动力电池作为电动汽车的唯一能量来源,需要外部进行充电。当动力电池剩余电量低于一定电量时(一般为30%),在仪表板上会出现下图图标,提醒使用者对电动汽车进行充电。充电是指将交流或直流电网(电源)调整为校准的电压/电流,为电动汽车动力电池提供电能,也可额外地位车载电气设备供电。
当剩余电量低于一定值时(一般为10%),为保护动力电池车辆会限速行驶。电动汽车充电是电动汽车使用过程中必不可少的环节,充电快慢影响着电动车使用者出行的规律。根据电动车动力电池组的技术特性和使用性质,可存在着不同充电模式。
电动汽车还可以采用换电方式,在换电站进行动力电池的更换,更换时间只需要5-10分钟,与燃油汽车进站加油时间相当。这种方式决定了电动汽车在电能耗尽后,只需在短时间内更换电池而不用当时进行充电的优点,但该方式也受电池的许多因素的限制,如电池型号是否匹配、接口是否通用等。快速换电池的方式常见于专业电动车电池更换站以及电池种类较为齐全的充电站。目前大规模采用难度较大。
充电模式
模式1-直接连接充电
将电动汽车连接到交流电网(电源)时,在电源侧使用了符合标准要求的插头插座,在电源侧使用了相线、中性线和接地保护的导体。这种模式是指直接将交流电网通过电缆组件直接连接车上充电设备(一般为车载充电机)。这种方式充电保护较弱,充电较慢。
模式2-交流适配器连接充电
将电动汽车连接到交流电网(电源)时,在电源侧使用了符合标准要求的插头插座,在电源侧使用了相线、中性线和接地保护的导体,并且在充电连接时使用了缆上控制欲保护装置。这种模式是指采用交流适配器将电网(一般为家用电220V插座)与车上充电设备(一般为车载充电机)进行连接。这种方式费用较低,但充电较慢。
模式3-交流充电桩充电
将电动汽车连接到交流电网(电源)时,使用了专用供电设备,将电动汽车与交流电网直接连接,并且在专用供电设备上安装了控制导引装置。这种模式是指采用了交流充电桩连接车辆进行充电,采用线缆组件连接车上充电设备(一般为车载充电机)。这种方式需要安装交流充电桩,充电速度较直流充电桩慢,但是有助于延长电池寿命。
模式4-直流充电桩充电
将电动汽车连接到交流电网或直流电网时,使用了带控制导引功能的直流供电设备。这种模式是指采用了直流充电桩连接车辆进行充电,充电时间短,但是不利于延长电池使用寿命。
车上充电系统
无论通过哪种充电模式,外部电网都需要通过线缆和其他设备等连接车辆,因此车上充电系统一般包括:交流充电口、车载充电机、直流充电口、高压配电装置、动力电池、电池管理器等,如下图。
慢充充电方式
慢充充电也称为交流充电或常规充电方式,指用充电连接线将电动汽车和交流充电装置连接进行充电的方式。
根据充电装置的不同,慢充充电又可以分为两类:交流充电桩充电(充电模式3)和充电适配器充电(充电模式2)。慢充充电模式缺点是充电时间较长,但其对充电设备的要求并不高,充电器和安装成本较低;可充分利用电力低谷时段进行充电,降低充电成本;更为重要的是可对电池深度充电,提升电池充放电效率,延长电池寿命。充电桩交流充电为标准充电模式时(充电桩充电),在环境温度(大于0℃)的情况下,车辆从电量报警状态到充满电,耗时6-10小时。当使用充电适配器充电式时,充电功率为3KW左右,为家用标准空调插座(16A插座)所能提供的最大安全功率。
交流充电桩充电
将充电连接线直接连接交流充电桩进行充电,充交流接线可以连接交流公共充电桩和车辆,如下图。
充电连接线一端是蓝色的充电枪,用来连接车辆慢充口,另一端是黑色充电枪,用来连接充电桩。连接车辆端的充电枪有7个针脚。
通过交流适配器充电
这种充电方式使用家庭用220V交流电进行充电,需要将随车配置的交流充电适配器的三项插头插入家庭用电,充电枪插入电动汽车慢充接口即可进行充电,如下图。
