【第一電動(dòng)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(gè)部分來(lái)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?yán)锩婢褪怯酶邏弘娫?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(chǎng)，這種電源主要是用來(lái)給筆記本電腦使用的，是用在傳統(tǒng)燃油車上面的設(shè)計(jì)了一個(gè)專門(mén)的供電接口，早期沒(méi)有出現(xiàn)USB手機(jī)充電口的時(shí)候，也可以通過(guò)一般的手機(jī)充電器給手機(jī)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(guò)IGN KL15來(lái)供電，保證在行駛中不至于200W(14A)耗掉12V電池過(guò)多的電流。對(duì)客戶使用而言，通過(guò)一個(gè)LED來(lái)表示整個(gè)供電的情況，110V接頭是按照一般插座經(jīng)過(guò)車用環(huán)境規(guī)格修改而來(lái)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(tái)達(dá)泰國(guó)工廠給福特供的部件，內(nèi)部的架構(gòu)(12V=>110V一級(jí)逆變通過(guò)變壓器隔離)是比較簡(jiǎn)單的。

圖3 典型的前裝車載逆變器

總得來(lái)說(shuō)，這個(gè)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(duì)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(chǎng)，日本住宅企業(yè)目前正在全力開(kāi)發(fā)新一代節(jié)能住宅“智能住宅”，同時(shí)也拉上了電動(dòng)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(dòng)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(shí)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(gè)配件來(lái)做這個(gè)事。

通過(guò)電動(dòng)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(guò)這個(gè)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(zhǎng)395×寬334×厚194mm

·重11.5kg

·輸出端子(插座)連接線長(zhǎng)度為1.7m

·價(jià)格為14萬(wàn)9800日元(含稅)

配備16.0kWh容量驅(qū)動(dòng)電池的EV充滿電后，通過(guò)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(shí)。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(guò)設(shè)備使住宅和電動(dòng)汽車相連、可進(jìn)行雙向供電的系統(tǒng)。

·在發(fā)生緊急情況時(shí)利用電動(dòng)汽車為家中供電

·在電費(fèi)較低的深夜為電動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)雙向的能量轉(zhuǎn)移。由于主充電單元通過(guò)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(shí)驗(yàn)

豐田這里做了兩部分設(shè)計(jì)，拿了幾臺(tái)prius的PHEV去做交流電一級(jí)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(dú)立的熔絲，使用一路分立的1.5KW的100V逆變器來(lái)輸出，在僅適用一個(gè)充電接口額度條件下，通過(guò)不同的接口輸出來(lái)判斷充電還是放電。不過(guò)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(duì)性開(kāi)發(fā)的防水的，帶保護(hù)蓋的接口，此接口的長(zhǎng)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(dú)立的Latch開(kāi)關(guān)

這種設(shè)計(jì)帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)性，所以這一組的設(shè)計(jì)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(jì)的接近電阻設(shè)計(jì)

總得來(lái)說(shuō)，日本車企的考慮是建立在日本災(zāi)害比較多，電動(dòng)汽車作為一個(gè)能量存儲(chǔ)單元來(lái)使用的，在極端條件下，這個(gè)功能開(kāi)發(fā)出來(lái)就有了很大的意義。可以保證家庭在災(zāi)害條件下的基本電能供給。

第三部分 中國(guó)國(guó)內(nèi)企業(yè)的情況

國(guó)內(nèi)主要是比亞迪做的比較靠前，其他車企也紛紛跟進(jìn)這方面的應(yīng)用。在唐這輛車上，費(fèi)了很多心思，甚至專門(mén)為了這個(gè)主題應(yīng)用投放了廣告。這個(gè)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(jī)：雙向車載交流充電機(jī)，具備3KW雙向充放電能力

·動(dòng)力電池包：車上的電池包，內(nèi)部需要調(diào)用三個(gè)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(guò)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(jī)

按照設(shè)計(jì)意圖來(lái)看，這個(gè)充電機(jī)分三個(gè)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(lái)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(jìn)，從4變直流輸出，此時(shí)交流一級(jí)的泄漏電流由Mode2&3進(jìn)行監(jiān)測(cè)，內(nèi)部有個(gè)直流一級(jí)的漏電流檢測(cè)。

o 放電：直流從4進(jìn)入，從2變交流輸出，此時(shí)只有直流漏電流檢測(cè)。

備注：此時(shí)不知道這個(gè)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(kāi)始預(yù)留了一個(gè)專門(mén)的放電連接器，后來(lái)根據(jù)優(yōu)化把此項(xiàng)給消除了。

圖11 唐的雙向車載充電機(jī)

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(dòng)雙向均考慮在同一線路上進(jìn)行，可分成：

·交流線束：充電插座<==>充電機(jī)

·直流線束：充電機(jī)<==>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(dòng)力線，還有CC、CP還有電子鎖控制線

放電線束：國(guó)標(biāo)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(gè)部分

a)電池包里面有三個(gè)接觸器，負(fù)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(gè)工作過(guò)程

放電系統(tǒng)整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程如圖15所示，完全靠接觸引腳CC上的電阻來(lái)判斷，充電機(jī)根據(jù)這個(gè)接近電阻是否等于2Kohm來(lái)判斷是否進(jìn)入放電模式，一旦檢測(cè)之后，通過(guò)與BMS和儀表系統(tǒng)進(jìn)行交互來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)放電。這里并沒(méi)有說(shuō)明電子鎖的動(dòng)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(guò)程圖

注意這個(gè)邏輯圖里面，開(kāi)關(guān)完全靠插頭的接觸電阻。 整個(gè)系統(tǒng)工作以后，需要涉及動(dòng)力網(wǎng)總線、啟動(dòng)網(wǎng)總線

1)動(dòng)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(dòng)網(wǎng)： 鎖電子鎖需要BCM進(jìn)行啟動(dòng)

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(gè)功能，因?yàn)榘凑誃MS的保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，當(dāng)SOC低于10%的時(shí)候，可以啟動(dòng)駐車充電模式，然后通過(guò)駐車發(fā)電模式(啟動(dòng)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(gè)模式下去，電給放完了。

合規(guī)的討論

根據(jù)做了一個(gè)雙向，使得3.3KW的充電大了好大的一圈。其實(shí)從內(nèi)部的走線配置來(lái)看，從原有GB/T20234出電，目前是不被許可的，出現(xiàn)漏電保護(hù)的因素，沒(méi)有涵蓋在里頭。在18487.1里面充電過(guò)程最接近的是1.5KOhm的10A線束連接，同時(shí)沒(méi)有任何反向能流的規(guī)定或者說(shuō)明 。這個(gè)功能其實(shí)超出了目前整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系，未來(lái)需要標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步加入PLC的電力線載波通信，在V2G的標(biāo)準(zhǔn)體系里面，未來(lái)是可能作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)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(jué)從未來(lái)的市場(chǎng)需求，特別是戶外郊游乃至應(yīng)急的考慮，電動(dòng)汽車可以充分發(fā)揮出這個(gè)功能的作用。部署在大容量電池的純電動(dòng)汽車和增程式的電動(dòng)汽車上，都會(huì)有比較好的使用效果。但是對(duì)于放電的邏輯，這個(gè)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

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