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【年终分享帖】充电桩解密之我见

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yzpc05d_x04
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  • 2015-12-31 10:09:07
前作为某公司充电桩研发的探路人,现就充电桩进行解密,此贴内容为研发充电桩个人见解,主要摘自研发笔记,不足之处请拍砖。PS:本人现专功其他研发,本帖信息为多年的资料整理,部分信息略显老旧;
前篇
  工信部披露的《中国制造2025》节能与新能源汽车产业发展战略目标,对于2020年或者更远的2025年新能源发展作出明确规划:其中,明确提出纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、节能汽车、智能互联汽车是国内未来重点发展的方向。
  近日,工信部披露的《中国制造2025》节能与新能源汽车产业发展战略目标,对于2020年或者更远的2025年新能源发展作出明确规划:其中,明确提出纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、节能汽车、智能互联汽车是国内未来重点发展的方向。
  规划明确指出:到2020年,自主品牌纯电动和插电式新能源汽车年销量突破100万辆,在国内市场占70%以上;到2025年,与国际先进水平 同步的新能源汽车年销量300万辆,在国内市场占80%以上。纯电动汽车和插电式混合动力汽车不仅要稳占国内市场头把交椅,还要走出国门。
  对于燃料电池汽车领域,《2025》要求,到2020年,燃料电池车将不再局限于是概念车,到2020年,生产1000辆燃料电池汽车并进行示范运行;到2025年,制氢、加氢等配套基础设施基本完善,燃料电池汽车实现区域小规模运行。
  在节能汽车方面,到2020年,乘用车新车整体油耗降至5升/100公里,2025年,降至4升/100公里左右。到2020年,商用车新车油耗接近国际先进水平,到2025年,达到国际先进水平。智能互联是未来汽车发展的热点。
  《2025》明确提出,到2020年,掌握智能辅助驾驶总体技术及各项关键技术,初步建立智能网联汽车自主研发体系及生产配套体系。到2025 年,掌握自动驾驶总体技术及各项关键技术,建立较完善的智能网联汽车自主研发体系、生产配套体系及产业群,基本完成汽车产业转型升级。


第一节 充电桩类型
    充电桩按照类型可分为交流桩、直流桩
    交流桩应用于本身自带充电机的汽车,其充电机内部具有限流、限功率的功能;此类汽车主要为家用代步汽车,但是此充电法时间比较长,而且充电机本身会发热(其实就是一台AC-DC电源,可见提高电源效率和热设计的重要性);
    直流桩为解决交流桩充电速度慢而革新的产物,因快速充电,而需要大功率充电机,大功率必然带来了大体积,考虑到电动汽车本身的空间,充电机不再置于汽车内部,而是独立出来;

第二节 交流充电桩
    交流充电桩,主要为家庭或者公司等场所的应用,考虑到其体积小(汽车内部空间有限),所以充电功率相对小,单相电足够应付且方便;       
    目前功率有两种:16A/32A;   
    需要的主要部件:桩体、输出单元、电量计量单元、计费中心(读卡、计费等等)、输出控制单元、各种保护单元(过欠压、过流、温度、湿度、防雷、霉变、鼠虫等等)、网络通讯接口等;

第三节 直流充电桩   
    直流桩为大功率快速而设计,其本身的物理特性导致了功率转换单元必须置于车外,一般有两种:1、桩与转换单元为一体的结构;2、集中供电,供电房集中能量转换,然后支路送给各个桩口用于充电;
    直流桩的应用对象为两种:1、小客;2、大巴;
    小客:这是未来的主要市场区域;输出电压范围:320VDC~500VDC,功率为15KW~50KW之间;
        大巴:100A充电电流
400A;功率为50KW~200KW之间;
        需要的部件:除上述交流桩所需各个部件外,还需一套大功率功率转换单元(AC-DC);

第四节 国家标准
         未命名图片.png
        GB/T20234.1-2011 电动汽车传导充电用连接装置 第1部分 通用要求
        GB/T20234.2-2011 电动汽车传导充电用连接装置 第2部分 交流充电接口
        GB/T20234.3-2011 电动汽车传导充电用连接装置 第3部分 直流充电接口
        GB/T27930-2011 电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议
        GB/T28569-2012《电动汽车交流充电桩电能计量》

