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电动汽车车载充电器

在我上一篇关于电动汽车充电连接器类型的文章中,我们研究了用于为电动汽车充电的不同类型的连接器。这些连接器要么是交流的,要么是直流的。根据它们是交流的还是直流的,它们要么连接到车载充电器 (OBC) AC-DC,要么通过 DC-DC 转换器直接连接到电池。

电动汽车充电器

充电器有两种类型:

  1. OBC:车载充电器,内置于车辆
  2. EVSE:电动汽车供电设备或充电站(可以是交流电或直流电)。这些设备位于车辆外部,可以是家庭、办公室或公共场所的 1 型或 2 型交流电,也可以是 3 型直流电快速充电公共站。

在本文中,我将介绍主要为交流到直流的车载充电器 (OBC)。

车载充电器 (OBC) 如何工作?

来自电网 (AC) 的电流通过连接器通过 EVSE(1 级或 2 级充电站)到达车载充电器。车载充电器将电流整流或转换为直流电并将其发送到电池组。电池组是否关闭接触器以及它接受的功率取决于电池管理系统 (BMS)。车载充电器将与 BMS 通信,因为这将确定电池组是否可以充电以及它将接受什么充电功率。交流电 AC 可以是单相或三相,具体取决于充电器。

电动汽车 (EV) 和 EVSE 之间需要通信。这是通过 Pilot Wire 实现的。Pilot Wire 有助于通信并识别 EVSE 的类型和 OBC 的电流要求。然后 EVSE 提供所需的输入电流。

如果使用直流充电,则车载充电器将被绕过,并且电流将通过 BMS 和直流-直流转换器直接发送到电池组。

让我们看一下下面的车辆示意图:

https://www.nrel.gov/research/transportation-all-electric.html

车载充电器内部发生什么?

OBC 分为 4 个阶段:

  1. EMI 滤波器
  2. 功率因数校正 (PFC)
  3. 直流-直流转换器
  4. 筛选

1.EMI 滤波器

OBC 的第一阶段是 EMI 滤波器。此阶段可消除和过滤交流电源中的有害噪声。有害噪声可能由蜂窝网络变压器、电动机和其他电网变量引起。它还通过限制电压和电流峰值来保护 OBC 的其他阶段。

2.功率因数校正(PFC)

功率因数校正阶段是交流到直流的转换阶段。

功率因数是真实功率 (W) 与视在功率 (VA) 的比值。如果该比值小于 1,则电路布线必须承载比必要更多的电流。功率因数校正是一系列使用电子设备将功率因数提高到接近 1 的方法。功率因数损失可能是由于信号位移或失真造成的。电容器、电感器用于解决位移并使电流波与电压相位同相。通常出现在非线性电路中的系统失真比线性电路中的位移稍微复杂一些。系统失真可以通过被动或主动校正来校正。

3. DC-DC 转换器

来自功率因数校正的输入直流电源(约 700V DC)在电路中间的变压器中升压/降压。对于大多数电动汽车,电压在 400 至 1000V DC 之间。

隔离式 DC/DC 转换器将电网与高压 DC 总线隔离。请注意,DC/DC 转换器还位于高压车辆总线和 12V 车辆总线之间。在这两种情况下,它们都会在总线电压之间进行转换,并隔离总线以确保安全。

4. 过滤

在最后阶段,输出滤波器被放置在末端以消除任何剩余的谐波。这是一个微调阶段。然后,微调后的电压被提供给电动汽车的高压电池。

OBC 的作用是什么?

OBC 控制电池充电所需的电流和电压,无论是通过恒定电流模式还是恒定电压模式。两种充电模式都有各自的优点和缺点。恒定电流充电效率高,充电速度快,但电池可能会过度充电,从而缩短其使用寿命。在恒定电压模式下,开始时可能会有过多的电流进入电池,这可能会导致电池过热并缩短其使用寿命。

因此,充电器采用两种充电策略,即充电策略,开始时它以恒定电流模式充电,直到电压达到给定的幅度,然后转为恒定电压充电。

来源:https ://www.hindawi.com/journals/jat/2019/2613893/

OBC 的功率输出是多少?

