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电动汽车充电站充放电设备


电动汽车充电站充放电设备

许继电源有限公司 2010 年 1 月





1. 概述........................................................................................................

..................2 2. 许继的技术优势......................................................................................................2 3. 充放电设备..............................................................................................................3 4. 监控系统设备........................................................................................................20 5. 谐波治理设备........................................................................................................22

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1. 概述
电动汽车以电代油,能够实现“零排放”与“低噪音”,是解决能源和环境 问题的重要手段。随着石油资源的紧张和电池技术的发展,电动汽车在性能和经 济性方面已经接近甚至优于传统燃油汽车,并开始在世界范围内逐渐推广应用。 以电动汽车为代表的新一代节能与环保汽车是汽车工业发展的必然趋势已经成 为普遍共识。 充电系统为电动汽车运行提供能量补给,是电动汽车的重要基础支撑系统, 也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。在充电系统中,充电站的建设 需要根据电动汽车的充电需求,结合电动汽车运行模式进行相应的规划和设计。 目前,以电力公司主导的电动汽车充电站的技术和建设规范已相继出台,并建成 多个示范工程,为充电站的推广积累了宝贵的经验。 许继电源作为电力直流操作电源设备的主要供应商, 掌握有蓄电池充放电的 关键技术和制造能力,参与国家电网公司电动汽车充放电装置技术标准的制订, 是电动汽车充放电设备技术开发与产品制造的先导企业。

2. 许继的技术优势
许继电源是专业从事电力电子产品研发、制造与系统集成的厂商,主要产品 包括电力直流操作电源、电力专用 UPS、有源逆变蓄电池放电装置、大功率电力 电子 STATCOM(SVG)和 APF 设备。其中直流操作电源、电力专用 UPS、有源逆变 蓄电池放电装置的销量居全国第一, 大功率电力电子设备的研发和制造技术国内 处于领先地位。 许继电源从 1988 年开始研发、生产蓄电池充放电装置,充放电技术经历了 从相控变换技术到高频变换技术两个时代,1998 年以后完全进入高频变换时代。 用于直流储能的蓄电池经历了固定式防酸电池、隔镍碱性电池、阀控式铅酸电池 和锂离子电池, 积累了丰富的充放电设备的研发、 制造和运行经验。 到目前为止, 已研发、制造、交付商业运行的充放电设备涵盖了交流侧电压 380V/220V,直流 侧电压 12V~800V、电流 5A~400A、最大功率 300kW 的范围,先后供货 12 万余 台充放电设备。已熟练掌握了包括单向和双向 AC/DC、DC/DC,单相和三相 PFC 等多种拓扑结构的高频变换控制技术和 IGBT、 MOSFET 功率变换器件的应用技术、

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热设计技术和电磁兼容设计技术。 许继电源致力于为电力控制提供高性能和高可靠的电源解决方案,生产的 PZ61 系列高频开关直流电源和 PBD 系列电力专用 UPS 产品,服务运行的 500kV 及以上变电站达 110 余座、 220kV 变电站达 480 余座、 110kV 及以下变电站达 9600 余座,其中特高压直流输电工程的换流站大部分采用许继电源的 PZ61 系列直流 操作电源产品。 在发电领域, 服务运行的 1000MW 机组达 28 台 (国内 60%以上) 、 600MW 机组达 106 台、300MW 机组达 116 个、风电场达 82 座。 大批量在电力系统运行的高频整流和逆变电源产品, 许继电源积累了丰富的 网上运行经验,利用熟练的高频开关功率变换设计与制造技术,根据电动汽车的 充电需求,使我们能够在短时间内开发出适用于电动汽车充电站的充放电设备。 如 2009 年的四季度,许继电源仅用三个月的时间,成功为上海世博园电动汽车 充电站设计制造了 125A/75V 充电机 196 台和 75A/400V 充电机 56 台。 目前, 这两种规格的电动汽车充电机全部通过了国家开普实验室的电磁兼容 试验和型式试验,产品的技术指标先进,输入谐波电流总畸变率小于 5%、效率 大于 92%,具有为电动汽车动力电池,安全、自动充满电的能力和与电池管理 系统及充电站监控系统通信的功能,2010 年 4 月即可投入商业运行。 在电力系统自动化方面,许继电气具有成熟的 CBZ-8000 变电站自动化控制 产品,它的软硬件技术平台可以移植到充电站的监控系统中,针对充放电管理的 特点和要求,开发相应的充电站管理应用程序。 综上所述,在电动汽车充电站设施领域,许继不但能提供核心的充电和充放 电设备,而且也能够提供充电站的监控设备。

