0211 充电桩的认识.docx

0211 充电桩的认识.docx

《0211 充电桩的认识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《0211 充电桩的认识.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

0211充电桩的认识

《新能源汽车充电系统检修》教案

授课班级

班级人数

授课教师

课题序号

1

授课课型

授课课时

课时

授课章节

名称

任务一充电桩的认知

教学目标

知识

目标

1.掌握充电桩的功能、分类和工作原理；

2.掌握充电桩的技术要求和基本参数；

3.掌握充电桩的使用管理规定。

技能

目标

1.能完成充电桩例行检查项目；

2.能完成充电基本操作。

情感

目标

1.培养勤于思考、举一反三的学习习惯；

2.培养良好的团队合作精神。

教学重点

充电桩的功能、分类和工作原理

教学难点

充电基本操作

教学方法

讲授法、自主学习法、探究法、小组讨论法

教学资源

教材、网络资源、教学视频、相关PPT，多媒体教室

板书设计

任务一充电桩的认知

[知识学习]

1.充电桩概述

2.充电桩的工作原理

3.充电桩的技术要求

[技能训练]

1.典型纯电动汽车充电桩的充电操作

教学过程

主要教学内容及步骤

教师活动

学生活动

教学目标

【一】导入新章节

案例导入：

一辆比亚迪E5轿车在行驶过程中动力不足，动力蓄电池报警显示电量不足，需要立即寻找充电桩充电。

给这辆比亚迪E5充电的任务，你们能完成吗？

【二】新授

任务一充电桩的认知

[学习目标]

知识目标

1.掌握充电桩的功能、分类和工作原理；

2.掌握充电桩的技术要求和基本参数；

3.掌握充电桩的使用管理规定。

能力目标

1.能完成充电桩例行检查项目；

2.能完成充电基本操作。

[知识学习]

一、基本术语

1.传导式充电

传导式充电是利用电传导给动力蓄电池进行充电的方式。

2.车载充电机

车载充电机固定安装在新能源汽车上，将交流电能变换为直流电能，采用传导方式为新能源汽车动力蓄电池充电的专用装置。

3.交流充电桩

交流充电桩采用的传导方式为具有车载充电装置的新能源汽车提供交流电源的专用供电装置。

4.省电模式

当车辆已连接充电桩但未处于充电状态，充电桩为降低损耗而关闭部分电路（如PWM输出信号）的状态。

5.待机模式

当无车辆充电和人员操作时，充电桩仅保留后台通信、状态指示等基本功能的状态。

6.待机功耗

充电桩处于待机模式时的交流输入有功功率。

二、充电设备分类

充电系统是指给新能源汽车运行提供补给能量的系统，其作为重要的支撑系统，也是实现将新能源汽车进行商业化运作、产业化的必不可少的环节。

新能源汽车充电设备主要指充电站及其附属配套设施，如充电机、充电站监控系统、充电桩、配电室以及安全防护设施等。

充电机是一种通过传导方式将电网交流电能转换为直流电能，给新能源汽车动力蓄电池充电，提供直流充电接口与人机操作界面，并具有专业测控与保护功能的专用装置。

充电机按放的位置可分为：

非车载充电机、车载充电机。

车载充电机安装在新能源汽车里面，通过与外面的充电桩连接，再通过电源变换器将直流电提供给动力蓄电池充电。

非车载充放电装置是指固定安放在新能源汽车本体外，采用传导方式实现新能源汽车的动力蓄电池与电网交流之间的能量双向转换。

一般情况下，充电机应设计为至少能够给铁锂离子蓄电池、镍氢蓄电池、铅酸蓄电池三种类型的动力蓄电池充电。

非车载充电机

车载充电机

图1-1新能源汽车充电机

按照电流的种类充电桩可分为：

交流充电桩、直流充电桩。

与交流电网相连、并固定安装在新能源汽车外的供电装置称为直流充电桩，它具有充电机功能，对被充电的蓄电池状态进行实时监视与控制，并对充电电量实施计量。

交流充电桩是指固定在地面、柱上或墙上，运用传导方式给装有车载充电机的新能源汽车接充交流电能，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。