第五节 运营方法
    1、国家控股统一加电站,如加油站一般,方法
       1)集中充电;
       2)换电即走(从应用的角度看,此法可行,像08年北京奥运会一样,因为没有人愿意等30分钟以上,这样会造成交通堵塞的);  
    2、小区运营:住户停车充电,桩/车;

第六节 附属行业
    1、箱体结构;                   
       因充电桩外壳IP等级需要达到54,即IP54;故而充电桩前面最好开模;
    2、电缆;
       对于直流充电桩其充电电流较大,需要的传输线缆必须为低阻高通的线材,应当减小线损,不同温度下耐折弯、爆嗮、抗低温、耐碾压等;
    3、通讯;             
       1)各个充电桩最终需要“集中管理”,对于偏远地方零星桩体,单个桩体建站管理是不靠谱的,可以采用GPRS(定位)、GSM/CDMA等无线对其进行监控;
       2)站内充电桩需要一个数据中心对其状态,充电电量进行实时检测;此处需要用到EtherNET、WIFI等技术;
    4、银联;
       1)银行卡绑定;
          需要与银行数据终端对接,手续复杂,安全性不够;如果可以与POS机很好对接为佳;
       2)充值卡;
          如公交卡,但很容易A城市的卡到B城市去用不了;建议国家统一标准;
       3)第三方银号;
          如支付宝,马云...           
    5、安防监控;
       电、火、水、偷、毁等;
       电:30mA的电流就可以挑逗心胀,
       火:发热元件,如输电线缆,如功率变换半导体器件;
       水:导体,可以载舟,可以覆舟;
       偷:人为,输电线缆全是铜,一根好重啊;外设智能设备,高科技;
       毁:每天都有很醉的,喝醉的都有个别耍酒疯的;
    6、电子行业;
       1)计量——智能电表;
          如果用现成的智能电表作为计费单元,可以省去此部分计费的审计;
       2)门禁——RFID/CPU卡/M1卡;
          当个别老大爷没有学会用银联卡,更没有学会用支付宝(马云,任务仍然很艰巨啊...),或者忘记带以上设备时,请到充电站管理中心办张临时卡,就上以前网吧上网卡一样;
       3)电源——大功率电源;
          充电机;因为新能源产业,功率因数≥0.99,效率大于0.9;这可是硬性要求;
       4)嵌入式;
          CAN、485、GSM/CDMA、EtherNet等通讯方式;

          急停功能;

          交流输入过/欠压保护;

          缺相保护;

          直流输出过压保护;

          直流输出欠压告警;

          过温保护;

          过负荷保护;

          短路保护;

          漏电保护;

          防雷保护;

          漏电保护;

          电池反接保护等。

     7、电池

          新材料电池;

结束语
        眼下电动汽车行业正值少年光华,各大公司也相继推出了相应的电动汽车以及充电桩;   

    但就本人愚见,需要理性对待新能源汽车产业链;前几年,某新能源XXXXXX行业,导致了有些公司上午开业,下午就倒闭的不在少数,而且生产此XXXXX产品过程中带来污染需要好几年才能净化;

    据说购置新能源汽车会相应有优惠,那么3年之后换电池的时候也会有吗?

    如果说有什么牵绊着新能源汽车发展的脚步,那就是车子的动能;新材料电池必须有所突破;

    新材料电池必须具备以下特点,充电快、抗爆、耐高低温、可复用性时间长、无污染(如果制造此电池的污染治理大于此电池带来的收益,那么就不是科技的进步);

        个人比较看好混动,起动的时候,有很多能源是浪费的,此时可以使用电动,正常运转的时候切换到油动;低速时切换到电动;

    某天看到网上有科研单位爆出,充电十分钟,能跑300公里;提问:能量守恒,充电机的功率得多大,电网是否够,如何保证电网最优发电;

    亮点:如果电只是作为辅能,使用新燃料;举例(此例不恰当,仅为说明观点):若核能可以很好的应用汽车能动上,而核能转换需要少量的辅能作为催化剂(电能),少量电能充电时间当然短;

    最后预祝新能源汽车行业能够早点给社会带来好的福利;
基于充电桩的触摸屏人机界面HMI设计开发
充电桩
本帖最后由 yzpc05d_x04 于 2016-1-7 10:37 编辑

admin
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管理员
  • 2015-12-31 10:23:24
 
等待楼主更深入的讲解
gongwl-mt
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  • 2016-1-4 17:02:20
 