3. 充放电设备
电动汽车充放电设备包括非车载充电机、车载充电机、非车载充放电装置和 交流充电桩等,分别说明如下: 充电机是指采用传导方式将电网交流电能变换为直流电能, 为电动汽车动力 电池充电,提供人机操作界面及直流充电接口,并具备相应测控保护功能的专用 装置。充电机固定安装在电动汽车外的称为非车载充电机,固定安装在电动汽车 上的称为车载充电机。 非车载充放电装置是指固定安装在电动汽车外, 采用传导方式实现电网交流
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电能与电动汽车动力电池电能之间的双向转换, 提供人机操作界面及直流充放电 接口,并具备相应测控保护功能的专用装置。 交流充电桩是指固定在地面、柱上或墙上,采用传导方式为具有车载充电机 的电动汽车提供交流电能,提供人机操作界面及交流充电接口,并具备相应测控 保护功能的专用装置。

3.1 非车载充电机
3.1.1 原理结构 非车载充电机为模块化设计,单个充电模块的输出功率为 10kW。10kW 以上 的充电机采用 2 个或以上的充电模块并联工作,满足整机输出功率需求。 1)ZCD10 充电模块 ZCD10 充电模块输入采用有源功率因数校正电路, 其电气原理如图 3-1 所示, 外形结构如图 3-2 所示(3U 高 630mm 宽) 。

+ 交 流 输 入 A B C 及 采 样 电 路 及 采 样 电 路 直 流 输 出 E M I 交流检测 APFC控制 RS485 PWM控制 监控单元 PID调节 均流控制 直流检测 CS E M I

-

图 3-1 ZCD10 充电模块原理拓扑图

图 3-2 ZCD10 充电模块外形图 2)ZCD20 充电模块 ZCD20 充电模块输入采用无源功率因数校正电路, 其电气原理如图 3-3 所示, 外形结构如图 3-4 所示(3U 高 19 英寸宽) 。

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+ 交 流 输 入 A B C 及 采 样 电 路 及 采 样 电 路 直 流 输 出 E M I 交流检测 RS485 PWM控制 监控单元 PID调节 均流控制 直流检测 CS E M I

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图 3-3 ZCD20 充电模块原理拓扑图

图 3-4 ZCD20 充电模块外形图 3)ZCD11、ZCD21 系列 10kW 非车载充电机 10kW 非车载充电机是采用 1 个 ZCD10 或 ZCD20 充电模块单机工作,并通过 RS-485 连接充电监控与通信管理单元,具备人机交互、与 BMS 通信等非车载充 电机的全部功能,其原理拓扑如图 3-5 所示,外形结构如图 3-6 所示。

LCD 触摸屏

充电监控 电池管理 智能电表

CAN通信线 2 2 2 CAN通信线 RS485通信 通信管理单元

控制引导线 辅助电源线 2 2

电动汽车 电动汽车

RS485 交流输入 10kW 充电模块 直流输出

4

2

图 3-5 10kW 非车载充电机原理拓扑图

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(6U 高 630mm 宽) 图 3-6 10kW 非车载充电机外形图 4)ZCD1X、ZCD2X 系列 20kW~200kW 非车载充电机(X 为并联模块个数) 20kW~200kW 非车载充电机是采用 2~20 个 ZCD10 或 ZCD20 充电模块并机工 作,并通过 RS-485 连接充电监控与通信管理单元,具备人机交互、与 BMS 通信 等非车载充电机的全部功能, 其原理拓扑如图 3-7 所示, 外形结构如图 3-8 所示。

