国网太原供电公司 030012
摘要：新能源电动汽车的快速发展带动了与之配套的充电基础设施的快速增长，同时也出现了很多问题，一是运营企业参差不齐，所管理的充电站出现多种问题，影响充电安全、用户体验，间接阻碍了电动汽车的发展，本文对电动汽车充电设备特性的研究进行分析，以供参考。
关键词：电动汽车；充电设备；特性研究
引言
发展电动汽车是新世纪中国应对能源和环境危机的一项重要决策，对实现汽车产业振兴、建设汽车强国之梦提供了难得的历史机遇。自2015年国务院发布《国务院办公厅关于加快新能源汽车充电基础设施建设的指导意见》以来，中央各部委积极落实政策执行，加快新能源汽车充电基础设施的建设。
1直流充电桩控制系统的硬件设计与器件选型
充电设备控制器的硬件设计，充电设备控制器主要完成与计费控制单元、充电模块和BMS的通讯、以及数字开出开入量的检测等管理。具有3路CAN总线通信接口，其中1路与充电模块通信，另外2路可分别同时与2辆电动汽车的BMS1和BMS2通信。充电设备控制器通过与BMS的信息交互，读取电动汽车充电所需的电压电流等参数，然后将参数通过CAN总线传递给充电模块，由充电模块来进行充电电压电流的输出。充电设备控制器还具有2路RS485接口，其中1路RS485与计费控制单元通信，将充电过程中实时电压、电流、单体电池电压、温度等参数传递给计费控制单元来进行显示，同时接收计费单元的充电、停止等控制命令；另外1路RS485与交直流绝缘监测模块通信，通过实时读取绝缘监测模块的绝缘电阻值来判断充电桩与电动汽车的绝缘性能，以便出现异常状况时实时作出系统保护。
2充电桩控制系统的软件设计
（1）软件整体结构设计充电设备控制器与计费控制单元之间主要完成对计费控制单元的命令的解码，通讯协议按照一问一答的模式进行信息交互，报文数据采用CRC16的校验方式来增强通信间的正确性。然后通过与BMS及充电模块的信息交互来实现实时数据的上传、显示及保护功能。充电设备控制器的软件包含：与计费控制单元的通信、数字开关量检测模块、与充电模块的CAN通信、与电动汽车BMS的CAN通信等。下面主要介绍一下与BMS的CAN通信设计。（2）BMS的CAN通信软件设计STM32内部集成有CAN总线模块，遵循CAN2.0B协议标准，CAN控制器的标志符长度29位，即支持29位标志符的扩展模式，先传高位，再传低位，传输速率采用250kbps。
3充电电流特性
交流充电桩的充电电流特性。对于较老车型而言，充电过程分为三个阶段，满功率充电约2h，降功率充电约1h，最后以约3.5A的充电电流充电50min；随着老车型保有量逐渐减小，对于新车型而言，多采用恒流充电，且以32A恒流充电居多。
4充电功率特性
非车载充电机的充电功率特性，充电规律参考非车载充电机充电电流特性。但值得注意的是，在这个过程中，由于充电电压逐渐上升，故充电功率在每个阶段内也是逐渐上升的。非车载充电机内部搭载多个功率模块，常见的功率模块为15kW、20kW。市面上主流的充电设备额度功率为60～90kW，电动大巴车用充电设备额度功率一般为120kW及以上。不同车企的不同车型其电动汽车的BMS均存在细微差别，并对充电功率特性产生影响。当非车载充电机充电能力大于电动汽车充电需求时，充电速度的决定权在于电动汽车的技术性能（容量、倍率、充电电压和电流等）；反之则由非车载充电机本身充电能力决定，充电设备额度功率越大，充电速度越快。在充电最后阶段都有降容充电的特点，只是降容开始的时间和降容次数有所不同。
5电动汽车充电设备特性的研究
5.1充电设备的充电特性
对于新车型而言，交流充电桩多采用恒功率充电，且以7kW恒功率充电居多。对于非车载充电机，受电动汽车BMS的影响，当非车载充电机充电能力大于电动汽车充电需求时，充电特性的决定权在于电动汽车的技术性能；反之则由非车载充电机本身充电能力决定，充电设备额度功率越大，充电速度越快。在充电最后阶段都有降容充电的特点，只是降容开始的时间、降容系数和降容次数有所不同。
5.2充电设备的谐波特征
1）60kW非车载充电机A枪为众泰E200（电池电量80%）进行充电，充电电流为5A。2）60kW非车载充电机B枪为北汽EC200进行充电，采用分段充电，起始阶段充电电流为40A，接近充满时12A。3）60kW非车载充电机A枪为北汽EU260进行充电，采用分段充电，起始阶段充电电流为60A，接近充满时20A。4）L1相接3.3kW交流充电桩和7kW交流充电桩分别为北汽EC180、北汽EU260进行充电；L2相接3.3kW交流充电桩为北汽EC180进行充电；L3相无负载。无论交流充电桩还是非车载充电机，在充电电流较大时，谐波含量较小；在充电电流较小时，谐波含量较大。从数据来看，无论交流充电桩还是非车载充电机，谐波含量都不大。
6发展趋势问题
6.1互操作性
互操作性是EVWPT规模化应用的基础，是保障公共应用场景下任意满足互操作性要求的车载端设备能够在地面端设备实现安全、高性能充电的基础。对于EVWPT系统的车载端设备，存在Z1—Z3共三类离地间隙，存在WPT1—WPT3(3.7kW、7.7kW、11kW)共三类功率等级，因此对于WPT3的地面端公共应用场景设备，需要支持9类车载端设备。要求系统在车辆充电电压范围内(280—450V)、全偏移(X:75mm、Y:100mm)、Zx包含范围内均能够实现满功率输出，且系统效率不低于80%。以上互操作性的约束条件是未来EVWPT系统参数设计必须参考的准则。
6.2便捷化
便捷化主要目标是实现无感充电，电动汽车停车充电阶段可能由人驾驶完成，也可能由自动泊车完成。由人驾驶停车充电时，由于EVWPT系统对车辆偏移量有要求(X:75mm、Y:100mm)。为增加驾驶者一次性将车辆停在充电区域(偏移范围)内，需增加额外的停车辅助系统，要求能够在车辆入库过程中精确检测原边线圈和副边线圈之间的相对位置，并将位置信息可视化提供给驾驶者。即无线充电系统需要增加引导对齐功能，能够实现全天候场景(雨、雪、雾、沙尘、无光照等)下的停车可视化引导。由车辆自动泊车充电时，由于自动泊车系统的停车精度一般大于100mm，因此也需要引导对齐功能，此外，还需要与自动泊车系统进行深度融合，将原边线圈和副边线圈的相对位置信息交互给自动泊车系统，且需与自动泊车本身的车辆位置信息进行联合判断，避免车辆停车碰撞障碍物的风险。
结束语
系统经过测试运行，实现了对充电堆的实时可视化监控，方便了充电堆的运营管理，提高了工作效率以及充电设备的安全运行能力，降低了企业的维护成本，同时可以将充电堆本地的数据库信息发送到云平台，能够方便接入外部平台，具有良好的可拓展性，具有一定的行业推广价值。
参考文献
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