目前电池充电技术已经很成熟,我觉得主要的是充电管理和电费的计量方式,到底采用时间计量还是功率计量,需要采用统一的标准,因为每个车辆充电的时间不一致,占用的时间也不一样,如果按功率计费,或许充电完成后没有及时撤走,而继续占用资源,当然这些问题需要进一步研究。
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-5 09:32:11
 
这个或许该借鉴出租车的收费了(据说出租车等的时间长了也是需要收费的),可以在充电结束时,充电桩呼叫车主,在规定时间内移走车辆(前提是需要在充电之前输入手机号)。这些功能都是可以实现的。
nc965
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  • 2015-12-31 11:36:14
 
从上述描述发现一个问题,望楼主给予解释:
冲电桩最大功率100KW是吧?
给大巴充电,大巴发动机最大功率也是100KW差不多是吧?
假定效率100%,无损。
充电时间30分钟,意味着大巴发动机只能运行30分钟,感觉还是不好用。

aili
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高级工程师
  • 2015-12-31 12:27:50
 
大巴又不是一直100Kw
yzpc05d_x04
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  • 2015-12-31 14:25:24
 
这个问题不太懂,但此疑问可以向电动汽车制造业提出疑问;
l83429276
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实习版主
  • 2016-1-5 13:10:41
 
我也疑问,冲30分钟,那功率得多大。即使转换电源能供的上,那变电所出来的变压器不要单独做一路。。。。
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-5 13:19:36
 
充电站的供电,可以考虑单独对其布线转换电压;
hellbaron2008
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  • 2016-1-3 22:34:38
 
"换电即走(从应用的角度看,此法可行,像08年北京奥运会一样,因为没有人愿意等30分钟以上,这样会造成交通堵塞的)"
关于这点我有疑问,充电的时候直接换电池是快速,那买一块电池一直换就不用买第二块了,那旧电池谁买单?

aili
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高级工程师
  • 2016-1-4 08:45:12
 
在天朝肯定车主买单,加到电费里
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-5 09:33:33
 
8楼说的对,这个只有国家付出点了,就当社会福利了。
EV许
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高级工程师
  • 2016-8-31 17:27:31
 
现在还没有普及,以后普及了,这是一笔大开支啊,**吃得消吗
M18115176675
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本网技工
  • 2016-8-18 18:00:27
 
电池很贵的
yzpc05d_x04
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  • 2016-8-18 18:04:51
 
充电桩核心技术  欢迎讨论;
hwx-555
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  • 2016-1-4 08:44:14
 
主要问题是为什么一定要国营,如果像开商店一样,任何人只要通过安全检测就可以经营,充电站就会遍地开花。充电方便,行业有充分的竞争,很多问题就自然解决了。
功率大小,充电快慢,迟早会解决的。
power_boy
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高级工程师
  • 2016-1-4 16:04:55
 
如果想让充电桩遍地开花还是会遇到一些问题:
1.快充:大功率快充需不需要拉专门的电网?这样子国营就会很方便动作,私人基本不可想象;
2.慢充:只能在小区或工作场所的停车场地进行,适合物业来运营这些充电桩;
3.停车充电的场地也是一个大问题!
hwx-555
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总工程师
  • 2016-1-4 17:12:35
 
首先是不要限制民去运营,石油是战备需要,电能完全不是,再限制就是独裁行为。
车的使用电能一般都是即时需求,快充应是趋势。慢充适合在停车场和家庭使用。所以,需要推广建设的应是快充。如果以换电池方式实现即时使用,那么电池需要为一个标准件,又是另一个难题。
再说快充电站,其实投入没有想象中那么大,很多公司及用电量大的个体户都可以自已出资购买变压器从高压接电,高压线网络在城市中其实很密集的。高压落地后就是充电桩了,场地反而会是最大的投入。
EV许
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高级工程师
  • 2016-8-31 17:28:48
 
还有就是万一出现事故,尽量避免人流多的地方,以免造成伤亡。
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-5 09:37:12
 
也可以私营,但是不太好管理,另外投入成本相当大,短期(3年内)很难回本,而且还要不断投钱维护等;国家电网,南方电网都是国家控股的。
炎黄的后人
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  • 2016-12-16 17:01:36
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是啊,上游是国网,如果是私营,不知道会有多少人为的门槛
lclbf
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LV8
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  • 2016-1-4 19:05:08
 
楼主上具体电路上来分析一下工作原理。
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-5 09:39:47
 
