项目一 充（换）电站的认识 任务1 认识充电站 课件-《新能源汽车充电桩安装检测与维修》电子工业出版社

新能源汽车充电桩安装 检测与维修 目录 项目一 充（换）电站的认识 项目二 交流充电桩的控制与运维 项目四 充电桩的安装与测试 项目三 直流充电桩的控制与运维 项目五 充电桩常见故障的检修 《新能源汽车充电桩安装检测与维修》 项目一 充（换）电站的认识 任务1 认识充电站 【知识目标】 1.能正确叙述电动汽车的分类。 2.能简述电动汽车充电方式。 3.能简述电动汽车充电站的充电系统组成。 【技能目标】 能通过实地参观电动汽车充电站，明确充电场所的建设规模、配备设施、电压等级、负荷特性以及相关的制度、岗位职责和分工。 【素养目标】 1.养成认真负责的工作态度及严谨细致的思维方式。 2.养成高压安全防护意识，规范高压安全操作行为，树立团队协作精神。 3.养成自主学习知识的能力及知识迁移的能力。 学习目标 电动汽车的充电场所大致分为充电站、停车场、私家车库和动态无线充电道路。在日常工作与生活中的不同时段和地点，电动汽车用户会选择合适的充电场所为电动汽车充电。由于充电需求的差异性，充电场所的建设规模、配套设施、电压等级、负荷特性也各不相同。通过对本任务的学习，学生能掌握充电系统的基本术语，熟悉电动汽车的分类、充电模式，以及电动汽车充电站的组成；并能通过实地参观电动汽车充电站，明确充电场所的建设规模、配套设施、电压等级、负荷特性及相关制度、岗位职责和分工。 工作任务 一、充电系统的基本术语 1. 交流充电 交流充电（Alternating Current Charging）是指通过交流电对带充电系统的新能源汽车的动力电池组进行充电。进行交流充电时，车辆的车载充电器必须将交流电整流成直流电，并调节充电电压，使其符合动力电池组的要求。交流充电桩如图1-1-1所示。 2.直流充电 直流充电（Direct Current Charging）是指通过直流电对带充电系统的新能源汽车的动力电池组进行充电。进行直流充电时，直流电被输送到动力电池组，由充电站来调整动力电池组的充电电压。直流充电桩如图1-1-2所示。 图 1-1-1 交流充电 图 1-1-2 直流充电 一、充电系统的基本术语 3.充电器 充电器（Charger）是指将电气设备或其他电能供应设备输出的交流电，转变成直流电的设备。车载充电器安装在车辆上，非车载充电器则是电动汽车供电设备（Electric Vehicle Supply Equipment，EVSE）的一部分。电动汽车车载充电器如图1-1-3所示。 4.充电插头 充电插头(charge connector )即充电枪，插入汽车充电端口对动力电池组充电。在北美地区，一级和二级充电插头遵循SAE标准J1772,该标准规定了充电插头的形状、电路和通信协议。充电插头如图1-1-4所示。 图 1-1-3 电动汽车车用充电器 图 1-1-4 充电插头 一、充电系统的基本术语 5.充电接口 充电接口（Charging Inlet）又称充电（Charging Port），是指安装在纯电动汽车及插电式混合动力汽车上的电气插座，通常位于保护盖后面。充电接口的技术标准必须与插入车辆的充电插头一致，才能进行充电。充电接口如图1-1-5所示。 6.充电电缆 充电电缆（Charging Cable）是一级交流充电的便携式充电装置，其一端插入车辆，另一端插入220V墙壁插座。充电电缆如图1-1-6所示。 图 1-1-5充电接口 图 1-1-6 充电电缆 一、充电系统的基本术语 7.充电桩 充电桩（Charging Station）是一种用来将电能输送到插电式混合动力汽车或纯电动汽车的固定设备，通常安装于家庭车库、工作地点、停车场或公共区域。充电桩可能是像220V电气插座那样简单的充电装置，也可能是适合多种车型、多种充电标准的复杂充电装置。一些公共充电桩可免费使用，有些则需缴费，并由专人操作。充电桩如图1-1-7所示。 