许多电动汽车制造商都有自己的车载充电器,但也有许多独立的一级汽车电子供应商拥有自己的车载充电器并供应给电动汽车原始设备制造商 (EV OEM)。

根据其为单相还是三相,车载充电器的功率输出通常在 3.7kW 至 22 kW 之间变化。

电压可以为单相 120 至 240 V 交流电或三相 240 至 480 V 交流电。

以下是一些 EV OEM 车载充电器示例:

特斯拉车载充电器: https: //www.tesla.com/support/home-charging-installation/onboard-charger

大众 ID 4: 7.2 kW https://www.myevreview.com/tech-specs/volkswagen/id-4/pure

大众 ID Buzz: 11 kW https://www.myevreview.com/tech-specs/volkswagen/id-buzz/82-kwh

宝马:所有宝马,例如宝马 iX3 目前都有 11 千瓦https://www.bmw.com/en/innovation/how-to-charge-an-electric-car.html

锂电池组系列传感器介绍

锂电池中的传感器主要用于监测和管理电池的状态,确保其在安全性、性能和寿命等方面的最佳表现。这些传感器通常集成在电池管理系统 (BMS) 中,实时监控电池的各种关键参数。

锂电池组价格

电池价格出现 2017 年以来最大年度跌幅。研究机构彭博新能源财经 (BNEF) 的分析显示,锂离子电池组价格将从 2023 年的 115 美元/千瓦时下降 20%,创下历史新低。

锂电池组中常用的连接器

锂电池组中的连接器和接插件在电动车、电池储能系统(ESS)和便携式设备中至关重要。它们负责电气连接、信号传输和稳定的机械连接,确保电池的安全性和可靠性。

锂电池组常用的连接器/接插件类型

1️⃣ 高压连接器

  • 电压范围:通常在60V-1000V,适用于电动车(EV)、储能系统(ESS)。
  • 电流范围:大多在50A-500A,根据功率需求不同。
  • 材料:采用高绝缘材料(如PBT、PA66)和镀银铜合金端子,确保耐高温、耐腐蚀和高电流通过能力。
  • 结构特点
    • 防水防尘设计:采用IP67/IP68等级的防水设计。
    • 锁扣系统:防止因振动或冲击造成的松脱。
    • 高压互锁 (HVIL):通过内置的低电压信号线,确保在拔出连接器前断开高压电流,保障安全。
  • 应用场景电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、储能电站等。

2️⃣ 低压信号连接器

  • 电压范围:通常为5V-48V,用于控制和信号传输。
  • 功能:连接BMS与电池组之间的信号线,传输温度、电压、电流和SOC等信息。
  • 端口类型
    • 圆形连接器:如M8、M12连接器,用于传输信号和小电流控制信号。
    • 矩形连接器:常见于模块化电池组,传输多条数据信号(I2C、CAN总线等)。
  • 特性
    • 小体积、高密度:节省空间,尤其在小型电池系统中(如消费类电子设备)。
    • 屏蔽设计:防止信号干扰,尤其是在高电流、高压电池组中。
  • 应用场景:用于BMS信号传输、车载数据通信、控制面板等。

3️⃣ 动力连接器(电流连接器)

  • 电流范围50A-1000A,用于高功率负载。
  • 结构特点
    • 快速断开设计:采用插拔式结构,方便电池更换或维修。
    • 高导电率材料:镀银/镀金铜端子,确保低接触电阻。
    • 耐高温设计:通常可耐受**-40°C~125°C**的温度范围。
    • IP等级:通常为IP67/IP68,防水防尘。
  • 品牌和型号
    • Anderson Power Products (APP) 连接器:常用于动力电池和储能系统。
    • TE Connectivity Ampseal:在汽车和工业电池系统中广泛应用。
  • 应用场景电动车电池、动力电池更换系统、储能设备的电流连接等。

4️⃣ 信号和数据传输连接器

  • 信号类型:I2C、UART、CAN总线、RS485等通信协议。
  • 结构特点
    • 多针设计:一次连接多条信号通道(如BMS数据、温度、SOC等)。
    • 高密度小型化:用于小型电池模块,传输温度、电压、SOC信号。
    • 防EMI/EMC干扰:采用屏蔽层,防止外界电磁信号干扰。
  • 常见类型
    • FPC连接器:柔性扁平电缆连接器,通常用于小型电池(如笔记本、手机电池)。
    • IDC连接器:用于将扁平电缆连接到印刷电路板(PCB)。
  • 应用场景电池组BMS信号采集、通信系统、家用电池储能系统

5️⃣ 模组化连接器(可插拔电池系统)