这个除了能量转换环节外,就是通信了,如485,CAN,EtherNet等(任何一个嵌入式学习板都会有的功能),另外就是各种保护电路,您可以根据功能自顶而下设计,再优化,真正的电路其实很简单,我也是做了才知道的。
ljj1993
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高级工程师
  • 2016-1-4 21:23:24
 
获益匪浅呀,电池确实是制约电动汽车发展的瓶颈!
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-5 10:28:39
 
交流充电接口
AC.jpg
直流充电接口
DC.jpg
qqtan
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  • 2016-1-6 16:26:37
 
可以简单介绍下接口的定义吗
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-7 10:45:27
 
交流接口
ac1.png ac2.png ac3.png
EV许
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  • 2016-8-31 17:30:29
 
这都是国标的吧。
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-7 10:45:54
 
直流接口
dc1.png dc2.png
xushicai
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  • 2016-1-8 16:42:31
 
学习了,这年头做电源不容易,说不定哪天就要做充电桩了!
lclbf
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  • 2016-1-9 08:18:38
 
工作电流大,插头很重要,若是有接触不良,后果很严重的,如何让插头接触可靠?
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-11 14:36:35
 
车内插座略微斜向上,充电头向下,相互翘着;接头部位有类似膛线的螺纹;拔下需要力度,想必是可靠的;
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  • 2016-1-11 14:49:18
 
最好不要插头
xushicai
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  • 2016-1-11 15:12:56
 
你说的是无线充电吗?
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  • 2016-1-11 15:39:19
 
我啥也没说
xushicai
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  • 2016-1-11 16:13:40
 
以前听过陈为老师讲的一个课题,是关于汽车无线充电的,但是好像还处在研究阶段
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-12 13:34:02
 
无线充电,变化的磁场产生电能,就目前而言,充电功率是否会受到限制,另外电磁污染是个要必须解决的难题;
nc965
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  • 2016-1-12 13:46:08
 
如果磁头对磁头,倒是没有这些问题。
xushicai
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  • 2016-1-12 14:34:51
 
有道理,你这个思路好!
无线充电大多数的是用天线的方式,电磁污染比较大。
如果汽车里一半变压器磁芯+绕线(副边),外面一半变压器磁芯+上绕(原边),磁芯对准贴在一起组成一个完整的变压器,也可实现无线充电。关键是磁芯要对准贴在一起!(是不是和插线差不多?
nc965
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  • 2016-1-12 16:37:35
 
比电接触的精度要求低多了,且安全,还可智能启动
xushicai
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  • 2016-1-12 16:57:17
 
嗯,应该是一个可行的方案
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  • 2016-1-12 18:04:41
 
重量和块头可能是个问题
xushicai
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  • 2016-1-12 18:09:09
 
外面的那半个变压器的开关频率可以搞的比较高,体积是不是就小下来了
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-13 09:52:20
 
1月7日,在扬州的是德产品分享会上,有提出来,概念型150公里的无线充电高速公路。不知是否可行;
alexnemo
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  • 2016-8-23 14:50:42
 
会很重,我们这边的试验阶段来看,光磁芯就很重了,线圈的重量倒是其次了,然后固定磁芯的外壳也是重量的大头
yzpc05d_x04
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  • 2016-8-24 08:24:40
 
磁芯易碎,是怎么解决的?
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-13 09:50:50
 
这个方案倒是挺特别的。能否画个示意图呢?
nc965
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  • 2016-1-13 09:54:47
 
如果那些学部委员和工信部、国标委官员在制定标准时都完全没有提到的事情,那一定还有其他原因,就不折腾了吧。
本帖最后由 nc965 于 2016-1-13 09:56 编辑

yzpc05d_x04
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  • 2016-1-13 10:55:06
 
若想充电速度快,可以使用超级电容作为动力蓄电池,但是跑的时间不长,约10分钟;
这种方案在崇明岛已经应用到公交车上了,车子进站,充电天线升上去,利用停车下客的短暂时间充电,到下一站还得照样停车下客;
那么问题来了,如果连续多个站点没有客上或客下,岂不会就会趴在路上呢?
EV许
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  • 2016-9-1 11:29:53
 
哇偶,这样也行啊,前辈,好6啊
EV许
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  • 2016-8-31 17:31:49
 
感觉现在有线的很多难题都没有解决,无线的话需要的过程应该会更长吧。
nc965
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  • 2016-1-13 12:10:25
 