图 1-1-7 充电桩 二、电动汽车的分类 按动力供给方式和结构的不同，电动汽车可以分为燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）和纯电动汽车（Battery Electric Vehicle，BEV）。 1.燃料电池电动汽车 燃料电池电动汽车是使用甲醇、氢气和其他燃料经过化学反应发电，通过电动机带动车辆运行的汽车。电池的能量来自氢和氧的化学反应将化学能转化成的电能。燃料电池电动汽车如图1-1-8所示。 代表车型：丰田MIRAI和本田CLARITY。 图1-1-8 燃料电池电动汽车 二、电动汽车的分类 2.混合动力汽车 混合动力汽车是指同时使用传统燃料的发动机和电动机配合驱动的汽车。混合动力汽车的蓄电池由发电机提供能量进行充电，所以通常电池容量较小。混合动力汽车具有制动能量回收系统，在车辆制动时可将动能转化为电能存储在动力电池中，以减少能量损失，因此油耗较低。混合动力汽车如图1-1-9所示。 代表车型：丰田普锐斯、广汽丰田雷凌、一汽丰田卡罗拉。 图1-1-9 混合动力汽车 二、电动汽车的分类 3.纯电动汽车 纯电动汽车完全由电池提供电力驱动车辆运行。因为只有电池提供能量，电动机提供动力驱动汽车，所以这种车辆在行驶过程中可以实现零排放，也是我国大力推广的新能源汽车。纯电动汽车如图1-1-10所示。 代表车型：特斯拉系列，蔚来ES8，日产聆风，宝马i3，比亚迪e5、比亚迪e6、比亚迪秦PLUS EV，北汽EV系列，江淮iEV系列，上汽荣威E50及各大城市的纯电动公交车。 图1-1-10 纯电动汽车 二、电动汽车的分类 在世界范围内，日本在燃料电池电动汽车领域发展较快，已经初具规模；美国则选择插电式混合动力汽车为主要研究方向；德国近期在纯电动汽车领域大显身手。我国的新能源汽车在政府的主导下，以纯电动汽车为主要研究方向，发展势头较好，涌现出一批优秀的国产品牌，如比亚迪、北汽新能源、广汽新能源等。这些企业都具有自主研发的核心竞争力，为我国在新能源汽车领域实现弯道超车提供了机会。 三、主流电动汽车的续航里程 近年来，电动汽车续航里程大幅增加，基本上每年都有一定的跨越。2017年，纯电动汽车续航里程基本为150～200km，2018年基本超过300km。2019年推出的纯电动汽车续航里程基本超过400km，不少高续航版本都达到了500km，如吉利几何A、广汽埃安Aion S、蔚来ES6等。常见的国产电动汽车等速续航里程如表1-1-1所示。 表1-1-1 常见国产电动汽车等速续航里程 车企 车型 车型类别 续航：/km 威马汽车 威马EX5 SUV 460 腾势 腾势500 SUV 451 比亚迪 比亚迪E6 MPV 450 国金汽车 国金GM3 MPV 430 比亚迪 秦 ProEV 轿车 420 北汽新能源 北汽EU5 轿车 416 东风柳汽 景逸S50EV 轿车 410 广汽新能源 祺智EV SUV 410 比亚迪 比亚迪E5 轿车 405 东风汽车 俊风E17 轿车 405 四、电动汽车的充电模式 目前，按电动汽车充电速度及充电方式的差异，将电动汽车的充电模式分为常规充电模式、快速充电模式及更换电池组充电模式（换电模式）。另外，随着现代科学技术的不断进步，无线充电、移动充电等新型充电模式也逐渐兴起。 1.常规充电模式 常规充电模式是当前应用较为广泛的一种充电模式。由于其充电效率不高，充电时间相对较长，常规充电模式也被称为慢速充电模式。常规充电模式分布相对较为广泛，不但公共充电站会配备一定数量的充电桩，而且家庭所使用的充电桩一般也是常规充电模式的充电桩。电动汽车在生产过程中会为车辆配备相应的充电设备，在电池组电量不足的情况下可直接与充电桩上的设备相连接，实现电力传输。常规充电模式虽然消耗的时间比较长，但是对充电网络电压的要求并不高，对于广大用户而言，具有一定的经济性和适用性。常规充电模式如图1-1-11所示。 四、电动汽车的充电模式 2.快速充电模式 快速充电模式是指在较短的时间内对电动汽车实现电力传输，在充电过程中充电电流较大，充电的效率较高，主要作为一种应急充电模式，如图1-1-12所示。