科目：
- 介紹
- 充電插頭和連接
- 電動車供電設備 (EVSE)
- 充電選項
- 載入時間
- 加載價格
- 充電站與車輛之間的通信
- 近距離飛行員
- 控制飛行員
- 電力網絡
介紹：
電動車或插電式混合動力汽車的電池可以透過外部充電設施進行充電。 您可以用充電電纜將汽車連接到公共充電站、公共充電站或私人壁箱（位於外觀或車庫內），透過電網為電池充電。 通常還提供行動充電器，可讓您透過牆壁插座充電，但建議僅在緊急情況下使用此充電器。
下圖是電動車的充電狀況。 車輛側面有一個翻蓋，看起來與內燃機汽車上的燃油翻蓋非常相似。 在翻蓋後面，我們找到了可以插入充電插頭的插頭連接。
翻蓋上的貼紙指示插頭旁的 LED 在特定狀態下會亮起哪種顏色。
充電插頭和連接：
充電插頭和連接在歐洲已標準化。 我們使用 Mennekes（類型 2）進行交流充電（交流電），並使用 CCS2 插頭進行直流充電（直流電）。
下圖顯示了 Mennekes Type 2 與 CSS2 充電插頭的組合。 此插頭可以使用直流電（快速）充電。
下圖顯示了世界其他地區使用的插頭。 交流和直流之間有區別，直流變體通常是交流連接器的延伸。
電子車輛供電設備 (EVSE)：
公共充電設施始終配備與 EVSE（電子車輛供電設備）的介面。 這確保了安全和通信。 EVSE的功能包括：
- 檢查連接：確認所有插頭均已連接並鎖定後，開始充電模式；
- 自我診斷：當偵測到錯誤時，市電供電中斷；
- 漏電流偵測：任何形式的漏電流都會中斷市電供電；
- 電流控制：透過PWM訊號與車內車載充電器通信，限制電流。
載入選項：
當使用交流電（AC）充電時，車內電網的電力被轉換為直流電（DC）。 交流充電的缺點是存在較高的感應現象風險以及因導體電阻造成的損失。 在能量到達電池之前，汽車中也會發生從交流電到直流電的轉換，這限制了充電電流。
直流 (DC) 充電可實現「超級」快速充電。 AC/DC 轉換不再在車載充電器中進行，而是在車輛外部進行。 因此，電池可以以更大的充電容量充電，從而更快充滿。 這是在高速公路上喝咖啡休息期間充電以完成剩餘旅程的理想選擇。
車輛裝載的方式和速度可分為四種不同的模式。 模式 1、2、3 和 4 指示車輛如何連接到電源點。
- 模式1：直接透過家庭連接的電網進行充電。 在車輛中，電壓從 AC（交流電）轉換為 DC（直流電）。 此充電設備提供了安全性，因為車輛到插座沒有電流限製或回饋。 這種裝載方法很少使用，因為有危險和缺陷的風險，因此在許多國家被禁止。
- 模式2：與模式1一樣，使用家庭連接的牆壁插座，充電電流限制為16A，並附有 資產 3,68千瓦。 然而，為了防止過載，充電電纜的功率通常限制在 2,3 kW（約 10 A）。 充電模式2，充電站設計為行動充電器，可隨身攜帶。 在車輛中，車載充電器將交流電轉換為直流電。
- 模式3：使用固定充電站或壁箱充電，與模式2一樣，連接到建築物的電網。 模式 3 充電器適用於交流電充電，功率為 3,68 至 22 kW。 交流電再次在車輛的電力電子設備中轉換為直流電。
- 模式 4：充電模式 1 至 3 使用交流電，並且必須在車輛中將其轉換為直流電，而模式 4 充電則在充電站本身進行從交流電到直流電的轉換。 直流電直接供應電池組。 這稱為直流充電或快速充電。 用於模式 4 充電的直流充電站需要至少 480 伏特的輸入電壓並提供 43 kW 的功率。
大眾電動高爾夫（32 kWh）
交流充電：
使用 2 型充電插頭，電池組可以透過交流電充電。 車用充電器最大充電功率為3,7kW。 當電池組透過充電站（模式 20）從 3% 充電時，大約需要 7 小時。 解釋：80 kWh 的 32%（充電）= 25,6 kWh。 我們將所需電量除以輸出電量來計算充電時間：(25,6 / 3,68) = 6,96 小時（6 小時 58 分鐘）。
透過插座充電（模式2）時，功率限制為2,3kW，充電時間為11,13小時（11小時8分鐘）。
直流充電：
採用44kW功率的直流快充時，0,58小時（35分鐘）即可充飽。
梅賽德斯 EQS SUV 500 4MATIC（108,4 千瓦時）
交流充電：
使用 2 型充電插頭，電池組可以透過交流電充電。 車用充電器最大充電功率為11kW。 我們再次假設我們將收取 20% 的費用。 充電裝置提供的功率為86,72kW。 透過充電站充電時，充電時間為7,88小時（7小時53分鐘）。
直流充電：
使用模式 4，可充電至 207 kW。 充電時間為：(86,72 / 207) = 0,42 小時（25 分鐘）。
