[科普]新能源汽车充电设备的基础知识

充电设备的认知

一、充电设备简介

1、新能源汽车对充电设备的要求

电动汽车对充电设备的基本要求主要如下：

（1）安全性。电动汽车充电时，要确保人员的人身安全和动力电池包的安全。

（2）使用方便。充电设备应具有较高的智能性，不需要操作人员过多干预充电过程。

（3）成本经济。成本经济、价格低廉的充电设备有助于降低电动汽车的成本，提高运行效益。

（4）效率高。高效率的充电设备能够使汽车充电速度更快。

（5）对供电电源污染要小。充电设备工作时会对供电网及其他用电设备产生有害的谐波污染，而且由于充电设备功率因数低，在充电系统负载增加时，对其供电网的影响也不容忽视。

2、电动汽车充电设备的类型

分类

电动汽车充电设备一般分为非车载充电机、车载充电机、交流充电桩、直流充电桩和交直一体化流充电桩等。

定义

（1）非车载充电机

非车载充电机是指安装在电动汽车车体外，将电网的交流电转换成直流电，采用传导方式为电动汽车电池组充电的装置。

（2）车载充电机

车载充电机是指固定安装在电动汽车上，将电网的交流电转换成直流电，采用传导方式为电动汽车电池组充电的装置。

（3）交流充电桩

交流充电桩是指固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，采用传导方式为具有车载充电装置电动汽车提供交流电源的装置。

（4）直流充电桩

直流充电桩是指固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，将电网的交流电转换成直流电，可以为电动汽车提供直流电源的装置。

（5）交直流一体化充电桩

交直流一体化充电桩采用交直流一体的结构，既可以实现直流充电，也可以交流充电的装置。

3、电动汽车充电技术的发展趋势

（1）高安全性

动力电池组充电不均衡引起动力电池过热，导致事故。充电设备必须具备防止动力电池系统单体电压和温度超过允许值的技术措施，以提高电动汽车充电过程的安全性。

（2）充电快速化

相比发展前景良好的镍氢和锂离子动力电池而言，传统铅酸动力电池具有技术成熟、成本低、容量大、跟随负荷输出特性好等优点，但同样存在着比能量低、一次充电续驶里程短的问题。

（3）充电通用化

在多种类型动力电池、多种电压等级共存的市场背景下，用于公共场所的充电装置必须具有适应多种类型动力电池系统和适应各种电压等级的能力。

（4）充电智能化

制约电动汽车发展及普及的最关键问题之一是储能蓄电池的性能和应用水平，优化动力电池智能化充电方法的目标是要实现动力电池无损充电，监控动力电池的放电状态，避免过放电现象，从而达到延长动力电池的使用寿命和节能的目的。

（5）电能转换高效化

充电设备转换效率高可以降低电动汽车的能耗，电动汽车的能耗指标与其运行能源费用紧密相关，降低电动汽车的运行能耗是推动电动汽车产业发展的关键因素之一。

（6）充电集成化

充电系统将和电动汽车能量管理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，大大降低系统成本，并可优化充电效果，延长动力电池寿命。

（7）对电池寿命影响小

电动汽车的动力电池占电动汽车成本的主要部分，多数电动汽车的动力电池占整车成本的一半以上，有的甚至超过整车成本的65%。因此，动力电池的使用寿命极大地影响电动汽车的运行成本，这也是制约电动汽车发展的关键因素之一。