由于快速充电模式中的充电电流较大，因此对于充电网络的要求相对较高。同时，快速充电站的建设成本也相对较高，建设难度相对较大。另外，在短时间内对电动汽车实现大电流补给，会对电动汽车的电池组造成一定的损伤，从而缩短电池组的使用寿命。 图1-1-11 常规充电模式 图 1-1-12 快速充电模式 四、电动汽车的充电模式 3.更换电池组充电模式 更换电池组充电模式也称为机械充电模式，该模式主要是在电动汽车电池组电量消耗殆尽或电量较低时，将消耗殆尽或电量较低的电池组拆卸下来，更换为已充满电的电池组，从而保障车辆的正常运行。然后对拆卸下来的电池组进行充电，以便下次使用。更换电池组的时间仅为几分钟，极大地提高了工作效率，同时有效避免了快速充电对充电网络电压要求过高、大电流充电对电池组损伤过大的问题。更换电池组充电模式如图1-1-13所示。 图1-1-13 更换电池组充电模式 四、电动汽车的充电模式 4.无线充电模式 无线充电模式是指不依靠电缆传输电流，通过感应的方式对电动汽车电池组进行充电。采用该模式进行充电时，车辆和充电站都应配备相应的感应设备，以实现不依靠电缆的电流传输。目前使用最多的是通过电磁感应的方式进行无线充电，在此过程中，需要将车辆停放至指定位置，通过车辆与充电站的电磁感应装置实现信息交换，建立无线的电流传输通道。但是，此项技术并不完善，仍存在诸多不足与不便，因此并未得到大力推广。无线充电模式如图1-1-14所示。 图1-1-14 无线充电模式 四、电动汽车的充电模式 5.移动充电模式 与其他充电模式相比，移动充电模式对技术提出了更高的要求，车辆在运行过程中，可以不用停车直接与地面系统建立起电流传输通道，实现了在运行过程中充电。为了实现电动汽车在运行过程中充电，需要在运行道路上铺设相应的充电线路。一种方式是接触式充电，即通过车辆与道路的接触元件进行充电；另一种方式是感应式充电，即在道路上铺设感应线圈，通过车辆感应设备与感应线圈进行信息交换实现充电。但是由于该项技术并不成熟，并且在道路上铺设充电设施的成本较高，因此，该模式并未得到广泛推广和使用。移动充电模式如图1-1-15所示。 图1-1-15 移动充电模式 五、电动汽车充电站的组成 电动汽车充电站是指能为电动汽车补充电能的场所，一般包括供电系统、 充电系统、监控系统和配套设施，如图1-1-16所示。 其中，供电系统负责将电能转化成可以为电动汽车充电的状态，为充电做准备；充电系统负责为电动汽车直接充电，并进行计费；监控系统负责监控配电和充电，确保充电过程安全有序地进行；配套设施负责为电动汽车提供充电场所和后勤保障。 一般来说，大型充电站和中型充电站需要装设配电变压器，并且至少由两路电源供电，而小型充电站不需要装设配电变压器，一路供电就能满足需求。充电站中的充电设备必须采用统一的电气接口、通信规约等相关技术标准，从而节省运营成本。 图1-1-16 电动汽车充电站系统的组成 五、电动汽车充电站的组成 1.充电站供电系统 充电站供电系统提供电动汽车充电所需要的电能，并且保障电动汽车充电站正常运行。根据电动汽车的动力蓄电池容量、充电时所需要的电压和电流、车辆数量等的不同，供电系统的总容量也不同，可能达到兆伏安级，此时需要采用10kV甚至35kV以上高压供电方式为充电系统供电。高压供电经变压器转换为380V的低压动力电源，再分配给充电桩及其他辅助设备。 2.充电站充电系统 充电站充电系统的功能是提供满足电动汽车充电标准的电源，实现快速、便捷的充电，是整个充电站的核心部分。 充电系统必须能够满足各种类型电动汽车的充电要求，从而提供快速、便捷的充电服务，主要包括充电机、充电桩、计费装置等。充电计量和充电过程控制相关联，通过充电桩人机接口可选择“即到即充”“定时充电”“按容量充电”等充电方式。 五、电动汽车充电站的组成 直流充电设备和电动汽车之间的计量装置采用直流计量，设置多功能直流电能表，利用直流电能表对充电过程进行计量，并通过充电机监控器下发给充电桩人机接口，同时将充电计量信息进行显示和保存。 