现象,限制充电速度,严重时影响电池寿命。

脉冲充电方式和正负脉冲充电方式采用不连续的充电电流,能有效地减少或消除极化现象的发生,加快充电速度和延缓电池的使用寿命。

脉冲充电方式采用脉冲充电间歇为电池提供充足的休息时间,有利于电池内部的活性物充分反应,有效地减少和消除极化现象的发生,并可以采用较大的电流充电,而不必担心电池过热,能有效提高充电效率、缩短充电时问、延缓电池寿命。

正负脉冲充电方式是对脉冲充电方式的改进,整个充电过程中包括正脉冲充电、间歇休息和负脉冲放电。

首先进行正脉冲充电,休息一段时问后,再对其进行短暂的负脉冲放电,对电池短暂的负脉冲放电能有效去除极化现象的发生,加快电池内部的电化学反应,降低电池温度,虽然损失了部分电能,但能够使电池以较高的充电电流充电,能有效加快充电速度和提高充电效率,延缓电池寿命。

六、车载充电机技术现状

国内车载充电机厂商多达50多家,大部分厂家研发能力较弱,缺乏核心专利和高端研发人才,研发经费投入较少,产品主要面向国内。

目前,市场上的乘用车和专用车车载充电机功率主要包括3.3kw和6.6kw,效率集中在93%-95%之间,冷却方式主要包括风冷和水冷,客车领域采用“交流快充方式”的40kw、80kw大功率车载充电机。

国内部分车载充电机企业已进入国外整车企业供应链。迪龙新能源科技河北有限公司研发生产的“车载充电机”远销欧洲、美洲、北美洲……已经成为供应全球的车载充电机供应商,车载充电机采用液冷、风冷、水冷,极大提高了大功率器件的散热效率,充电效率超过95%,产品符合IATF16949-2016体系认证和欧盟CE/EMC产品认证标准。

随着新能源汽车动力电池的容量增大,若要在6-8小时的慢速充电时间内为纯电动汽车充满电,就需要配置功率更大的车载充电,对兼容不同类型的交流充电桩要求越高。

在纯电动、插电式、增程式乘用车型中存在电机控制器、DC/DC变换器、车载充电机和高压接线盒等,将各部件在整车中合理集成布置拥有多种方式。

电机控制器与DC/DC变换器集成,电机控制器与车载充电机集成是功能集成的一种形式,产品研发过程往往由电机控制器厂商主导。

DC/DC变换器与车载充电机集成是功能集成的另一种形式,产品研发过程往往由车载电源厂商主导。

电机控制器、DC/DC变换器、车载充电机集成是功能集成较为复杂的一种形式,产品研发过程往往由整车企业主导,但在全球范围内成功案例很少。目前车载充电机主要作为独立器件供应新能源汽车,部分车载充电机企业(如迪龙新能源)开始供应集成化产品。

七、车载充电机技术发展优势

车载充电机技术发展为新能源汽车的普及起到了推动作用,车载充电机对充电功率、充电效率、重量、体积、成本以及可靠性要求较高。

为实现车载充电机的智能化、小型化、轻量化、高效率化,相关的研究与开发工作取得了长足的发展,研究方向主要集中在智能化充电、电池充放电安全管理、提高车载充电机效率和功率密度、实现车载充电机的小型化等方面。

八、总结

车载充电机的技术发展,为新能源汽车实用化和大众化提供了强有力的支撑。

本文介绍了充电机的种类,按照充电系统与公共电网是否直接接触,分为接触式充电系统和感应式充电系统;按照充电系统是否安装在车上,分为车载充电系统和非车载充电系统;按照充电所耗时间,分为慢充系统和决充系统。

分析对比了车载充电机、交流充电桩和直流充电桩的性能特点。对常见的车载充电机充电方式,包括恒压充电、恒流充电、阶段性充电、脉冲充电等进行了介绍和简单分析。

并对国内车载充电机技术现状进行了分析,分析了车载车充电机发展趋势,随着技术进步,车载充电机正在向着双向充放电、智能化、集成化等方向发展。