（8）操作简单化

电动汽车充电系统必须简单方便，可使所有用户都能独立操作完成。

充电设备国家标准

一、车载充电设备输入国家技术标准

车载充电设备的输入电流可根据不同的动力电池包电压情形来定。

在稳流区间工作时，其稳流精度应小于1%；在稳压区间工作时，稳压精度应小于0.5%。

二、车载充电设备输出国家技术标准

车载充电机的输出电压根据动力蓄电池系统电压等级分为六级，车载充电设备输出国家技术标准如下表所示。

三、非车载充电设备输入国家技术标准

1、交流充电桩简介

(1）适应环境标准

①湿度：5%～95%之间；

②温度：-20℃～+50℃之间；

③抗震能力：地面水平加速度 0.3g；

④海拔高度：≤1000m；

⑤地面垂直加速度0.15g；

⑥充电桩应能承受同时作用持续三个正弦波，并且安全系数应大于1.67。

(2）三防标准

三防为防潮湿，防霉变，防盐雾，标准充电机内印刷线路板、 接插件等电路免受潮湿、霉变、盐雾侵蚀等恶劣情况，确保充电桩正常工作，降低故障率。

（3）防锈标准

充电桩所使用的铁质材料都应当采取防氧化保护，非铁质的金属外壳也要防止高温氧化，涂上标准层。

（4）防风标准

经测算，充电桩稳固强度要能够抗住GB/T 4797.5-2008《电工电子产品自然环境条件降水和风》中表9规定的不同地区、不同高度处相对风速的侵袭。

（5）防盗标准

充电桩外壳打开处安装防盗锁，以防恶意拆卸改装。

（6）安全防护功能

① 安装急停开关，手动紧急断充电；

② 控制充电桩温度，防止自燃；

③ 交流充电桩应具备输出侧的漏电标准功能；

④ 交流充电桩应具备输出侧过流和短路标准功能。

(7）IP防护等级

室内充电桩的防护等级需要起码达到IP32以上，而室外充电桩需要面临风雨交加的恶劣环境，需要更好的绝缘性和避雷条件，其防护等级起码要达到IP54方可保障人身安全、车身安全和充电充电桩安全。

2、直流充电柜简介

以星星充电DH-DC0600SG2X40-60kW 电动汽车直流一体机（双枪）为例讲解直流充电柜相关要求。

（1）产品性能

①具备恒流恒压充电功能

②直流充电机具备 CAN 总线接口，用于和电池管理系统通信，

③支持两种充电方式：BMS充电方式和手动充电方式。

④设备具备输入欠压、输入过压、输出短路、输出过压、输出过流、电池反接、绝缘检测、通讯故障等保护功能。

⑤配置有高压直流国标充电枪，能够有效保证充电安全。

⑥配置真彩触摸屏作为人机操作界面，同时可使用星星充电手机客户端扫描二维码进行充电。

（2）产品技术指标

①工作电压：三相五线AC380V±15%；

②输出电流误差：≤±1%；电流＜30A，误差≤±0.3A；

③输出电压误差：≤±0.5%；

④功率因数：≥0.99；

⑤总谐波电流：≤5%（额定条件下，100%负载）；

⑥满载最大效率：95%；

⑦防护等级：IP54；

⑨工作环境温度：-30℃ ～ 55℃；

⑩保护特性：输入过欠压保护、输出过欠压保护、短路保护、过温保护、过流保护、电池反接保护。

充电口国家标准

1、交流充电插头和插座国家标准

（1）交流充电口简述

单相插头为三个引脚，分别为交流火线、交流零线和接地线。应用单向交流充电，根据国家标准其电流不能超过8A，电压不能超过250V。不能直接使用插座与充电口连接，需要增加车载保护装置。

单相交流充电电路如图所示

三相交流充电接口，这种类型的充电接口一般用于较大的充电站，采用单向供电时，电流不大于32A，采用三相供电时，电流不大于63A，充电电压处于250V-440V之间。

三相交流充电电路如图所示

（2）交流充电口端子含义

国标交流充电桩接口最终采用的7个端子结构，其端子分布方式如下图。

交流充电接口引脚功能定义表

（3）触点电气参数额定值

交流充电接口触点的额定电压和额定电流应符合GB/T 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》的规定，如下表所示。

2、直流充电插头和插座国家标准

（1）直流充电口简述

车辆直流充电接口定义如图，它一共有9个PIN，其中CC1和CC2都是充电连接确认引脚；A＋和A－为低压12V辅助电源。

直流充电接口端子功能定义见下表（注意事项：快充口盖上有高压警示标识，禁止随意触碰。部件各端口定义中的针脚标号如S+、S-、A+、A-等在线束和插件上都有标注。）

（2）触点电气参数额定值

直流充电接口触点的额定电压和额定电流应符合GB/T 20234.3-2015《电动汽车传导充电用连接装置第3部分：直流充电接口》的规定，如下表所示。