加載價格：
有許多收費卡提供者。 各種網站提供費率概覽。 在本節中，我們假設 2023 年 XNUMX 月適用的能源費率，不考慮訂閱費或每個充電會話的起始費率，而僅考慮能源價格。
- 荷蘭交流電 €0,60/kWh
- 荷蘭直流電 €0,85/kWh
- 比利時和盧森堡 €0,65/kWh
- 歐洲：交流電 €0,51/kWh
- 歐洲：直流電 €0,87/kWh
在大眾 e-Golf 和梅賽德斯 EQS 的範例中，我們根據充電容量以及我們將從 20% 的範圍內充電的事實來計算充電價格。
- 大眾e-Golf：以25,6kW的充電功率計算，在荷蘭交流充電費用為15,36歐元，直流充電費用為21,76歐元。 總航程：190公里。
- 梅賽德斯EQS：充電容量為86,72千瓦，在荷蘭交流充電費用為52歐元，直流充電費用為73,70歐元。 射程約485公里。
充電站與車輛通訊：
充電介面模組提供充電站與車輛之間的通訊。 所謂的“Proximity Pilot”和“Control Pilot”，縮寫為“PP”和“CP”，表示充電插頭已連接並決定允許多少充電電流。 接下來的兩段解釋了 PP 和 CP 的操作。
在圖中，我們看到美國 1 型（左）和歐洲 2 型 Mennekes 插頭（右）中的 CP 和 PP，兩者都與直流充電插頭結合在一起。 我們專注於帶有 CP、PP、帶有中性線 (N) 的三相（L1 至 L3）以及所謂的保護接地 (PE) 的正確插頭。
本節使用下圖，該圖基於歐洲標準 (IEC 62196-2)。 這涉及 2 型連接器，也稱為 Mennekes。 在圖中，我們看到（從左到右）以下組件：
- EVSE 控制器：這是內建於充電站或牆盒中的模組；
- 充電插頭：除了充電電流外，EVSE控制器和整車控制器之間還透過PP和CP進行通訊；
- 車輛控制器：一旦滿足幾個條件，車輛中的電子設備就會啟動充電過程。
近距離飛行員：
接近導頻有兩個功能：註冊是否連接充電線以及註冊連接哪種類型的充電線，從而可以確定最大充電電流。
在下圖中，PP 電路被塗成紅色。 這裡我們看到 R1 和 R2 之間有一個分壓器，由 5 伏特供電。 控制單元測量 R1 和 R2 之間的電壓（為了清楚起見，用電壓表指示）。 電阻R1作為上拉電阻。
- 如果沒有連接充電插頭，則沒有分壓器。 電阻R1不吸收任何電壓，因此測得電壓為5伏特；
- 連接充電插頭時，會形成串聯。 使用給定的電阻值，控制單元將測量 3,1 伏特的電壓。
充電插頭中的電阻值表示通過充電電纜的最大電流。 這些電阻值如下：
- 100歐姆：最大63A；
- 220歐姆：最大32A；
- 680歐姆：最大20A；
- 1500 歐姆：最大 13A。
範例中的電阻值為220歐姆，這表示通過該充電線的電流最大可能為32A。 較高或較低的電阻可確保不同的分壓，從而確保控制器的不同輸入電壓。
北美連接器符合標準：SAE J1772。 此 Type 1 充電插頭與歐洲版本不同：
- 歐洲2型插頭採用單相交流電壓取代三相交流電壓；
- 手動鎖鉤。 額外的分壓器可以增強安全性。 一旦識別出按鈕被按下，充電系統就會立即關閉。
下圖為美國版本。
鎖鉤特別延伸了接近先導電路。
- 連接器內有分壓器；
- 開關S3與電阻R7並聯。 靜止時，開關閉合，電阻R7橋接；
- 拔掉插頭時，駕駛必須操作鎖鉤將插頭從車上拔出。 按下此鉤子時，S3 將會打開。 電阻器 R7 是分壓器的一部分。
控制飛行員：
CP 監控從請求開始充電到電池充滿電時充電結束的充電過程。 CP 可實現充電設施中的 EVSE 控制器與車輛之間的通訊。
- 將充電電纜連接到充電站後，EVSE 控制器會向充電插頭的 Control Pilot 連接施加 12 伏特電壓。
- 一旦充電插頭連接到車輛，由於 R9 和 R3 之間的分壓器，電壓就會下降到大約 4 伏特；
- 控制器透過 ST2（施密特觸發器）測量輸入電壓。
連接充電線時的電流標示為紅色。
- 記錄到 9 伏特電壓後，EVSE 控制器為繼電器 K2 通電。 電路中包含振盪器，而不是12伏特電源；
- 振盪器產生-12至+12伏特的方波電壓；
- 二極體確保 CP 連接上的電壓在 +9 和 -12 伏特之間變化；
- 透過 PWM 訊號中的佔空比，EVSE 控制器指示車輛可能消耗的最大充電電流。
建立 PWM 訊號後，當車輛準備開始充電時，車輛控制器會開啟繼電器 K1。
- 繼電器K1將電阻R5接地；
