主頁 > 新聞（wén）動態（tài） > 電（diàn）動汽車直流充電樁原理（lǐ）分析及（jí）研發 2021-12-02

電動汽車直流充電樁原理（lǐ）分析及（jí）研發

直流充電樁工作過程中會產生高達300A 的大（dà）電流從而形成高強（qiáng）度電磁波導致電磁（cí）汙染。人體靠近充電樁為電動汽車充（chōng）電或（huò）等待（dài）充電的過程中，電磁波會作用於人體，可（kě）以被反射、吸收和穿透。研究（jiū）表明：人體能夠吸（xī）收頻率為低於1GHz時電磁波（bō）40%～50%的能量（liàng）；而能量吸收在電磁波頻率高於1GHz時會急劇（jù）增大[1]。高能量（liàng）電磁波會在人體皮膚表麵產生熱效應且易產生灼傷，直至對人體內部器官功能形成較大傷害（hài）。因此，開展直（zhí）流充電樁EMF 試驗方（fāng）法研究，評估充電（diàn）樁EMF 水平，預防人體受到電磁傷害意義重大。
一、直流（liú）充電樁充電原理分析
直流充電樁是與交流（AC 380V）電網相連為非車載蓄電池或電池包（bāo）進行充電的供電裝置。直流充電（diàn）樁使用輸入電壓為AC380V，頻率為50Hz 的三（sān）相四線電源，因此，可以為電動汽車充（chōng）電設備提供較大的（de）功率輸出，電壓和電流的可調範圍較廣，能夠（gòu）達到快速充電的目的（de）。
直流充（chōng）電樁基本構成包括：功率單元、控製單元（yuán）、計量單元、充電接口、供電接（jiē）口（kǒu）和人機交互界麵[2]等。功率單元是指整個直流充電係統，控製單元（yuán）是指（zhǐ）充電樁控製器。直流充電樁的電氣部分由主回路和二次回路組成。主回路的（de）輸入是三相交流電AC380V，經輸入斷路器（qì）、交（jiāo）流智能電能表（biǎo）之後由充電係統中（zhōng）的整（zhěng）流模塊將（jiāng）三相交流電轉換為電池可（kě）以接受的直流電，再（zài）連接熔斷器（qì）和充電槍，給電動（dòng）汽車充電。二次回路（lù）由（yóu）充電樁控製器、讀卡器、顯（xiǎn）示屏、直流電表等組成。二（èr）次回路還提（tí）供“啟停”控製與“急停（tíng）”操作；信號（hào）燈提供“待機”、“充電”與“充滿”狀態指示；顯示屏作為人機（jī）交互設備則提供刷卡、充（chōng）電方（fāng）式設置與啟停控製操作。直流充電樁電氣係統（tǒng）基本原理圖如圖1 所（suǒ）示（shì）。

圖1 直流充（chōng）電樁電氣（qì）係統基本原理框圖

二、直流充電樁EMF產生機製和電磁（cí）生物效應分析
直流充電樁EMF(低頻電磁場)產生來源主要為射頻輻射發射。射（shè）頻輻射發射以空間輻射的方式造成周（zhōu）圍空間的電磁汙染。直流（liú）充電樁大功率開關管頻繁通斷的同時，產生的瞬態高峰脈衝電壓在引起電源線電流突變[3]的同時，也會（huì）導致充電樁電路板（bǎn）的電流瞬態激變，從而會（huì）產生大量高（gāo）頻幹擾信號。高（gāo）頻幹擾信號通過（guò）電路板中等效的偶極子天線向周圍空間發射電磁波，從而形（xíng）成了電磁輻射。
直流充電樁充（chōng）電時，由開關管不（bú）斷通斷而產生的高能量電磁輻射（shè）頻段主要集中在5kHz～50kHz。該頻段（duàn）電磁場也被稱為低頻電磁場(EMF)，其對人體的（de）影響有（yǒu）兩類機理：一類為熱效應，產生的原因是人體組織器官由於吸收了電（diàn）磁能量使其溫度升高[4]，從而引起生理和病理變化的作（zuò）用；另一類（lèi）為非熱效應，產生的（de）原因是EMF 在人體內感應（yīng）的電流對神經細胞和組織細胞的刺激，從（cóng）而改變生理生化（huà）過程的效應。與高頻電磁場（chǎng）不同處在於EMF 對人體作（zuò）用不會產生明顯（xiǎn）的熱效應，而主要是非熱效應。
三（sān）、直流充電樁EMF 試驗方法研究
EN62233:2008 中描述，EMF 測量主要包括電場測量和磁場測量，由於電場測量（liàng）極易（yì）受到（dào）外界幹擾測量方法尚在研究中，因（yīn）此隻進行磁場測量（liàng）。
1.直（zhí）流充電樁（zhuāng）EMF試驗原理
EN62233:2008 給出了3 種（zhǒng）測（cè）量方法，即（jí）時域評估法（fǎ）、線狀（zhuàng）譜評估法和簡化測試法[5]。其中，線狀譜評估法適用於50Hz基頻與其諧波；簡化（huà）測試法適（shì）用於頻率範圍2kHz以下的被測器具。直（zhí）流充電樁是由多頻率（lǜ）器件組成的裝置，基本頻率為50Hz，因此，采用時域評（píng）估法。
直流充電樁為電動汽車充（chōng）電時（shí）產生多頻率的場，因此需要考慮傳遞函（hán）數A（f）。