  • 模块化特性:可拆卸设计,支持电池快速插拔和更换。
  • 典型设计
    • 盲插设计:支持“盲插”,即不需要精准对齐即可连接,便于自动化操作。
    • 插头/插座式结构:电池组(模块)插入托架中,完成电气和信号的连接。
  • 应用场景可换电池的电动车、换电站、家用储能设备

🔍 常见的品牌与型号

品牌

类型

代表产品

应用场景

TE Connectivity

高压/信号连接器

AMP+ HVA 280

电动车、电池组、储能系统

Anderson Power

动力连接器

SB50/SB175/SB350

动力电池、换电站

Molex

模块化连接器

Micro-Fit 3.0

小型电池、BMS信号

Phoenix Contact

工业连接器

HEAVYCON

工业储能系统

Amphenol

高压连接器

SurLok Plus

电动车、电池模组

JST

信号连接器

PH/BH/ZH系列

小型电池组、PCB板

Hirose

信号连接器

DF系列连接器

便携设备、BMS信号

📘 选型注意事项

  1. 电流/电压等级:根据电池组的电压和电流需求,选择相应的高压或低压连接器。
  2. 环境适应性:室外电池系统需选择IP67/IP68等级的防水防尘连接器。
  3. 耐高温和防火性:在高温环境中,连接器材料需符合UL94-V0阻燃等级。
  4. 机械锁扣/防误插设计:用于高压动力连接器,防止意外断开。
  5. 互锁和紧急断电功能:对于高压电池组,高压互锁 (HVIL) 必不可少,确保在拆除连接器前断电。

📦 实际应用场景

  • 电动车 (EV) 和混合动力车 (HEV):高压大电流连接器,保障电池系统的高效、安全连接。
  • 家庭储能系统 (ESS):采用模组化电池系统,支持电池快速更换和扩展,使用大电流连接器和信号传输连接器。
  • 工业储能设备:需要高功率的接插件,IP68和UL认证的高压连接器是首选。
  • 可更换电池(换电站):采用模块化的盲插式连接器,便于快速更换电池。

锂电池电芯关键参数指标

电芯作为储能行业关键的部件, 我们常常需要购买电芯,然后设计成对应容量的PACK,所以我们希望在任何电池规格表上看到许多关键电池指标。一般设计者主要关注的电芯主要参数此文主要总结一下用户设计选型电芯需要关心的主要指标及相关指标的定义

深入了解电池的充电状态 (SOC) 和健康状态 (SOH) 估算技术

 

基于锂离子 (Li-ion) 电池的电池组用于多种应用,例如混合动力电动汽车 (HEV)、电动汽车 (EV)、储存可再生能源以供日后使用,以及在电网中储存能量以用于各种目的,例如电网稳定性、调峰和可再生能源时间转移。在这些应用中,测量电池的充电状态 (SOC) 非常重要,它定义为可用容量(以 Ah 为单位),并表示为其额定容量的百分比。SOC 参数可以看作是一个热力学量,使人们能够评估电池的潜在能量。估计电池的健康状态 (SOH) 也很重要,它表示与新电池相比,电池储存和输送电能的能力。ADI 的电源控制处理器 ADSP -CM419是能够处理本文讨论的电池充电技术的处理器的完美示例。

固态电池厂家介绍

固态电池是使用固体电极和固体电解质的任何电池技术。这在能量密度和安全性方面具有潜在的改进,但在循环、制造和固体夹层耐用性方面面临非常大的挑战。

钠离子电池

钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似,两种化学反应都依赖于离子在主体结构之间的插入。此外,钠基电池的结构与商业上广泛使用的锂离子电池几乎相同。然而,钠离子电池与锂离子电池有几个根本区别,既有优点也有缺点:

5V到3.3V 逻辑电平转换

很多时候我们必须将 5V 设备连接到 3.3V 设备。这种情况在 Arduino 上非常常见,但其他应用程序也可能需要 5V 到 3.3V IC 或系统进行通信。在许多情况下,可能需要某种逻辑电平转换器/转换/转换电路。

锂硫电池

锂硫电池可能是最成熟的超锂离子电池化学材料,其潜在能量密度可达 600Wh/kg 以上。此外,还具有大幅降低成本和提高安全性的潜力。然而,许多挑战意味着其循环寿命较差。因此,其潜力引起了人们的关注,并且在基础化学阶段需要进行大量研究。