為什麼車上要配備兩種充電接口,統一成一種不好嗎?為什麼交流充電樁就沒有大功率的?明明交流電最多不過三相五線,為什麼交流充電槍上卻有7個孔?這一篇講堂就來一一為大家答疑解惑。
★ 入門篇:一些基本概念車輛的充電過程并不僅僅是從電網到電池,中間需要經過充電樁,充電線纜、充電插頭、車輛插座接口才能進入車輛。對于交流充電,進到車輛之後,還并不是直接去往電池,中間還要經過車載充電機和BMS兩道關卡。
看上去有點複雜?
電動車的充電有兩種,交流充電和直流充電。交流充電是使用交流電源為電動汽車提供電能的充電方式,功率一般較小,也被稱為慢充。直流充電則是指充電設備将電網的交流電進行整流之後再輸入車輛的充電行為。
充電功率相比較交流充電,具體的充電電壓和電流并沒有限制,從20kW、40kW、60kW到200kW、250kW、350kW都有。隻要輸入(電網)和輸出端(車輛)支持,可以做的很大,所以也被稱為快充。
交流充電需要使用交流充電樁,而直流充電則有着直流充電樁。電網的電能先進入充電樁,然後通過充電線纜來到車輛,大部分的充電線都固定在充電樁上,另一端是個槍狀的插頭連接車輛(标準中将這種連接方式稱為連接方式C)。
也有少部分充電樁是孤零零的,需要一根獨立的線纜,兩端分别接充電樁和車輛的(連接方式B);至于充電線纜固定在車輛上的方式(連接方式A)幾乎沒有應用。交流充電可以使用連接方式B和連接方式C,交流充電電流大于32A以及直流充電隻能使用連接方式C。
電動車上一般有兩種充電插座,5大孔、2小孔共7個孔的交流插座和兩大孔、一中孔、6小孔共9個孔的直流插座。用戶使用時需要注意區分,不過也不用擔心,插座插頭的規格有着嚴密的規定,用戶不用擔心自己插錯位置或者沒有對準孔,不論交流還是直流充電槍和車上充電插座的形狀都有防呆設計,隻能用唯一的正确的位置插入。
也不用擔心充電槍摔了碰了,所有充電接口都需要通過強制的車輛碾壓試驗,被車輛碾過後其機械性能,絕緣性能均不會發生改變。而且國标規定了市場上所有能夠銷售的車型和充電樁插座插頭的形狀功能都是一樣的,保證了充電設施的通用性。
★ 為什麼直流是快充而交流不能?由于車輛的電力系統是一個直流系統,所以交流充電時,交流電并不能夠直接給電池充電,需要經過一個名叫車載充電機(OBC,On-board Charger)的部件,進行交直流轉換并根據BMS的命令變壓之後再提供給電池。
這張圖是車載充電機的組成,它有兩個核心部件,ACDC整流器和DCDC變壓器(圖中的功率單元)。前者用于将交流電轉化為車輛電池可接受的直流電,後者的作用是調整直流電的電壓。
根據BMS的命令,動态調整充電的電流電壓,适配不同階段電池的充電需求,比如恒流充電時,随着電池電量的提高,充電電壓也需要随之提高。也負責轉換低壓,給12V的小電瓶充電。
而直流充電時,直流樁本身便是一個ACDC整流器加DCDC變壓器,直接根據BMS的需求,在車輛外部轉換交流電,替代了車載充電機的作用,因而直流充電樁也被稱為非車載充電機。
所以,很明顯了,看看那些大功率直流樁的體積與重量,車載充電機顯然沒法做這麼大,交流充電功率做不高的原因也就找到了。
★ 為什麼相對大功率的交流充電樁也很少見?大功率的交流樁存在兩個矛盾點。第一是現有配電線路的矛盾。我國民用交流電網的電壓為一個固定值,如果是單相便是220V,如果是三相,那就是380V(線電壓)。交流充電電流國标有推薦值,10A/16A/32A/63A。同時标準規定單相充電電流不得超過32A,三相充電對電流大小沒有具體規定,目前三相充電電流在16A到63A之間。
據此進行排列組合,我們可以算出2.2kW、3kW、7kW、11kW、21kW、41kW等充電功率。
220V單相充電最大功率是220V乘以32A約等于7kW。而三相充電最小也就是380乘以16乘以根号3約等于11kW。因為一般我們的小區,配電線路和容量支持到單相32A居多,因此,很多車型配套家充樁便是7kW。
大部分商用充電樁配電容量相對寬裕,為了更高的充電效率,流轉率和經濟效益,功率一般11kW起步,甚至還會更高一些。但380V 63A,功率達到41kW的交流樁卻同樣少見。
那就是第二個矛盾,越大功率的交流充電樁,所需的車載充電機、車輛插座的規格也越高,重量,車内空間布置都會要求更高,車企的成本也會随之上升。車企很少會給車輛配備高規格的車載充電機。沒有高規格的車載充電機,高功率的交流樁也就沒有用武之地了。
★ 為什麼要關注11kW這個節點?但是我們也能夠在論壇之類的地方看到,許多用戶還會關心車輛是否可以選配11kW充電樁。他們為什麼要關注11kW這個功率節點?