三、充电技术分类

根据充电方法的特点，新能源汽车的充电技术可概况为：

常规充电方式、快速充电方式、无线充电方式、更换电池充电方式等。

1.常规充电方式

该充电方式根据选用动力蓄电池的充电曲线，应用传统的先恒流后恒压的充电顺序给动力蓄电池充电，期望在整个充电过程中充电特征与电池的固有特性更接近，从而有效的防止电池过充或欠充。

这种方式用较低的充电电流对蓄电池充电，相关技术成熟可靠，因此相关的充电机的安装成本和使用成本也比较低，常被用于小型充电站与家用充电设施场合。

此种充电方式对电网无特殊要求，对电池和新能源汽车来说，是最安全可靠的充电方式。

2.快速充电方式

使蓄电池在很短时间内能接近或达到充满状态的充电方法称为快速充电方式。

该充电方式在短时间内能够以大充电电流为蓄电池充电，其典型的充电时间可达到20～30min。

快速充电不仅会将电池的使用寿命降低，而且对电网有较大冲击。

快速充电方式需要建设专用的、可靠性高的电网，按经验方式大多在10kV变电站附近，此外，针对其对电网的造成的谐波污染问题，需使用复杂的、优化的谐波抑制措施。

因此，快速充电方式的适用范围只能是大型充电站。

3.更换电池的充电方式

在新能源汽车动力蓄电池需充电的时候，通过更换电池来实现给新能源汽车能源供给的方法称为换电池模式。

该方式要求在新能源汽车上的电池组设计要标准化，并且容易操作更换。

当然电池组的快速更换需求的专业化水平高，只适合在标准的充电站实施。

4.非接触式充电方式

非接触式充电方式是指不需要接触即可实现充电，具体应用电磁感应方式。

四、常用动力蓄电池分类

性能好的动力蓄电池能减少新能源汽车的成本，并增加续航里程。

纵观新能源汽车的发展史，经过商业化而延传到今的动力蓄电池包括铅酸蓄电池、锂离子蓄电池和氢镍电池等

1.铅酸蓄电池

铅酸蓄电池负极材料为海绵状的铅，正极材料为二氧化铅，将稀硫酸溶液作为电解液。

铅酸蓄电池具有成本低、可靠性能高、技术发展成熟等的优点。

铅酸蓄电池的一些明显的缺点如过充/放电性能差、质量较重、容易自放电、快速充电实现困难迫使人们对它进行改进，于是发明了超级电容。

超级电容是并联使用铅酸蓄电池与超级电容器的新型混合储能装置。

超级电容具有双电层电容器的高功率密度、长寿命以及铅酸蓄电池价格便宜的优势，而且使用的铅量比现有铅酸蓄电池要小，在小型或中型新能源汽车上有较好的应用前景。

图1-2新能源汽车铅酸蓄电池

2.锂离子蓄电池

在20世纪90年代，锂离子蓄电池开始得到发展，作为一种高容量可充电电池，锂离子蓄电池由石墨负极、锂离子金属氧化物形成的正极和电解液（有机溶剂溶解的锂盐溶液）组成。

作为一种新型化学电源，锂离子单体电池因其标称电压高、比能量大、自放电率低和充电电压范围较宽、无记忆效应等优点，被大众普遍认为是特别具有发展潜力的电动车动力蓄电池。

