[科普中国]-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1。

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。

相关企业北京凯源新能科技有限公司位于北京市海淀区光华创业园内，是北京市认证的高新技术企业。

凯源新能集产、学、研、销为一体，为顾客提供全方位一体式服务。公司以清华大学和北京航空航天大学科研力量为依托，在创建伊始就把产品定位在符合国家新能源产业政策方向上，根据自身优势，专门从事电动车辆充电机(站)产品系列、专业电动汽车充电桩、大功率开关电源等产品的研究、开发、生产和销售。

公司拥有一支高素质研发队伍。员工大都来自清华等重点大学相关专业，具有丰富的研发经验和深厚的技术积累，依托北京各重点大学及相关科研院所和中关村科技园区的创新产业环境，依靠强大的外围智力支持，通过自主开发、联合研制等多种模式确保了公司产品在业界的技术领先地位。

车载充电机是指安装在车上的充电系统。发展新能源汽车是解决环境污染和能源危机，推动我国汽车产业转型升级，实现我国汽车产业由大到强、跨越式发展的关键。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地支撑。介绍了充电机的分类、车载充电机的充电方式和车载充电机的技术要求，分析了车载充电机技术发展现状及车载充电机的技术发展趋势。

车载充电机充电系统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2。

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问，分为慢充系统和快充系统，分别对应直流供电和交流供电两种充电模式。充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。

②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、直流充电、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比充电。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。

直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比充电。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(根据动力电池组电压设老;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问歇为电池提供充足的休息时问，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、问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。

车载充电机的技术要求按照《电动汽车用传导式车载充电机》的定义车载充电机是指固定安装在电动汽车上，将公共电网的电能变换为车载储能装置所要求的直流电，并给车载储能装置充电的装置。

车载充电机由交流输入接口、功率单元、控制单元、直流输出接口等部分组成，充电过程中宜由车载充电机提供电池管理系统、充电接触器、仪表盘、冷却系统等低压用电电源厂车载充电机连接示意图如概述图所示。

《电动汽车用传导式车载充电机》中车载充电机主要参数包括额定输入电压、额定输入电流、输出电压等。车载充电机输入电压、电流等级如表2所示;输出电压等级分为6级如表3所示。按照《电动汽车传导充电系统〕第一部分通用要求，交流充电桩对输出电流的要求如表4所示。

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。德润电子通过控股意大利公司MetaSystemS.p.A.进入标致雪铁龙供应链，被指定为标致雪铁龙新一代纯电动及混合动力车型平台“车载充电机”项目全球供应商，车载充电机采用液体冷却，并采用IMSPCB(特殊预浸材料PC）、Bottom Entry(底部插针过孔技为等专有设计方案，极大提高了大功率器件的散热效果及效率，充电效率超过95%，产品软件设计符合AUTOSAR及IS026262)

随着新能源汽车动力电池的容量增大，若要在6-8小时的慢速充电时问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。

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开始供应集成化产品3。

车载充电机技术发展趋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而。

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。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。是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，并对车载充电机的技术要求，如一般规定、环境要求、输入电压和频率等进行了说明。二是对国内车载充电机技术现状进行了分析。四是分析了车载车充电扫发展趋势，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。