LCD 触摸屏

充电监控 电池管理 智能电表

CAN通信线 2 2 2 CAN通信线 RS485通信 通信管理单元

控制引导线 辅助电源线 2 2

电动汽车 电动汽车

RS485 交流输入 10kW 充电模块1 RS485 10kW 充电模块2 直流输出

4

2

10kW 充电模块N

图 3-7 20kW~200kW 非车载充电机原理拓扑图

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(高≤2260mm×宽≤800mm×深≤800mm) 图 3-8 20kW~200kW 非车载充电机外形图 3.1.2 功能特点 1)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。充电机典型的充电程序流程图如下:
开始 初始化端口

禁止充电

N

电池连接状态是否正常 N Y 到达充电电压设定值 开始充电 Y 恒流充电 恒压充电

降充电电流

Y

单体电压大于设定值 N

单体电压大于设定值 N N

Y

降充电电流

N

单体电压正常

Y

电池电流小于设定值 Y 涓流充电

电池电流小于设定值 Y

Y

单体电压正常

N

N 单体电压大于设定值 Y 结束充电 N 电池电流小于设定值 Y 结束充电

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2)具备手动充电功能,在充电过程中,通过专业操作人员设置充电方式、 充电电压、充电电流等参数,充电机根据设定参数执行相应操作,完成 充电过程。 3)具备高速 CAN 网络与 BMS 通信的功能,判断充电机是否与电动汽车正确 连接;判断动力电池类型;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。 4)可通过高速 CAN 网络或工业以太网与充电监控系统通信,上传充电机和 动力电池的工作状态、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。 5)彩色触摸屏显示与输入人机交互界面,可显示当前电池类型、充电方式、 充电电流、充电电压、充电时间、充电电量及计费信息;在手动设定过 程中能显示输入和帮助信息;在出现故障时能显示相应告警内容;通过 触摸屏可对充电机的参数进行设定或对充电机进行启动或停止控制。 6)完备的安全防护措施: 紧急停止充电按钮; 人工确认启动充电; 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; 直流输出防止反接功能; 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。当充电机与电动汽 车正确连接后,充电机才能允许启动充电过程;当充电机检测到与 电动汽车连接不正常时,立即停止充电;

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充电联锁功能, 保证充电机与电动汽车连接分开以前车辆不能启动; 具有阻燃功能。 3.1.3 充电接口 1)非车载充电机与电动汽车的充电接口定义如图 3-9 所示。
1.直流动力线 + 2.直流动力线 3.保护地线 PE

非 车 载 充 电 机

4.充电控制导引线 + 5.充电控制导引线 6.通信 CAN-H 7.通信 CAN-L 8.辅助电源 + 9.辅助电源 -

电 动 汽 车

图 3-9 非车载充电机与电动汽车的电气连接 2)非车载充电机采用单一插头的车辆连接器与电动汽车的车载充电插孔相 连接,具有防误操作功能及锁紧装置防止连接意外断开。 3)车辆连接器功率触头额定电流可选 63A、125A、250A,寿命≥10000 次。 3.1.4 技术指标 1)环境条件 工作温度:-20℃~+50℃; 相对湿度:5%~95%; 海拔高度:≤2000 米。 2)交流输入 交流工作电压:380V±15%(三相四线) ; 交流工作频率:50Hz±1Hz; 满载功率因数:ZCD10 系列≥0.99,ZCD20 系列≥0.94; 谐波电流总畸变率:ZCD10 系列≤5%,ZCD20 系列≤26%; 3)直流输出 稳流精度:不超过±1%; 稳压精度:不超过±0.5%;