典型的锂电池充电特性如图所示。

锂离子蓄电池可作为现今全球范围内的能量储能技术研究开发的热点，主要表现在以下三个方面：

大容量、长寿命和安全性。

现阶段已经得到了许多新能源车厂的广泛应用。

图1-3新能源汽车锂离子蓄电池

3.氢镍电池

同样，在20世纪90年代发展起来的氢镍电池是一种新型绿色电池，其正极材料是氢氧化镍，负极是由活性物质为储氢材料的氢化物电极，将氢氧化钾水溶液作为电解液。

因为具有运行电压高、比功率大、比能量大和较好的过充电耐受性和热性能等性能特点，氢镍电池大量应用于混合动力车。

然而氢镍电池具有在低温时容量减少和自放电率过高的缺点，且原材料如金属镍的价格昂贵、成本高，这些都制约着氢镍电池的广泛使用。

图1-4新能源汽车氢镍电池

五、充电桩充电原理

充电桩是固定在地面上为新能源汽车提供直流/交流电的充电装置，其还应具有显示、刷卡、计费以及打印充电信息等功能。

直流充电桩，通过交流电网对新能源汽车动力蓄电池直接进行充电的充电装置。

因其充电速度较快，所以业内人士也将它称为“快充”。

交流充电桩则不同，交流充电桩是通过交流电网凭借新能源汽车车载充电机对蓄电池进行充电的装置，由于其充电速度较直流充电桩慢，其被称为“慢充”。

两种充电桩充电方式的区别可以简单的概括为：

直流充电桩能对新能源汽车蓄电池进行直接充电，而交流充电桩则需要采用车载充电机对蓄电池进行间接充电。

另外，两种充电方式在充电速度上也有很大区别。

对一辆普通电池容量的新能源汽车进行完全充电（电量从0到100%的充电过程）时，利用交流充电桩需要八个小时左右的时间可以完成。

而利用直流充电桩进行完全充电时，只需要两到三个小时。

交流充电桩充电过程缓慢是因为新能源汽车的车载充电机的功率较小。

而直流充电桩输出电压和电流较大，所以其输出功率也很大，因此直流充电桩可以为新能源汽车动力蓄电池进行快速充电。

六、智能充电桩需求分析

由于新能源汽车日益增多，其配套充电设施的建设也要随之进行。

充电桩作为充电设施的重要组成部分，目前在一些地区已经投入使用。

但是，由于现有充电桩存在充电效果差、电池寿命短等问题，其使用情况并不理想。

如今，如能改善现有充电桩的不足，设计出一台符合新能源汽车用户要求的充电桩，使其能够智能、安全充电，其对于新能源汽车的推广来说意义非凡。

若要设计出符合用户要求的充电桩，则需针对新能源汽车用户对充电桩的需求进行研究。

经调查，对于充电桩，新能源汽车用户需求如下：

充电桩的安全运行

在充电桩充电时，系统可能出现各种突发故障，所以对充电桩充电系统实时监测及充电设备的保护是不可或缺的。

如突发故障后，系统能自动断电，保障人身安全。

充电桩的可靠性

充电桩常常分布于城市各处，其长时间处于无人值守状态，所以在充电桩正常的使用时必须正常可靠的工作。

充电桩的使用信息的记录、存储、查询与统计

充电桩能够对充电用户信息的登陆与退出等有关信息进行实时记录、存储与统计，同时可以方便使用者便捷查询，以作为充入电量及缴费等的依据。

4.快速无损充电

充电桩应该可以实现快速无损的充电，即可以在短时间内对电池充入大量电能，而又避免电池的过度损伤。

5.充电报表的打印

用户使用某充电桩充电完成后可将充电的相关数据等信息及时打印出来。

6.提供充电所花费的金额

依据获取的充电电量的多少，为用户出具所花费的金额。

图1-5新能源智能充电桩

七、充电桩概述

随着国内外新能源汽车的高速发展，与其对应的充电桩行业也得到了前所未有的推进。

充电桩类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的新能源汽车充电。

充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为新能源汽车充电。

充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据，如图1-6所示。

图1-6新能源汽车充电站

八、充电桩的功能

充电桩（栓）能实现计时、计电度、计金额充电，可以作为市民购电终端。