再出个主意
不充电,也不换电池,只换电解液,旧液回收再处理,比加油还快,还安全环保低碳。

本帖最后由 nc965 于 2016-1-13 13:10 编辑

xushicai
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  • 2016-1-13 13:13:12
 
这样环保吗?安全吗?
据说电池的电解液狠毒的,随便换漏出来掉怎么办?且电池都是封好的,经过检测的,里面如果漏进了气体会不会爆炸?
nc965
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  • 2016-1-13 14:26:23
 
问题不在这里,问题在于现在还没有这样的电池,未来可能有。
这个电池应该是这样的:放电(释能)过程只是电解液改性过程,电极不能改性,电极之间还要有液体可以流动的空间。
这个电解液应该是这样的:废液回收到大池,那是个大电池,集中充电(或其他方式)再储能,使废液改性为包含能量的新液,内部密闭循环使用。

本帖最后由 nc965 于 2016-1-14 16:55 编辑

yzpc05d_x04
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  • 2016-1-13 14:39:18
 
如果能提高太阳能的利用率(现在利用率小于30%),汽车就可以边开边充电了。
EV许
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  • 2016-9-1 11:32:00
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现在的燃油汽车不都可以边开边给自身的电池充电,如果以后动力汽车研制利用率高点的转换设备,不也可以边跑边充电了
xushicai
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  • 2016-1-13 15:56:59
 
好吧,畅想未来!
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-14 12:13:33
 
1月7日,在扬州的是德产品分享会上,有提出来,概念型150公里的无线充电高速公路。不知是否可行;


根据这个idea,可否将高速公路上建造一条有轨线路,当车子需要充电时,使上有轨充电跑道,充电接口从地面升出以“吸盘”的方式对车子充电(类似动车高铁那样),这段路为移动块路段,车子上去后车子停止运行则由“路段块”以固定恒速向前移动,目的是防止一切认为操作交通事故,快终点时“脱轨”,所产生的费用计入高速费用;
nc965
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  • 2016-1-14 12:25:56
 
何须吸盘?轨道即是导线,正好被碳刷一下,边开边充都行。而且估计单轨都行,路边(甚至中间)弄个10公里,不占地方,也不耽误行程。 本帖最后由 nc965 于 2016-1-14 12:46 编辑

EV许
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这样的路成本太高了吧,不太靠谱
yzpc05d_x04
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  • 2016-9-1 15:03:47
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纯粹是涉想
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-15 10:32:43
 
言归正传,某公司开发出充电桩呼叫平台解密;
功能:在路上发现车子没有快电了,使用该公司开发的软件平台可以查找出离位置最近的充电桩;
解密:手机平台根据车辆GPRS位置,向服务器发送位置以及目的地指令,服务器根据建桩链表(即桩体所在位置)与车辆GPRS位置进行匹配,找出离车最近桩体;并且对改桩体发送询问指令,桩体根据自身情况反馈指令;服务器对车主手机平台反馈指令,并且询问是否预约以及到桩体所需时间A,若预约则该桩体被锁定,客户到来之前,改桩体可以接收小于A时间的充电任务,其余将不再参与服务器充电任务询问;
PS:最好这种平台软件能够自带导航系统;或者这款软件可以植入汽车导航软件中也可;
本帖最后由 yzpc05d_x04 于 2016-1-15 15:06 编辑

後會絠萋
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  • 2016-1-15 16:15:47
 
应该是介入最短路径算法
yzpc05d_x04
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  • 2016-1-16 09:49:46
 
感谢您的回复,当然这里也有考虑,交通的实际情况的必要性;
EV许
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  • 2016-8-31 17:33:40
 
主要现在很多厂家都有自己独立的手机软件操作系统,不可能在一个地方把所有的充电站都建起来,感觉还是各家统一更加合适。路还很长。
jiangzhanqing
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  • 2016-8-18 21:05:04
 
前来被扫盲
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看到楼主写的第五条我笑了半天,哈哈
songzhige
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问,笑什么
yhqagain
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本网技工
  • 2016-11-15 15:38:43
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关注中吗!!
EV许
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偷:人为,输电线缆全是铜,一根好重啊;外设智能设备,高科技;
       毁:每天都有很醉的,喝醉的都有个别耍酒疯的;




笑这个啊
文章大人
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充电桩_二斤
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yzpc05d_x04
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