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纹波系数:≤0.5%; 满载效率:ZCD10 系列≥92%,ZCD20 系列≥94%; 最高电压:1.05×电池充电限制电压×电池串联个数;典型电压值 可选择 75V、300(350)V、400(450)V、500(550)V、600(650)V; 最低电压:电池放电限制电压×电池串联个数; 最大电流:按电池厂家要求的最大充电电流确定; 最大功率:最高输出电压×最大输出电流,按 10kW 的倍数确定。 4)结构防护 外壳防护等级: 室内 IP32、 室外 IP54, 结构上防止手触及带电部分。 充电机金属外壳和零件采用双层防锈处理,非金属外壳具有防氧化 保护膜或进行防氧化处理。 充电机内部印制电路板、接插件进行防潮湿、防霉变、防烟雾处理, 满足 TH 工作条件。 5)平均无故障时间:MTBF≥50000h。

3.2 车载充电机
车载充电机主要为小型电动汽车进行补充电能,充电功率较小,可利用建在 路边、小区等的交流充电桩为电动汽车充电,并充分利用低谷时段充电。 3.2.1 原理结构 车载充电机输入采用有源功率因数校正电路,其电气原理如图 3-10 所示, 外形结构如图 3-11 所示(长 420mm×宽 160mm×高 120mm) 。

+ 交 流 输 入 L N 及 采 样 电 路 及 采 样 电 路 直 流 输 出 E M I 交流检测 APFC控制 CAN通信口 PWM控制 监控单元 PID调节 辅助电源与控制口 直流检测 E M I

-

图 3-10 车载充电机原理拓扑图

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图 3-11 车载充电机外形图 3.2.2 功能特点 1)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。 2)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。 3)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。 4)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

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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。 3.2.3 技术指标 1)环境条件 工作温度:-30℃~+70℃(50℃以上限制输出功率 50%) ; 相对湿度:5%~95%; 海拔高度:≤2000 米。 2)交流输入 交流工作电压:220V±20%(单相三线) ; 交流工作频率:50Hz±1Hz; 满载功率因数:≥0.99; 谐波电流总畸变率:≤5%; 3)直流输出 稳流精度:不超过±0.5%; 稳压精度:不超过±0.5%; 纹波系数:≤0.5%; 满载效率:≥94%; 电压范围:140V~350V; 电流范围:1A~10A; 最大功率:2.5kW(输出可恒功率控制) 。 4)结构防护 全封闭结构,外壳防护等级 IP54。 充电机金属外壳和零件采用双层防锈处理,非金属外壳具有防氧化 保护膜或进行防氧化处理。 充电机内部印制电路板、接插件进行防潮湿、防霉变、防烟雾处理, 满足 TH 工作条件。 5)平均故障间隔时间:MTBF≥50000h。

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3.3 非车载充放电装置
3.3.1 V2G 技术概要 V2G(电动汽车入网)描述的是一种新型电网技术,电动汽车不仅作为用户 和电力消费体,同时,在电动汽车闲置状态时做为绿色移动储能单元接入电网为 电网提供电力,V2G 技术就是电动汽车的能量在受控状态下实现与电网之间的双 向互动和交换,是“智能电网技术”的重要组成部分。应用 V2G 技术,电动汽车 动力电池的充放电将被统一部署,根据既定的充放电策略,在满足电动汽车用户 行驶需求的前提下,将剩余电能双向可控回馈到电网。

图 3-12 V2G 应用的信息与能量传输 随着国家智能电网和电动汽车双向智能充放电装置的技术成熟, 输配电网络 与电动汽车将通过智能电网和无线网络实现信息交互和能量双向流动。 电网企业 和电动汽车用户将获得双赢:对电网企业,电动汽车在夜间充电能提升负荷低谷 时的运行效率,同时在白天停运负荷高峰时回放电网;对电动汽车用户,以低价 在夜间低谷时充电,根据需要以高价在白天负荷高峰时把电能回卖电网,进一步 降低电动汽车的使用成本。 3.3.2 双向智能充放电装置原理结构 双向智能充放电装置(EV-PCS)的系统原理如图 3-13 所示。由 AC/DC 高频 整流(逆变)模块、DC/DC 双向高频变换器、EV-PCS 控制器和通信监控管理单元