因為能夠選配11kW充電樁意味了車輛支持380V三相充電,突破了7kW的單相充電法規限值。這有什麼好處呢?一方面就是這在一定程度上反映了車輛的定位,車企花了更多的成本提升用戶的充電體驗。
另一方面更加重要,就是在一個380V 16A 功率11kW的交流充電樁上,如果車輛不支持3相充電,那麼它實際獲得的充電功率是220V 16A,僅有3kW,既不是充電樁能力的11kW,也不是略低一檔的7kW。因為380V 16A的充電樁,其電流輸出能力隻有16A,充電線的容量大概率也隻是16A。
如果自己車輛不支持三相充電,在許多商用樁上隻能望樁興歎,可能半天還沒别人1小時充的電量多。
★ 既然車載充電機局限多多,幹脆取消了算了?還别說,車企真有這個打算。
雖然車載充電機是實現交流充電必不可少的車載元件,而車企們對這個部件的态度卻相當令人玩味。車載充電機性能給強了,雖然充電速度可以增加,但很多時候用戶都用不上,畢竟高功率(20kW以上)的交流充電樁數量相當少,感知不強。而車載充電機性能給小了,面對越來越大的電池,參數表上動辄10多個小時的慢充速度實在拿不出手。
車載充電機
說則逸聞,當初法拉利SF90進中國時,在進行充電相關的型式檢驗時,法拉利方曾經希望将車載充電機外置,因為擔心會造成車輛增重,影響性能。缺少車載充電機會導緻車輛喪失在普通交流樁上的充電能力。但法拉利認為“我們的客戶不需要在外面的充電樁上充電”,也是相當凡爾賽了。
雖然上述故事是一樁逸聞,但車企對車載充電機或者說交流充電的态度大緻如是,即增加成本,也增加重量,影響車輛布置空間,能取消或者外置最好,這樣車輛就隻需要布置一個直流充電口即可。
蔚來推出的20kW的小功率直流快充樁,便有着替代交流樁的試探。但這個設想離實現還有較遠的距離。現在的條件下,交流充電仍是電動車的必備。
★ 為什麼交流充電是标配,直流卻不是?雖然國家沒有強制規定車輛需要配備交流或者直流充電,但目前所有的可插電新能源乘用車都配備了交流充電,而絕大部分的插電式混合動力車型以及一小部分的純電動車卻沒有配備直流充電。
明明直流充電的功率覆蓋範圍更廣,為什麼它卻沒能成為标配,讓需要額外車載元件的交流充電比了下去?
因為交流電是我們日常生活中最容易獲取的電能來源。交流充電主要承擔車輛家用補能需求,多安裝于居民小區内。因為需要安裝于居民小區,考慮所在地電網與配電設施的實際供電能力,功率大不了。
之前提到的蔚來20kW直流家充樁,這個尺寸,比常用的壁挂式交流充電盒可大多了
還需要考慮樁的體積與安裝便利性,之前說了,直流樁相當于是一個ACDC 一個DCDC,比起輸入交流輸出交流的交流充電樁多了許多功率模塊,必然更大更重。對小區車位的安裝要求也更高。而且家充應該是每車一個,如果全是直流樁,成本也會增加不少。
同時不能忽略交流充電樁的一個特殊形态:随車充。這是極端無正規充電樁情況下,給車輛的最後保障,可以直接使用我們普通的三眼插座,有10A和16A兩種規格,以随車充的體積重量要求,必然不可能配置充電機。故而現階段普通乘用車是有必要提供交流充電能力的。
隻有車輛路線固定,使用需求局限,并且對大功率快充有極高需求的電動商用車、如電動公交車、電動貨車上才會出現僅配備直流充電口的情況。
如果未來小功率非車載充電機相關技術進一步發展,能夠将功率元件的尺寸重量進一步降低,同時還能夠滿足電磁兼容、電氣絕緣等一系列的要求,将非車載充電機變得足夠小足夠輕,或許直流可以一統天下。
本文作者為踢車幫 Route 64
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