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充电桩发展现状与未来发展趋势(中) | 厚势

 xuayi 2017-10-01


厚势按:本文为笔者对 9 月 17 日厚势轻沙龙《充电桩发展现状与未来发展趋势》的干货整理版,演讲共分成三个部分,今天刊登出第二部分


  • 充电桩发展现状;

  • 充电桩介绍;

  • 充电桩技术发展趋势。



发展现状


可参见昨天推送的文章:充电桩发展现状与未来发展趋势(上)


充电桩介绍


充电桩基本介绍


在演讲的第一部分中,从宏观层面对充电桩做了许多描述,但对于「什么是充电桩?」,还没有给出一个明确的定义。江博士根据自己对充电桩的认识,给出了一个定义:


充电桩是功能类似于加油站里的加油机,安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)、居民小区停车场或充电站内,为电动汽车充电的设备


按照接口类型的不同,充电桩可分为以下两类:


  • 交流充电桩:功率较小,用于慢充,如特斯拉交流充电的功率为 7 kW;

  • 直流充电桩:功率较大,用于快充,有 30  kW、60 kW 等多种规格;


图 3  充电桩应用示意图


如图 3 所示,电动汽车的充电过程涉及到三个环节:电网—充电桩—汽车(电池)。事实上,这与手机的充电过程是一样的:电网—充电器—手机(电池)


就现有的两种充电模式而言:


  • 交流充电模式:充电桩为「交流电进,交流电出」,只需一个开关即可,价格较便宜;

  • 直流充电模式:充电桩为「交流电进,直流电出」,需要对电流进行整流,价格昂贵。


其中,高压配电盒实际上是一个高压继电器,起到开关的功能。此外,在直流充电模式下,由于充电机比较大比较重,一般集成在直流充电桩内,而不是像交流充电模式那样直接配置在车上。



充电桩构成


图 4  充电桩构成


图 4 中展示了一个完整的充电桩所需具备的各种功能。除了充电功能外,还需要交互、验证、计量、联网等功能:


  • 触摸屏:如果充电过程像一个黑箱,驾驶员不知道充电的状态,用户体验必然不好,而触摸屏可以显示充电完成的情况

  • 刷卡:主要是为了对充电过程进行验证和计费

  • 计量:为了保证用电量计算的可信度,一般安装的是经过 MC 认证的电表,而不是个人设计的计量板

  • 联网:为了方便手机远程预约、扫码充电,和摩拜单车的使用方式类似。



图 5  常见电动汽车充电时长


图 5 中统计了市面上常见电动汽车的充电时长和续驶里程。虽然这些车型有点老,不过总体而言,电动汽车慢充的时间都设计在 8 小时左右,即一晚上可以充 50 ~ 60 度电,快充的时间在 1~2 小时



交流充电桩


图 6  交流充电桩内部结构


交流充电桩,顾名思义,是给电动汽车提供交流电源的充电装置如图 6 所示,交流充电桩主要由以下几个部分组成:


  • 继电器(接触器):控制电路的通断,即在充电时电路连通,不充电时电路断开;

  • 控制器引导电路检测充电枪是否与电动汽车连接良好,若连接良好,则让继电器吸合,电动汽车开始充电;

  • 漏电保护电路:普通电器的标配;

  • 过流过压保护电路:普通电器的标配;

  • 防雷模块:普通电器的标配。


图 7  交流充电桩样机


对于交流充电桩的分类,按照不同的标准有不同的分类方法:


按照「充电枪的数量」,即一根充电桩上有几把充电枪:

  • 单枪;

  • 双枪;

  • 多枪


按照安装方式」:

  • 便携式:买电动汽车时送的随车充电配件,充电电流一般为 10 安培,可以直接用家用的普通插座来充电,但每小时只能充 2 度电左右,速度太慢,通常用于应急

  • 壁挂式:充电桩安装在墙上;

  • 落地式:充电桩安装在地上。


按照容量」:

  • 10 A  220 VAC:即上文提到的的便携式充电桩的容量(AC为交流电「Alternating Current」的缩写,下同);

  • 16 A  220 VAC;

  • 32 A  220 VAC:目前市场的主流产品,7 kW 的功率容量;

  • 63 A  380 VAC。


需要指出的是,充电枪的数量与技术含量无关,且一根双枪的充电桩的价格和两根单枪的充电桩的售价是差不多的。



直流充电桩


按照前文中的模式,直流充电桩是通过内部 AC-DC 充电模块,将交流电转换成直流,给电动汽车的动力电池进行充电」的充电装置。其中,DC为直流电「Direct Current」的缩写,下同


图 8  直流充电桩样机


对于直流充电桩的分类,按照不同的标准,也有不同的分类方法:


按照枪的数量 / 功率」:

  • 枪:30 KW /  60 KW / 120 KW;

  • 双枪:120 KW (60 KW + 60 KW);

  • 一拖四(八)。


按照输出电压等级」:

  • 200 ~ 500 VDC:乘用车;

  • 350 ~ 750 VDC:商用车;

  • 200 ~ 750 VDC:通用型。



图 9  直流充电桩内部电气结构


直流充电桩的内部电气结构如图 9 所示,三大核心器件是充电模块、主控制器和绝缘检测模块。其中,充电模块占充电桩成本的一半以上


图 10  直流充电模块内部功能结构图


充电模块之所以这么贵,因为它可视为电源行业,需要 PFC (Power Factor Corrector)功率因数模块、DC-DC 变压器等部件。


(未完待续)




主讲人简介


江磊,2015 年获得上海交通大学车辆工程专业博士学位,现任上海工程技术大学电动汽车充换电研究所副所长,主要从事电动汽车智能充电桩、车载充电机、电池管理系统等方面的研究工作。


本文未经江磊博士本人审阅,内容仅供参考



作者:厚势分析师伊龙马

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