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组成。当电动汽车动力电池充电时,AC/DC 从电网吸收有功功率以维持 DC/DC 直 流输出电流或电压的稳定,当电池能量通过 DC/DC 向电网释放时,AC/DC 模块为 稳定 DC/DC 输入端口的直流电压将自动转入逆变工作模式, 将蓄电池能量释放到 电网中。EV-PCS 通信监控管理单元实现与智能电表(SM) 、电池管理系统(BMS) 、 人机交互终端(UT)及后台管理系统(EV-EMS)的通信功能。

图 3-13 双向智能充放电装置系统原理 双向智能充放电装置(EV-PCS)的外形结构如图 3-14 所示,采用电力标准 机柜尺寸(高 2260×宽 800×深 600) ,机柜下部安装 AC/DC 模块和 DC/DC 模块, 上部安装 EV-PCS 控制器及通信监控管理单元。

图 3-14 双向智能充放电装置外形图

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3.3.3 功能特点 1)具有“充电模式”和“充放电模式”两种运行方式: 充电模式:充放电装置作为单一充电机的功能运行,只允许充放电 装置向电动汽车动力电池充电的工作状态; 充放电模式(V2G 模式) :充放电装置依据电网运行需要和电池管理 系统提供的信息,自动转换充放电状态和调整充放电运行参数,以 实现电动汽车动力电池和电网之间电能的双向传递。 2)人机交互界面功能: 可显示当前充放电状态、动力电池类型、充放电电流和电压、充放 电时间、充放电电量及荷电状态(SOC) ;电网侧电压、电流、功率 及计费信息。 在手动设定过程中能显示输入和帮助信息;在出现故障时能显示相 应的告警内容;通过触摸屏可对充放电装置的参数进行设定或对其 进行启动或停止控制。 3)参数设定 充电参数设定: 在充电过程中, 充放电装置依据电网运行信息和 BMS 提供的数据动态调整充电运行参数、执行相应的动作,对电池进行 充电。 放电参数设定: 在放电过程中, 充放电装置依据电网运行信息和 BMS 提供的数据动态调整放电运行参数、执行相应的动作,对电网输出 电能。 在充放电模式下,可设定如下放电限制条件:放电时间、放电电流 限值/放电功率限值、 放电终止条件 (电池组电压、 荷电状态等) 等。 4)通信功能 EV-PCS 向 BMS 传送设备信息 (最大充放电电压和电流、 设备状态等) ; BMS 向 EV-PCS 传输电池信息(当前 SOC、端电压、最大允许充放电 电压及电流限值、电池总容量等) ,并获取 EV-PCS 设备信息(最大 电压、电流限值) 、工作模式等。 EV-PCS 向用户终端(UT)传送设备状态、连接状态、充放电电压及

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电流、已充放电量信息、电价信息等;用户终端获取用户信息、用 户设置信息、EV-PCS 设备状态、连接状态、电价信息,获取 SM 的 电量信息,向 EV-PCS 下发用户信息、工作模式、参与时间、SOC 限 值、启动/停止指令等。 EV-PCS 与 SM 进行 485 通信,获取 SM 的电量信息。 EV-PCS 向后台管理系统传送所连接的车辆信息(电池当前 SOC、端 电压、最大允许充放电电压及电流限值、电池总容量等)和用户信 息(用户卡号、余额、已充放电量、充放电开始与结束时间等) ,并 根据后台管理系统充放电指令信息、用户选择信息和电池当前 SOC 等信息进行充电或放电操作,实现能量的双向流动。 5)完备的安全防护措施 紧急停止充放电按钮; 人工确认启动充放电; 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; 直流输出防止反接功能; 输出软启动功能,防止电流冲击; 在充电过程中,充放电装置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是否正确连接。当充放电装置与电动汽车正确 连接后,充放电装置才能允许启动充电过程;当充放电装置检测到 与电动汽车连接不正常时,立即停止充电; 充放电联锁功能,保证充放电装置与电动汽车连接分开以前车辆不 能启动; 具有阻燃功能。