（1）
其中，BRL（fc0）是指頻率50Hz下對應的磁（cí）感應強度，單位：μT；BRL（f）是指頻率（lǜ）f下對應的磁感應強度，單位：μT。轉移函（hán）數A（f）是通過一階濾波器建立的模型。
時域（yù）評估（gū）法采用的磁場探頭是由3 個互相垂直且麵積各為100cm2±5cm2 的正交線圈組（zǔ）成（chéng）。磁場探頭在X、Y、Z三個（gè）方向測量（liàng）過程為：經探頭分別測量信號得的分量→經傳遞函數進行分量（liàng）加權→將加（jiā）權信（xìn）號平方→將信號平方求和→將和取平均值→將平均值取平方根得到Br.m.s。充電設備（bèi）EMF 測量原理框圖如圖2 所示。

圖2 充電（diàn）設備EMF 測量原理框（kuàng）圖

EMF 測（cè）量值Br.m.s 與50Hz 時磁感應強度的參考值BRL進行比值計算，加權結果Wn 如公（gōng）式（2）所示：

（2）
其中，Wn 為（wéi）單次測量的（de）加權結果；Br.m.s 為測量的磁感應強度有效值；BRL為在頻（pín）率50Hz處磁感應強度（dù）的參考值。
2.直流充電樁EMF測量位置
IEC62110:2009 指出，測量（liàng）點位置的選（xuǎn）取應（yīng）該考慮使測（cè）量（liàng）結果具有代（dài）表性。充電設備測量位置取人員經常操作位置，如有必要（yào），可對其四（sì）周成正交方位（wèi）進行（háng）測量。對於高度（H）高於1.5m 的充電設備，分別在離地麵0.5m、1m 和1.5m 的高度進行測量（liàng），即相當於如圖3 所示以標準人體下（xià）肢、腹部和胸部的高度進行測量；對於高度（H）低於1.5m的充電設備（bèi），分（fèn）別在離地麵（miàn）H/3、2H/3和H 的高度進行測量。測量點與充電設備表麵的水平距離（lí）(r)為（wéi）0.2m[6]。充電設備EMF 測量示意圖（tú）如圖4 所示。

圖3 人體類球狀模型

圖4 充電（diàn）設備EMF 測量（liàng）示意圖

3.直流（liú）充電（diàn）樁EMF測試方法及限值要求
現階段，國內尚未製定相應的直流充電樁低頻電磁場（EMF）測試標準，因（yīn）此，本文根據歐盟標準《IEC62110:2009交流電係（xì）統產生的電（diàn）場和磁（cí）場有關公眾照射量的（de）測量程序》和《EN 62233:2008 對人體暴露於家用（yòng）及類似用（yòng）途電器電磁場的測量方法》來評估直（zhí）流充電樁EMF 對人體的輻射水平。
為了更好地論（lùn）述EMF 測試距離與EMF 磁場強度的關係，模擬（nǐ）人在使用直流充電樁為電動汽車充電時，身體離直流充電樁表麵不同距離時受到充電樁EMF 輻射（shè）強度的情況（kuàng），本（běn）文進行（háng）直（zhí）流充電樁EMF 測（cè）試距（jù）離（lí）如下所述：在直流充（chōng）電樁（zhuāng）四周距離其表麵分別在0cm、10cm、20cm、30cm處進行測量，這種測試距離與EN62233：2008 中規定的測試距離相比，距離更加嚴酷，對直流充電樁EMF 測試要求（qiú）更嚴格。
測量過程中，將（jiāng）直流充電樁控製麵板為正方向，記為方向A，控製麵板左側為方（fāng）向B，控製麵板右側為方向C，控製麵板（bǎn）對麵為方向D。EN62233:2008 規定，采用時域（yù）評（píng）估法時，測試加權值Wn不得超（chāo）過1。
四、試驗結果分析
本論文以額定（dìng）功率（lǜ）為（wéi）30kW 的某品牌直流充電樁為例來分析在不同距離下EMF 的強度加權值Wn。具體內容如表1所示。

表1 不（bú）同距離下 EMF 的強度加權值
依據《IEC62110:2009 交流電係統產生的電（diàn）場和磁場有關公眾照射（shè）量的測量程序》和《EN 62233:2008 對人體暴露於家用及類似用途電器電磁場的測量方（fāng）法》，由（yóu）表1 可知，按照上述標準，在距離充電樁（zhuāng）表（biǎo）麵20cm 的距離下（xià）測得四個方位的EMF 均小於1，符合標準限值要求。通過測量數據可以（yǐ）發現，人（rén）體距離直流充電樁（zhuāng）越遠，EMF 輻射強度越弱，因此，在使用直流充（chōng）電樁為電（diàn）動汽車充電時，與充電樁保持一定的距離，可（kě）以（yǐ）有效降低充電樁對人體的EMF 輻射強（qiáng）度。
五、教學設備的推薦與介（jiè）紹