充电电流有16A和32A两种,16A电流充电时间一般在6-8小时。32A电流充电时间一般在4-6小时。因此用户在使用该类充电方式时一定要注意所用插座允许使用的最大电流,以免发生危险。
慢充口
采用慢充充电方式时,要将充电枪连接到慢充口。部分车辆的慢充口在原油箱加油口位置,也有部分车辆设置在车辆前部进气栅格下。比亚迪E5的慢充口和快充口设计在一起,位于车辆前部进气栅格下。
慢充充电方式
车身上慢充口带有7个针脚的接口
CP端:控制确认,该针脚信号正常说明充电枪和车上系统控制信号正常;
CC端:充电连接器确认,该针脚信号正常说明充电枪和车身连接正常;
N端:家庭用电220V零线端,该针脚为零线供电端;
PE端:接地端,该针脚用于接地;
L端:家庭用电220V火线端,该针脚为火线供电端;
NC2端:空;NC1端:空。
慢充的特点
常规慢充方式的优点。充电所需功率和电流相对较低,充电设备成本比较低。可充分利用电力低谷时段进行充电,降低充电成本。可提高充电效率和延长电池的使用寿命。
常规慢充方式的缺点。充电时间过长,当车辆有紧急运行需求时难以满足,并且需要专门的停车场地。电池和车载充电机与车辆是一个整体,使得整车的价格相对较高。
常规慢充方式适用情况主要有:
1)用户对电动乘用车的行驶里程要求相对较低,车辆行驶里程能满足用户1 天使用需要,利用晚间停运时间可以完成充电。
2)由于常规慢充充电电流和充电功率比较小,因此在居民区、停车场和公共充电站都可以进行充电。
3)规模较大的集中充电站,能够同时为多辆电动乘用车提供停车场地并进行充电。
慢充充电策略
锂离子电池慢充时一般采用恒压充电的方式进行充电,超过一定电压值,电池物质会发生分解,影响电池的安全性。所以锂离子电池对充电终止电压的精度要求很高,一般误差不能超过额定值的1%。
对于锂离子电池,充电过程一般分为三个阶段:预充电阶段、恒流充电阶段和恒压充电阶段。
快充充电方式
快充口
快充充电方式也称为直流充,指用充电连接线将电动汽车和直流充电桩连接进行充电的方式。这类充电方式充电时间短,能够在较短时间给蓄电池补充大量电能。目前,直流充电桩可以提供100A的充电电流。一般直流充电桩带有充电连接线,如下图所示,可以连接车辆的快充口进行直流充电。
车身上快充口带有9个针脚的接口。
各个针脚的定义如下:
DC-:直流电源负;DC+:直流电源正;
PE:车身地(搭铁);
A-:低压辅助电源负极;
A+:低压辅助电源正极;
CC1:充电连接确认1;CC2:充电连接确认2;
S+:充电通信CAN_H;S-:充电通信CAN_L。
快充充电策略
快充充电方法是采用脉冲快速充电。脉冲快速充电是指充电过程中不断用反复放电充电的循环充电。首先进行一级充电,给电池组用0.8-1倍额定容量的大电流进行定流充电,使蓄电池在短时间内充至额定容量的50%-60%。接着由电路控制先停止充电25~40ms,接着再放电或反充电,使电池组反向通过一个较大的脉冲电流,然后再停止充电。当电池电量到达标称容量的60%后,进行二级充电,充电电流变为0.5-0.6倍额定容量的大电流。随着电池电量逐渐增加,之后的充电都按照正脉冲充电-前停充-负脉冲瞬间放电-后停充-再正脉冲充电的循环,充电电流按照上一级的60%来继续进行充电,直至充满。
快速充电模式实质上为应急充电模式,其目的是短时间内给电动汽车充电。高功率高电压的工作条件,从而使得快速充电模式仅存在在大型充电站或公路旁作为应急使用。虽然快速充电的充电速度非常高,其充电时间接近内燃机注入燃油的时间。可是充电设备安装要求和成本非常高。并且快速充电的电流电压较高,短时间内对电池的冲击较大,容易令电池的活性物质脱落和电池发热,因此对电池保护散热方面要求有所更高的要求,并不是每款车型都可快速充电。无论电池再完美,长期快速充电终究影响电池的使用寿命。