- 由於R4和R5並聯，PWM訊號的正脈衝下降到6伏特；
- 充電設備中的 EVSE 控制器測量 6 伏特電壓，然後將電源連接到充電電纜為電池充電。
下圖顯示了來自控制導頻器的訊號，顯示了電壓隨時間變化的情況。 連接充電插頭時，可以在充電插頭的控制導頻連接處測量此電壓曲線。
- 狀態A：沒有與車輛連接。 只要不連接充電線，電壓就保持12伏特；
- 狀態B：電動車已連線。 繼電器 K2 得電。 由於電路中有二極體，電壓降至9伏特；
- 狀態C：繼電器K1得電。 這是充電裝置開始充電過程的「訊號」。
狀態 D 和 E 表示何時需要採取措施進行通氣，或因偵測到錯誤而需要結束充電過程。
電力網路：
在「充電選項」部分，顯示了模式1至4。 您可以選擇透過家用充電器、壁箱、充電站或高速公路沿線的快速充電器在家中為車輛充電。 尤其是透過自己的充電設施在家充電變得越來越流行。 家用充電器可以簡單地連接到插座上，但為了實現盡可能短的充電時間和更大的充電電流，您可以透過調整配電箱來連接自己的壁箱。 首先我們來看概念：單相和三相交流電。
對於單相連接，我們看到的是具有三芯的“標準”電纜：
- 棕色：相線；
- 藍色：中性線；
- 黃/綠：地線。
對於單相充電站或壁箱，電流流經兩條電線（相線和中性線）。
1 相壁箱或充電站使用家用電子產品的標準 230 V 連接。 最大功率為16A，使得1相充電器的最大充電功率達到3,7kW。 以這樣的充電容量，60kW的電池組充滿電大約需要16小時，時間相對較長。 大多數新型電動車都具有更高的容量。
可增加家用電子產品配電箱中的最大電流，從而為 32 A 1 相充電器提供更多容量。 在這種情況下，最大可以使用 7,4 kW 的功率進行充電。 然而，使用單相充電器時，配電箱可能會過載，導致停電。 除了充電站外，還有更多使用電網的電器，包括洗衣機、洗碗機、爐灶和熱泵。 借助負載平衡，可以利用最大容量：
- 白天很可能會使用多種電器。 車輛充電電流減小；
- 大多數設備在夜間關閉，以便車輛有更多的充電能力。
為了更快地充電，可以透過三相連接將充電站或壁箱連接到配電箱。 這不一定是功率流。 對於三相連接，我們看到兩條額外的電線：
- 黑色：額外相線；
- 灰色：額外相線。
對於三相充電站，電流流經四根電線（三相線和中性線）。
三相連接的充電站或壁箱的充電容量高於單相連接，這意味著車輛充電速度更快。 永遠不會超過車輛的最大充電電流。 有些車輛僅適合充電至 3 kW。 那麼創建三相連結就沒有意義了。 車輛也可以適用於 1 或 3,7 kW：值得增加配電箱的容量 (3 * 7,4 A)。
在較舊的房屋中，我們經常在配電箱中看到單相連接（高達 1 A）。 所有三相都存在，但只有一相連接。
配電箱可以進行轉換，以便使用所有三相。 較新的房屋，配電箱是為更多的用電設備（例如太陽能電池板、電磁爐和熱泵）準備的，在交付時就已經可以配備三相連接。 在這種情況下，電錶顯示「3×3/220V 或 230×3/380 伏特」。 配電箱底部共有四根電線－三相線和中性線。 根據配電箱的不同，該組的保護電流高達 400x1A、25x1A 或 30A。 規定的安培數越大，同時可以使用的電流就越多。
下圖顯示了配電箱中從一相到三相連接以及使用一相或三相充電器的五種情況。
1階段： 使用緊急充電器，您可以透過插座為車輛充電。 使用壁箱，1 相組在沒有負載平衡的情況下可充電高達 16A，在有負載平衡的情況下可充電 32A。 只有當房子裡沒有其他消費者活躍時才能實現 32A。
對於高達 7,4 kW 的功率，可以使用具有負載平衡的單相網路。 當家中使用多種高耗電電器時，包括洗衣機/烘乾機、洗碗機和熱泵，功率會降低以防止過載。 實際上，這意味著功率可降低多達 1%。 因此，從 50 相切換到 1 相是明智的。
3階段： 如果同時要求的功率過多，可能會導致過載並觸發保護，從而導致停電。 因此，網路能夠提供足夠的電力非常重要。 透過三相連接，可以同時提供更多電流。 標準三相組的保護電流高達 3A。
- 11kW：需要對電錶櫃進行加固。 從1相調整到3相就足夠了；
- 22kW：除了從1相調整為3相外，還需要增加35A。
對於個人來說，調整至 22 kW 和 35A 幾乎沒有意義。 由於費用增加，必須額外支付 1000 歐元的年度常設費用。 對於每個較重的台階（3x63A 或 3x80A），必須支付額外費用。 此外，許多電動車（尚）不適合使用如此高的交流電充電：
預計未來幾年可充電 22 kW 的車輛數量將會增加。
