新能源汽车充电系统知识科普

在上一篇文章中,我们介绍了新能源汽车的动力电池系统,了解了不同类型电池的优劣点。本文线束工程师之家网主要介绍新能源汽车的充电系统。

你一定有这样的疑问:为什么充电不能像加油一样快?为什么不把充电桩的功率无限加大?...文章源自线束工程师之家-https://suncve.com/popular-science-of-new-energy-vehicle-charging-system/

诸如此类的问题,你读完本文后将会得到答案。文章源自线束工程师之家-https://suncve.com/popular-science-of-new-energy-vehicle-charging-system/

新能源汽车的充电系统主要由充电桩 、 充电连接线 、 充电接口、 车载充电器(OBC) 、 高压配电盒(PDU) 、 直流转换器(DC/DC) 、 动力电池 组成。文章源自线束工程师之家-https://suncve.com/popular-science-of-new-energy-vehicle-charging-system/

充电桩 是国家电网与电动汽车之间的桥梁,可分为快充桩和慢充桩。快充桩将交流电转换为直流电,然后再输入到新能源汽车;慢充桩则直接将交流电输入到车辆。文章源自线束工程师之家-https://suncve.com/popular-science-of-new-energy-vehicle-charging-system/

充电连接线 是连接充电桩与车辆的专用线束与接头,一般由充电桩自带,如果用家用插线板给车辆充电,则需要车厂随车赠送的充电器配合才行。文章源自线束工程师之家-https://suncve.com/popular-science-of-new-energy-vehicle-charging-system/

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充电接口 是充电连接线与车辆连接的关键部件,别小看这个部件,在新能源汽车发展之初,这个接口并不统一,导致新能源汽车充电很不方便。现在虽然进行了一定程度上的统一,但世界上仍然有四大充电接口标准: 中国的 GB/T 、 欧洲的 CCS(Combo) 、 日本的CHAdeMO 以及 特斯拉的专有标准 。文章源自线束工程师之家-https://suncve.com/popular-science-of-new-energy-vehicle-charging-system/

车载充电器(OBC) 的主要作用是将交流电转换为直流电,因此,仅在慢充时才起作用。商用车一般电池较大,厂家不开发慢充模式,则不需要这个部件。文章源自线束工程师之家-https://suncve.com/popular-science-of-new-energy-vehicle-charging-system/

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高压配电盒 的主要作用是将动力电池的高压电分配给电机控制器、驱动电机、电动空调压缩机、PTC加热器、DC/DC等高压用电设备,同时将高压充电电流分配给动力电池,以便动力电池充电。文章源自线束工程师之家-https://suncve.com/popular-science-of-new-energy-vehicle-charging-system/

 

直流转换器(DC/DC) 的主要作用则是将高压直流转换为低压直流,并输出给各个ECU等低压控制器。

下图分别展示了慢充与快充的原理。

下面我们开始回答文章开头提到的问题,我们先从慢充开始说起。

慢充 的电压是220V,这个是固定的,为了提高充电功率,那么就只能增大电流,但电流又与导线的横截面积成正比。也就是说,充电功率提升,充电线就得变粗。

家用慢充桩的功率一般在3.3kW-7kW,对应电流为15A-32A,此时导线的横截面积大约6-10(平方毫米)。

假如你家装了一个7kW的慢充桩,那么充满一个电池容量为100kWh(续航700km+)的车辆,则需要约14小时。

显然,这个速度对于公共充电设施太不适用了,于是, 快充 技术就出现了。

国家电网输入给快充桩的电压是380V,快充桩经过转换后,可输出200V-1200V的直流电。

假设快充桩的功率为480kW,我们使用800V、600A给车辆充电,充满 一个电池容量为100kWh(续航700km+)的车辆,则仅需12.5min,是不是跟油车加油的时间也差不多了?

这一天何时会到来?就在这1-2年。

经常看汽车发布会的人应该注意到了,从2021年开始,各大车企都陆续发布了自家800V高压平台车型,很大一个原因就是为了提高充电速度。将来可能还会有900V、1000V的车型出现。

当然,相关的超级充电站的建设也得跟上,否则这种车型的优势就发挥不出来。

为什么不提高电流呢?因为电流越大,发热量也越大,导线承受不住,安全是个问题,所以只能通过提高电压来提升功率。

值得一提的是,由于电池的特性,在整个充电过程中,充电速率是不同的,并非线性的,因此,以上时间计算只是理论值。

实际情况是当电池充到80%时,速度会越来越慢,这就是为何各大主机厂在宣传自家充电速度时,会说从5%充到80%,仅需多少多少时间,而不说从5%到充满电所需时间。

那么现在新能源汽车行业内,充电效率究竟是个什么水平?

下面罗列部分主机厂公布的一些参数,供大家参考。

那么,是不是充电速度越快越好?你一定听说过快充伤电池,会影响电池寿命。

这是因为电池在快充时,温度较高,在高温高压作用下,电池内部锂离子的活性较高,使得电池材料发生晶格畸变,导致部分锂离子无法正常进行嵌入和脱出,久而久之,在宏观上的表现就是电池包的电池容量降低了。

电池寿命涉及到材料学、分子动力学、热力学等跨学科知识,不是哪个主机厂能解决的,只有电池厂家、科研院所通力合作,才能不断取得突破。

读到这里,相信大家对新能源汽车充电系统已经有所了解,对快充、慢充的原理也有了初步认识。可以看到,新能源汽车行业人员正在努力做到5min完成充电,以平替油车。

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