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3.3.4 技术指标 1)环境条件 工作温度:-20℃~+50℃; 相对湿度:5%~95%; 海拔高度:≤2000 米。 2)交流输入 交流工作电压:380V±15%(三相四线) ; 交流工作频率:50Hz±1Hz; 满载功率因数:≥0.99; 谐波电流总畸变率:≤3%; 3)直流输出 电压范围:200V~350V,300V~550V; 充放电电流:5A~100A; 稳流精度:不超过±1%; 稳压精度:不超过±0.5%; 电压纹波系数:≤0.5%; 电流纹波系数:≤2%; 满载效率:≥92%; 额定功率:30kW,45kW。 4)结构防护 外壳防护等级: 室内 IP32、 室外 IP54, 结构上防止手触及带电部分。 充放电装置金属外壳和零件采用双层防锈处理,非金属外壳具有防 氧化保护膜或进行防氧化处理。 充放电装置内部印制电路板、接插件进行防潮湿、防霉变、防烟雾 处理,满足 TH 工作条件。 5)平均无故障时间:MTBF≥50000h。

3.4 交流充电桩
3.4.1 原理结构 交流充电桩的电气原理如图 3-15 所示, 分为落地式和壁挂式两种外形结构,

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如图 3-16 所示和 3-17 所示。

LCD 触摸屏 2 打印机 CPU 控制器 读卡器 RS485 ~220V输入 2 Wh 2 ~220V输出 控制引导线

图 3-15 交流充电桩原理拓扑图

LCD 触摸屏

LCD 触摸屏

打印机

读卡器

打印机

读卡器

停止

停止

充电口

充电口

电 动 汽 车 充 电 桩

图 3-16 落地式交流充电桩外形图 3.4.2 功能特点

图 3-17 壁挂式交流充电桩外形图

2)人机交互界面采用大屏幕 LCD 彩色触摸屏,充电可选择定电量、定时间、 定金额、自动(充满为止)四种模式;显示当前充电模式、时间(已充 电时间、剩余充电时间) 、电量(已充电电量、待充电电量)及当前计费 信息。 3)读卡器用于身份识别、记录电量消费信息。打印机用于消费票据打印。

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4)完备的安全防护措施: 紧急停止充电按钮; 输出过流保护功能; 输出漏电保护功能; 自动判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。当交流充电桩与电 动汽车正确连接后,充电桩才能允许启动充电过程;当交流充电桩 检测到与电动汽车连接不正常时,立即停止充电; 具有阻燃功能。 3.4.3 充电接口 1)交流充电桩与电动汽车的充电接口定义如图 3-18 所示。
1.动力线 L

交 流 充 电 桩

2.动力线 N 3.保护地线 PE 4.充电控制导引线 + 5.充电控制导引线 6.备用 7.备用

带 车 载 充 电 机 的 电 动 汽 车

图 3-18 交流充电桩与电动汽车的电气连接 2)交流充电桩采用单一插孔的车辆连接器与电动汽车车载充电电缆插头相 连接,具有防误操作功能及锁紧装置防止连接意外断开。 3.4.4 技术指标 2)环境条件 工作温度:-20℃~+50℃; 相对湿度:5%~95%; 海拔高度:≤2000 米。 3)工作电源 交流工作电压:220V±15%; 交流工作频率:50Hz±1Hz; 额定输出功率:3.5kW、7kW。

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4)结构防护 充电桩壳体坚固,防护等级 IP54,结构上防止手触及带电部分。 充电桩金属外壳和零件采用双层防锈处理,非金属外壳具有防氧化 保护膜或进行防氧化处理。 充电桩内部印制电路板、接插件进行防潮湿、防霉变、防烟雾处理, 满足 TH 工作条件。 5)平均故障间隔时间:MTBF≥50000h。