在交流充电机上设置智能交流电度表，准确度等级为有功0.5S级。通过RS-485/控制局域网（Controller Area Network，CAN）通信方式将计量信息传递给充电机监控器，并通过充电机监控器下发给充电桩人机接口，同时显示和保存充电计量信息。 3.充电站监控系统 充电站监控系统包含对供电、充电、安防等过程的监测，用来保障充电站的安全可靠运行。对充电站的监控可以使工作人员对充电站不正常运行状态做出迅速快捷的响应，以防事故发生。电动汽车充电站监控系统的网络结构分为以下三层。 （1）第一层为远程监控中心，包括数据服务器、Web服务器和监控主机等设备。 （2）第二层为监控工作站，包括数据处理模块和数据传输模块。 （3）第三层为充电站的各监控终端子系统，包括配电监控、充电监控、烟雾监视、温湿度监测和视频监视等子系统。 五、电动汽车充电站的组成 4.充电站配套设施 配套设施主要包括充电工作区、站内建筑、消防设施、电池维护设施、客户休息服务设施、标志设施、安防监控设施等。充电站内应包括行车道、停车位、监控室、休息室、卫生间等必要的辅助服务设施。 六、电动汽车充电站的布局和选址原则 1.与车辆充电需求分布一致 由于当前电动汽车发展技术受限，电动汽车使用较为广泛的领域主要有出租车及租赁汽车服务，个人主要用于短途交通出行，部分地区政府及公司也将电动汽车作为公务用车使用。当前较为常用的电动汽车充电模式包括常规充电模式、快速充电模式及更换电池组充电模式。随着电动汽车使用数量的增加，电量的消耗也在不断增长，对充电的需求也越来越强烈。因此，在布设电动汽车充电站时，应充分考虑电动汽车的充电需求。电动汽车使用频率越高、出行次数越多的地区，对充电需求越大，在该处合理位置布设充电站的意义就越大。但是，也不可布设过多的充电站点，应根据实际充电需求进行布设，布设过多会造成资源浪费，不利于社会的可持续发展。总而言之，电动汽车充电站的布局选址应充分考虑充电需求的大小，与充电需求相平衡。 六、电动汽车充电站的布局和选址原则 2.满足充电站服务半径要求 电动汽车充电站作为一种服务设施，具有一定的服务半径，能够满足一定范围内电动汽车的充电需求。当电动汽车电池组电量消耗殆尽或电量不足时，用户会选择较近的充电站为电动汽车进行电量补给。若充电站距离充电需求点较远，用户会放弃采用该处充电站进行充电，电动汽车就无法实现充电需求，因此在充电需求区域内设置充电站是十分必要的。但是，充电设施的数量也应与充电需求相平衡，在充电需求较小的区域设置过多的充电设施会造成部分充电设施闲置，从而造成社会资源的浪费。因此，在对电动汽车充电站进行布局选址的过程中，既要考虑为服务范围内的用户提供便捷的充电服务，也要考虑对充电设施进行合理的资源配置。我国在电动汽车发展方面起步较晚，在电动汽车充电站服务半径方面的研究较为缺乏，但充电站的性质与加油站性质相似，都是为车辆的运行提供动力源泉，因此在考虑充电站服务范围时可以参考加油站的服务半径，即可以采用0.9～1.2km的服务半径来进行设置。。 六、电动汽车充电站的布局和选址原则 3.满足城市总体规划和路网规划要求 随着电动汽车的不断推广，电动汽车充电站作为基础设施的作用越来越凸显，因此在对电动汽车充电站进行布局选址时应与城市总体规划相结合，满足城市总体规划中的各项条件和路网规划要求。另外，在对电动汽车充电站布局规划时应充分参考城市规划建设部门的意见，与城市的发展趋势相结合，避免在布局选址中重复布设。同时要防止建设滞后的问题，与城市发展速度不相适应既不利于城市的可持续发展，也不利于电动汽车的推广和使用。 4.充分考虑本区域的输配电网现状 电动汽车充电站的正常运行需要建设区域内配电网络以提供电力供给，因此充电站的布设应与供电单位进行协商，提前做好准备。另外，供电单位在布设城市供电网络的过程中，也应将充电站的布设考虑在内，在不影响城市电力供给的前提下，满足电动汽车充电站正常运营工作的供电需求。