MYXNQ-33 電動汽車充電（diàn）樁（zhuāng）係統實訓台

一（yī）、電動汽（qì）車充電樁係統實訓台,電動汽車充電樁（zhuāng）係統實（shí）訓裝置（zhì）,電動汽車充電樁係統實訓設備產品簡介：
該設備完整（zhěng）展示了新能源汽車充電裝置係統,全麵展示（shì）了充電樁的組成、結構（gòu）、原理、操作及排故障。（配套國（guó）標充電（diàn）槍與車載充電座,且安裝真實的驅動電動機運行負載。）
二、電動汽車充電樁係統實訓台,電動（dòng）汽車充電（diàn）樁（zhuāng）係統（tǒng）實訓裝置,電（diàn）動（dòng）汽車充電（diàn）樁係統實訓（xùn）設備功能特點：
1.詳細的原理框圖展示，真實可操作運行（háng）的充電係統（tǒng）與電機驅動係統。
2.麵板采用4mm厚耐腐蝕、耐（nài）創擊、耐汙染、防火、防潮的高級鋁（lǚ）塑板，表（biǎo）麵經特殊工藝噴塗底漆處理；麵板打印有永不（bú）褪色的（de）彩色電（diàn）路（lù）圖與工作原理示意（yì）圖；學（xué）員可直觀（guān）對照電動汽車充電與電機驅（qū）動係統結構原理（lǐ）圖和實物，認（rèn）識和分（fèn）析電動汽車充電與電機驅動係統的工（gōng）作原理。
3.真實的交流充電樁充電端口，便（biàn）於學習充（chōng）電端（duān）口管腳定義及作用。
4.麵板上安裝有點火開（kāi）關（guān）、充電（diàn）樁分解組件，電機（jī）驅動（dòng）係統（tǒng）組件，電動機控（kòng）製器，工況指示燈，電源開關，油門踏（tà）板，製動踏板，動力電機與電池等模塊與操縱開關。
5.示教板麵板部分采用1.5mm冷（lěng）板衝壓成形結（jié）構，外形美觀；底架部分采用鋼結（jié）構焊接，表麵采用噴塗工藝（yì）處（chù）理，帶自鎖腳輪裝置，示教（jiāo）板底座上配（pèi）有30cm左右的桌麵，方便放置資料、輕型檢測儀器等。
6.配套充電樁智能充電卡片、充值軟（ruǎn）件。
7.安裝充電樁的（de）電壓表與電（diàn）流表，同步顯示數據。
三、電動汽車充電樁（zhuāng）係統實（shí）訓台,電動（dòng）汽車（chē）充（chōng）電樁係統實訓裝（zhuāng）置,電動汽車充電樁係統實訓設備（bèi）產品組成：
電動車交流單槍充電（diàn）樁、智能充電卡片、充值軟件、電壓顯示、電流（liú）顯示、交流充電樁充電插座（zuò）/充電槍、蓄電池組、負載單元等組成，可移動的台架。
四、電動汽車充電樁係統實訓台,電（diàn）動（dòng）汽車充電樁係（xì）統實訓裝置,電動汽車充電（diàn）樁係統實訓設備技術規格：
1.供電電（diàn）源：AC220V ±10% 50Hz
2.供電電流：最大32A
3.工作溫度：-40℃～+50℃
4.外形尺寸：1240×600×1700mm(長×寬×高)
3.設備顏（yán）色：標（biāo）準7032等
4.鋼管：40*40*3mm
5.設備機櫃：1.5mm冷板衝（chōng）壓（yā）成形，背麵設置維修門（mén）；
6.移動腳輪：100*60mm
五、電動汽車充電樁係統實訓台,電動汽車充電樁係統實訓裝置,電動汽車充電（diàn）樁係統實訓設備實（shí）訓項目：
1.交流充電樁內部電路原理實訓
2.交流充（chōng）電樁的部件組成及作用實訓
3.交流充電樁的操作方（fāng）法實訓
4.操作充電樁對蓄電池充電、蓄電池通過（guò）負載放電的全過程實訓
5.故障設置、排除思路（lù）和方法實訓
6.智能充電卡片、充值軟件應用實訓
六、結語
本文主要對（duì）直流充電樁充電原理、直流充電樁EMF 產生機製和電磁生物效應、直流充電樁EMF 試驗方法進行了闡述、分析和研究，同（tóng）時（shí），結合我（wǒ）院試驗能（néng）力對額定功率（lǜ）為（wéi）30kW 的某品牌直（zhí）流充電樁進行了試驗，對試驗結果（guǒ）進行了（le）分析（xī）和判（pàn）定，有助於相關的（de）企業、機構、院（yuàn）校進行充（chōng）電樁EMF試驗，具有一定的參考價值。

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電動汽車直流充電樁原理（lǐ）分析及（jí）研發

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