同时为提高公共充电桩（栓）的效率和实用性，今后将陆续增加一桩（栓）多充和为电动自行车充电的功能。

如图1-7所示。

图1-7充电桩充电状态显示

九、充电桩的分类

1.按安装方式分类

可分为落地式充电桩、挂壁式充电桩。

落地式充电桩适合安装在不靠近墙体的停车位。

挂壁式充电桩适合安装在靠近墙体的停车位。

如图1-8所示。

图1-8落地式充电桩和挂壁式充电桩

2.按安装地点分类

按照安装地点，可分为公共充电桩和专用充电桩。

公共充电桩是建设在公共停车场结合停车泊位，为社会车辆提供公共充电服务的充电桩。

专用充电桩是建设企业自有停车场，为企业内部人员使用的充电桩。

自用充电桩是建设在个人自有车位，为私人用户提供充电的充电桩。

充电桩一般结合停车场的停车位建设。

安装在户外的充电桩防护等级不应低于IP54。

安装在户内的充电桩防护等级不应低于IP32。

3.按充电接口数分类

可分为一桩一充和一桩多充。

4.按充电方式分类

充电桩可分为直流充电桩，交流充电桩和交直流一体充电桩。

如图1-9所示。

图1-9交直流一体式充电桩

十、充电桩的组成

充电整体系统由四部分组成：

新能源汽车充电桩、集中器、蓄电池管理系统系统（BMS）、充电管理服务平台。

充电桩的控制电路主要由嵌入式ARM处理器完成，用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能，也可提供语音输出接口，实现语音交互。

用户可根据液晶显示屏指示选择4种充电模式：

包括按时计费充电、按电量充电、自动充满、按里程充电等。

新能源汽车充电机控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互，集中器与服务器平台利用有线互联网或无线GPRS网络进行数据交互，为了安全起见，电量计费和金额数据实现安全加密。

蓄电池管理系统系统（BMS）的主要功能是监控电池的工作状态（电池的电压、电流和温度）、预测动力蓄电池的电池容量（SOC）和相应的剩余行驶里程，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。

充电服务管理平台主要有三个功能：

充电管理、充电运营、综合查询。

充电管理对系统涉及到的基础数据进行集中式管理，如新能源汽车信息、电池信息、用户卡信息、充电桩信息;充电运营主要对用户充电进行计费管理;综合查询指对管理及运营的数据进行综合分析查询。

图1-10家庭简易充电桩构成

【三】小结与评价

1）充电桩可以根据不同的电压等级为各种型号的新能源汽车充电，其输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为新能源汽车充电，一般分为常规充电和快速充电两种充电方式。

2）充电桩的整体系统由四部分组成：

新能源汽车充电桩、集中器、蓄电池管理系统系统（BMS）、充电管理服务平台。

3）“充电桩”英文表示：

ChargingPile。

【四】作业布置

1.简述充电桩的功能、分类和工作原。

2.简述充电桩的技术要求和基本参数。

3.简述充电基本操作的步骤。

展示一段实车故障案例的视频

出示并分析本次课学习目标

对基本术语讲解

充电设备分类讲解

讲解、分析

讲解、分析

讲解、图片资料例举

引导观看图片、视频资源，并进行讲解

引导观看图片、视频资源，并进行讲解

引导观看图片、视频资源，并进行讲解

引导观看图片、视频资源，并进行讲解

引导观看图片、视频资源，并进行讲解

教师引导总结小结、评价

听讲、思考

听讲、思考

听讲、思考

听讲、思考

听讲、思考

听讲、思考

观看案例、思考

听讲、思考

观看、思考

观看、思考

观看、思考

观看、思考

学生评价并小结

培养对本节课内容学习兴趣

目标导向

对基本术语有总体认知

理解充电设备分类

了解充电技术分类

掌握常用动力蓄电池分类

直观认识充电桩充电原理

了解智能充电桩需求分析

充电桩概述

充电桩的功能

充电桩的分类

了解充电桩的组成

巩固本节课内容，分享成果，培养表达能力

教后记

（教学反思）