除此之外，充电站的充电桩在给电动汽车充电的过程中，会伴随有谐波污染问题，从而使电力供给的质量降低，因此在电动汽车充电站布设中应将谐波污染问题考虑在内。 5.充分考虑电动汽未来发展趋势 随着环境污染的不断加剧和资源消耗的增加，电动汽车越来越受到国家政策的支持和广大用户的认可，电动汽车的快速发展已成为趋势，因此在布设电动汽车充电站时应从长远考虑，不仅要满足当前电动汽车的充电需求，还要考虑未来电动汽车大量增长后的充电需求。但是考虑到充电站的使用寿命，也不可过于超前设置，否则易造成资源浪费。总而言之，电动汽车充电站的布局选址应从全局和长远利益进行考虑。 6.避开交通繁忙路段 电动汽车充电站的布设在考虑不影响现有基础设施的前提下，应当尽可能与基础服务设施共同建设，共同满足基础社会服务的需求。在城市中布设电动汽车充电站时，避免在城市道路相交处或交通密度较大的地段建设，以免对城市交通造成不必要的影响。因此，应当尽量选择在城市道路旁的空闲区域建设。这样既满足了电动汽车的充电需求，又不妨碍城市的交通运行。 六、电动汽车充电站的布局和选址原则 七、电动汽车充电站的安全防护 （1）安全技术防范系统宜与充电设施同步设计、同步施工，独立验收。 （2）电动汽车充电设施应根据充电站、电池更换站、分散充电设施的具体需求配置安全技术防范系统。 （3）安全技术防范系统设计应遵循安全稳定、可扩充、技术先进、经济合理、实用可靠的原则，充分考虑充电设施自身特点和防护对象的重要程度，采用相应的防护措施，构建安全技术防范系统。 （4）安全技术防范系统所用设备、器材的安全性能指标应符合GB 16796—2022《安全防范报警设备 安全要求和试验方法》和相关产品标准规定的安全性能要求。 （5）安全技术防范系统包括视频安防监控系统、入侵报警系统和出入口控制系统，应符合GB 50348—2018《安全防范工程技术标准》的相关要求。 （6）安全技术防范系统应实现对视频安防监控系统、入侵报警系统和出入口控制系统的统一管理。各系统间应既能实现联动，又能独立运行，某个系统发生故障不应影响其他系统正常运行。 （7）安全技术防范系统应选用具有开放通信协议和接口的系统及设备，其具有良好的兼容性并能与上级管理机构联网集成，可实现远程集中监控、管理。 （8）安全技术防范系统应接受时钟同步系统校时，保证系统时间一致，其误差小于1s。 八、电动汽车的无线充电技术 电动汽车的无线充电技术属于高新技术，目前处于快速发展阶段。无线充电技术虽然被许多人视为新技术，但实际上它已经有百年的历史。这项技术在被发明之后一个多世纪的时间里并没有较大的进步与应用，直到最近移动设备用户的大量增长，才使它重新进入人们的视野，其主要作用就是满足人们的便捷式充电要求。电动汽车的无线充电技术原理有电场耦合、磁场耦合和电磁辐射等，无线充电技术的类型不同，应用的效果也有所不同。目前，电动汽车的无线充电技术主要采用磁场耦合方式，其原理是利用埋在路面下的发射线圈产生高频交变磁场，由路面上安装在行驶车辆上的拾取线圈拾取能量，从而为车载储能设备进行充电。这可以大大减少车辆搭载电池组的数量，并延长其续航里程。电动汽车无线充电方式可分为静态无线充电和动态无线充电两种，其系统原理和参数设计相同，而磁路机构不同。图1-1-17和图1-1-18所示分别为电动汽车静态无线充电方式和电动汽车动态无线充电方式。 图1-1-17 电动汽车静态无线充电方式 图1-1-18 电动汽车动态无线充电方式 九、充电场所的分类 电动汽车充电场所大致分为充电站、停车场、私家车库、动态无线充电道路。在日常工作与生活中的不同时段和地点，电动汽车用户会选择合适的充电场所为电动汽车充电。由于充电需求的差异性，充电场所的建设规模、配备设施、电压等级、负荷特性也各不相同。所以，大量电动汽车在进行充电时会出现各种各样的问题，与其对应的充电策略也会随之调整。为了规划好大量电动汽车的充电服务，我们需要提前分析充电场所的各项特点，根据这些特点制定合适的充电策略。图1-1-19所示为电动汽车充电情景示意图。 图1-1-19 电动汽车充电情景示意图 谢谢聆听 $