【第一電動網(wǎng)】（專欄作者 朱玉龍）本篇文章想要系統(tǒng)的把傳統(tǒng)汽車和新能源汽車的交流發(fā)電和V2H和V2G的功能梳理一下，全文主要分幾個部分來分別介紹，在汽車使用中，一種能夠?qū)U酸電池電壓DC12V直流電轉(zhuǎn)換(在新能源汽車里面就是用高壓電源)為和市電相同的AC220V交流電，供一般電器使用。

第一部分 燃油車的低功率逆變供電

在北美和歐洲市場，這種電源主要是用來給筆記本電腦使用的，是用在傳統(tǒng)燃油車上面的設(shè)計了一個專門的供電接口，早期沒有出現(xiàn)USB手機充電口的時候，也可以通過一般的手機充電器給手機充電。里面的接口如下面所示，車內(nèi)110V供電接口。

圖 1 150W 車載前裝逆變器配置

內(nèi)部的接線圖如下圖2所示，這里從12V電池這塊取電，通過IGN KL15來供電，保證在行駛中不至于200W(14A)耗掉12V電池過多的電流。對客戶使用而言，通過一個LED來表示整個供電的情況，110V接頭是按照一般插座經(jīng)過車用環(huán)境規(guī)格修改而來的。

圖2 福特汽車逆變器電路連接線

內(nèi)部逆變器是從Ebay上找到的，如圖3所示，這是臺達泰國工廠給福特供的部件，內(nèi)部的架構(gòu)(12V=>110V一級逆變通過變壓器隔離)是比較簡單的。

圖3 典型的前裝車載逆變器

總得來說，這個規(guī)格更多的還是用在皮卡和大型車輛上面，再往上還有200W和400W兩種規(guī)格，功率往上走對產(chǎn)品的EMC要求比較高。

第二部分 日系整車企業(yè)的情況概覽

日本大地震，考慮地震災(zāi)害等應(yīng)急的產(chǎn)品就有了市場，日本住宅企業(yè)目前正在全力開發(fā)新一代節(jié)能住宅“智能住宅”，同時也拉上了電動汽車的整車企業(yè)，好幾家都嘗試著V2G和應(yīng)急供電，主要是電動汽車可以在日本災(zāi)后作為應(yīng)急供電的單元，可以滿足在緊急情況下和外出時為家電產(chǎn)品等供電的需求。

1)三菱公司的MiEV Power BOX

這里做了1500W的功率輸出，做了一個配件來做這個事。

通過電動汽車的電池向車外供電的電源供給裝置“MiEV Power BOX”，可與該公司的EV “i-MiEV”、“MINICAB-MiEV”和Outland連接。這里通過這個DC/AC單元與直流放電口連接，控制電池系統(tǒng)的能量輸出，交流100V/1.5kW。

·尺寸長395×寬334×厚194mm

·重11.5kg

·輸出端子(插座)連接線長度為1.7m

·價格為14萬9800日元(含稅)

配備16.0kWh容量驅(qū)動電池的EV充滿電后，通過新電源供給裝置，可供輸出功率為1.5kW的家電產(chǎn)品等連續(xù)使用約5～6小時。這是普通家庭約一天的用電量。

圖4 三菱的V2G 后裝放電盒

2)日產(chǎn)汽車的LEAF to Home

日產(chǎn)汽車的LEAF to home，也是基于類似的考慮，通過設(shè)備使住宅和電動汽車相連、可進行雙向供電的系統(tǒng)。

·在發(fā)生緊急情況時利用電動汽車為家中供電

·在電費較低的深夜為電動汽車充電，白天可用于家中

·在住宅中采用光伏發(fā)電等可再生能源

這里利用了直流充電接口，配置外部的6KW的逆變器來實現(xiàn)雙向的能量轉(zhuǎn)移。由于主充電單元通過原有Chademo的控制協(xié)議走，這里做了較多的修改。

圖5 日產(chǎn)的V2G 6KW放電柜

3)豐田汽車的產(chǎn)品和V2G實驗

豐田這里做了兩部分設(shè)計，拿了幾臺prius的PHEV去做交流電一級的V2G，也給做一些車載的選配件。如圖5所示，這里在放電繼電器配置獨立的熔絲，使用一路分立的1.5KW的100V逆變器來輸出，在僅適用一個充電接口額度條件下，通過不同的接口輸出來判斷充電還是放電。不過值得考慮的是，這里需要考慮很多的技術(shù)因素：

·放電接口使用針對性開發(fā)的防水的，帶保護蓋的接口，此接口的長度很小

·考慮里面的放電的控制，兼容SAE J1772的定義

·使用Proximity的引腳做些控制，配置獨立的Latch開關(guān)

這種設(shè)計帶來了較大的挑戰(zhàn)性，所以這一組的設(shè)計更多作為售后附件。

圖6 豐田的車載充電和放電系統(tǒng)

圖7 豐田的車載放電插頭

圖8 豐田設(shè)計的接近電阻設(shè)計

總得來說，日本車企的考慮是建立在日本災(zāi)害比較多，電動汽車作為一個能量存儲單元來使用的，在極端條件下，這個功能開發(fā)出來就有了很大的意義?？梢员ＷC家庭在災(zāi)害條件下的基本電能供給。