4. 监控系统设备
4.1 充电站监控系统
如图 4-1 所示,充电站监控系统的网络结构分为三层:第一层为充电站中央 监控管理系统,包括数据服务器、WEB 服务器、监控主机等设备;第二层为配电 监控、 充电监控、 烟雾监视和视频监视四个子监控系统; 第三层为现场智能设备。 各子监控系统通过局域网和 TCP/IP 协议与中央监控管理系统连接,实现对整个 充电站的数据汇总、统计、故障显示及监控。
第一层 数据服务器 WEB服务器 监控主机 以太网

第二层

配电监控系统 以太网 变 压 器 保 护 测 量 控 制

充电监控系统 CAN总线 充 电 机 充 放 电 机

烟雾监视系统 CAN总线 充 电 架 烟 雾 报 警 器 其 它 烟 雾 报 警 器

视频监视系统 视频线 主 要 设 备 运 行 区

第三层 开 关 柜

电 池 管 理 系 统

人 员 出 入 主 要 通 道

图 4-1 充电站监控系统网络拓扑结构示意图 4.1.1 配电监控系统 配电监控系统通过以太网、串口等实现充电站供电系统信息的交换和管理, 除实现一次开关、 变压器等供电设备监测和控制, 和常规二次保护、 测量、 控制、

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信号等功能外,该系统与充电站中央监控管理系统通信,保证在充电系统出现故 障时, 配电系统能采取适当的措施进行安全处理, 如充电机失控不能停止充电时, 配电监控系统自动切断动力电源。 4.1.2 烟雾监视系统 烟雾监视系统主要监视充电架上的电池状态,或其它重要区域的设备状态, 当动力电池或其它设备发生冒烟、燃烧等危险时发出报警,并立即通知中央监控 系统进行相应的安保处理。 4.1.3 视频监视系统 视频监视系统对整个充电站的主要设备及人员进行安全监视, 防止发生意外 事故。 4.1.4 充电监控系统 充电监控系统采用分层的网络拓扑结构,基本结构如图 4-2 所示。
上级系统

监控主站 数据服务器 以太网

监控工作站1

监控工作站N

设备CAN总线或工业以太网

充电机1

....

充电机N CAN2.0 BMS

充电机1

....

充电机N CAN2.0 BMS

CAN2.0 BMS

CAN2.0 BMS

图 4-2 充电监控系统网络拓扑结构示意图 充电监控系统是由一台或多台工作站或服务器组成,包括监控工作站、数据 服务器等, 这些计算机通过网络联结。 监控工作站提供充放电监控人机交互界面, 实现对充电机的监控和数据收集、查询等工作;数据服务器存储整个充电系统的 原始数据和统计分析数据等,提供数据服务及其他应用服务。充电机将自身运行

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数据和动力电池充电数据实时传送给监控工作站, 监控工作站也可以通信对充电 机启停及充电电压、电流实现控制。 当充电站的规模较小,充电机数量不多时,采用单台监控工作站即可满足监 控要求;当充电站的规模较大,充电机数量较多时,可以采用二台或二台以上监 控工作站,并根据需要选择配置数据服务器。充电监控系统作为充电站监控系统 的核心部分,具备以下功能: 1)通信功能 采用 CAN 或工业以太网方式与充电机通信;能够通过以太网、串口等通信方 式与上级系统通信。 2)数据采集 实时采集充电机的工作状态、运行参数、故障信息数据,及动力电池的基本 信息、电压、温度、SOC、充电量、故障信息等数据。 3)控制功能: 遥控充电机启停、紧急停机、远方设定充放电参数等。 4)充电模式控制 根据上级系统指令以及 BMS 提供的动力电池信息, 调整充电机的充电模式及 充电运行参数。 5)数据处理 具备充电机越限报警、故障统计、充电数据存储、动力电池数据存储等数据 处理功能。 6)事件记录 具备事件顺序记录、充电运行参数记录、操作记录、故障记录、动力电池参 数记录等功能。 7)人机操作 具备画面显示与操作以及报表管理与打印功能。 8)系统维护 具备数据库、界面及图形、系统参数维护以及系统自诊断等功能。