第三部分 中國國內(nèi)企業(yè)的情況

國內(nèi)主要是比亞迪做的比較靠前，其他車企也紛紛跟進這方面的應(yīng)用。在唐這輛車上，費了很多心思，甚至專門為了這個主題應(yīng)用投放了廣告。這個系統(tǒng)的相關(guān)部件，如圖9和圖10所示如下：

·交流充放電口：包含電子鎖和接口總成

·車載充電機：雙向車載交流充電機，具備3KW雙向充放電能力

·動力電池包：車上的電池包，內(nèi)部需要調(diào)用三個繼電器

·BMS管理：控制電池能量的釋放

·高壓配電盒：含正極繼電器和預(yù)充電回路

·儀表：顯示放電過程

·外部放電線：輸出電能的接口

圖9 唐的后備箱系統(tǒng)布置

圖10 唐的放電系統(tǒng)框圖

1)車載充電機

按照設(shè)計意圖來看，這個充電機分三個部分：

a)3KW的AC/DC，特別是DC電壓比較高

b)3.3KW的DC/AC，輸出220VAC用

c)未知功率的13.8V輸出，用來給低壓系統(tǒng)+BMS系統(tǒng)供電

如下圖所示，充電的狀態(tài)下

o 充電：交流電從2進，從4變直流輸出，此時交流一級的泄漏電流由Mode2&3進行監(jiān)測，內(nèi)部有個直流一級的漏電流檢測。

o 放電：直流從4進入，從2變交流輸出，此時只有直流漏電流檢測。

備注：此時不知道這個13.8V的輔助電源是否再工作，如果不工作，則需要完全消耗常電或者12V電池電流。如圖11所示，一開始預(yù)留了一個專門的放電連接器，后來根據(jù)優(yōu)化把此項給消除了。

圖11 唐的雙向車載充電機

2)交流線束和電池連接線束

由于基本處于復(fù)用的考慮，這里的能量流動雙向均考慮在同一線路上進行，可分成：

·交流線束：充電插座<==>充電機

·直流線束：充電機<==>配電盒

圖12 唐的高壓配電線束

3)充/放電口和放電線束

充電插座：配置有L、N、PE三根動力線，還有CC、CP還有電子鎖控制線

放電線束：國標的頭子，配上專用的定制2kOhm的接觸電阻

圖 13 唐的放電線束和插線板

4)高壓配電盒

高壓配電盒包括以下幾個部分

a)電池包里面有三個接觸器，負接觸器、兩電池包分段接觸器(內(nèi)部分壓用)

b)預(yù)充繼電器：配合上蓋的預(yù)充電阻

c)正極接觸器：主接觸器

圖14 唐的高壓配電盒

放電系統(tǒng)整個工作過程

放電系統(tǒng)整個啟動過程如圖15所示，完全靠接觸引腳CC上的電阻來判斷，充電機根據(jù)這個接近電阻是否等于2Kohm來判斷是否進入放電模式，一旦檢測之后，通過與BMS和儀表系統(tǒng)進行交互來實現(xiàn)系統(tǒng)放電。這里并沒有說明電子鎖的動作，所以不清楚是否電子鎖是否鎖止。

圖 15 放電系統(tǒng)工作過程圖

注意這個邏輯圖里面，開關(guān)完全靠插頭的接觸電阻。 整個系統(tǒng)工作以后，需要涉及動力網(wǎng)總線、啟動網(wǎng)總線

1)動力網(wǎng)：車載充電器、低壓BMS、組合儀表等這條線是必須激活的。

2)啟動網(wǎng)： 鎖電子鎖需要BCM進行啟動

一些猜想：在邊界范圍比如電池電量較低的模式下使用這個功能，因為按照BMS的保護系統(tǒng)的設(shè)計，當SOC低于10%的時候，可以啟動駐車充電模式，然后通過駐車發(fā)電模式(啟動TCU+ECM)，維持系統(tǒng)工作在電量SOC<15%的模式調(diào)整發(fā)電電流。否則按照這個模式下去，電給放完了。

合規(guī)的討論

根據(jù)做了一個雙向，使得3.3KW的充電大了好大的一圈。其實從內(nèi)部的走線配置來看，從原有GB/T20234出電，目前是不被許可的，出現(xiàn)漏電保護的因素，沒有涵蓋在里頭。在18487.1里面充電過程最接近的是1.5KOhm的10A線束連接，同時沒有任何反向能流的規(guī)定或者說明 。這個功能其實超出了目前整個標準體系，未來需要標準進一步加入PLC的電力線載波通信，在V2G的標準體系里面，未來是可能作為一個標準的擴展功能的。

圖 16 基于PLC的雙向能流體系

本文小結(jié)： 和智綠的尹總交流，感覺從未來的市場需求，特別是戶外郊游乃至應(yīng)急的考慮，電動汽車可以充分發(fā)揮出這個功能的作用。部署在大容量電池的純電動汽車和增程式的電動汽車上，都會有比較好的使用效果。但是對于放電的邏輯，這個功能需要整合在V2G和V2H里面更合適一些。

參考文件：

1. 比亞迪-唐 高壓電器系統(tǒng)技術(shù)培訓(xùn) 系列之二

2. 比亞迪-唐 電路系統(tǒng)技術(shù)培訓(xùn)教材 系列之四

返回第一電動網(wǎng)首頁 >