5. 谐波治理设备
电动汽车充电机属于谐波源负荷,会产生谐波电流注入公用电网,影响电网
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电能质量水平。因此需要采取措施抑制其谐波电流注入,以改善电能质量,降低 电能损耗,保证电网的安全、经济运行。

5.1 谐波治理方法
5.1.1 采用有源功率因数校正电路的 ZCD10 系列充电机, 其满载工作的输入功率 因数接近于 1,谐波电流总畸变率小于 5%,根据现场实际监测情况可不 设集中补偿装置。 5.1.2 采用无源功率因数校正电路的 ZCD20 系列充电机, 其满载工作的输入功率 因数小于 0.94,谐波电流总畸变率达到 26%,对电能质量影响较大,可 采用有源滤波器在低压母线侧集中补偿, 补偿容量按不小于充电机总功率 的 20%配置。

5.2 有源滤波器技术
5.2.1 系统原理 有源滤波器 APF(Active Power Filter)是基于电压源变流器(VSC)的一 种新型谐波补偿电力电子装置,与负载并联使用,能有效抑制负载谐波,提高功 率因数,改善电网供电质量,降低电能损耗。 如图 5-1 所示,有源滤波器并联于供电系统电网中,通过实时检测出非线性 负载电流中需要补偿的基波无功电流及谐波电流, 快速产生一个与该电流大小相 等而极性相反的补偿电流,达到谐波抑制并提高功率因数的目的。
iS iC iL

C T

电网

负荷

有源滤波器

图 5-1 有源滤波器系统原理图 5.2.2 应用效果 系统采用有源滤波器时,它能将 2~50 次谐波有效地抑制。可根据电网 的情况调整电压与电流波形的相位角,修正电流波形,提高功率因数,有效
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地抑制谐波干扰。 有源滤波除了滤除谐波外, 同时还可以动态补偿无功功率, 其优点是反映动作迅速,滤除谐波可达到 95%以上。

图 5-2 补偿前系统电流波形

图 5-3 补偿前系统电流波形

5.3 有源滤波器设备
5.3.1 产品型号 许继电源生产的 XJAPF 系列有源滤波器产品的型号规格定义如下:

额定电压:380V; 额定电流:50A,100A,200A,300A; 电源相数:三相三线、三线四线。

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图 5-4 XJAPF 有源电力滤波器柜 5.3.2 技术指标 工作电压:380V±20%; 工作频率:50Hz±0.5Hz; 输出电流:50A~300A; 补偿谐波频率:2~50 次,取决于谐波源负载的特征谐波; 响应时间:<10ms; 运行效率:≥98%; 运行方式:单机或多机并联运行; 冷却方式:强制风冷; 10 秒过载能力:150%; 长期过载能力:110%; 装置保护:过流、过热、电网过/欠压、电网缺相; 通讯接口:RS-485,支持 MODBUS 通讯协议; 防护等级:IP32。 5.3.3 功能特点 基于全数字控制技术,有效避免控制器参数漂移,采用先进的高精度 控制算法,保证了良好的稳态补偿效果。

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技术先进,采用软锁相环技术、瞬时无功功率检测技术、全数字化矢 量控制技术等国际领先的控制技术 输出采用 LCL 滤波器,能够有效滤除开关纹波,防止 APF 对电网产生 高频干扰。 无需现场检测谐波参数,即装即用,能够对电网环境进行自适应,不 与系统发生谐振,运行安全可靠。 补偿功能强大,可选择单独补偿谐波、单独补偿无功、谐波与无功综 合补偿功能。 适合快速变化的负载情况,动态响应时间小于 10ms。 模块化设计,容量扩展方便,可多柜并联运行,便于调试维护。 保护可靠,具有交流过/欠电压、输出过电流、直流过/欠电压、逆变 器短路、逆变器过热、开关拒动、定值设置错误等保护功能。

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