笔者原来一直关注快充,写过一些文章,例如《新能源车的快充之王与欧姆定律 》。最近发现很多朋友对慢充不是非常清楚,所以也写了一篇小文梳理一下。
新能源车包括两类:
PHEV,插电混动车BEV,纯电动车这两类新能源车都可以使用慢充。所谓快充和慢充,主要区别在于:
快充——使用直流电源或三相交流电源。功率大于20kW。慢充——使用单相交流电源。功率小于7kW。其中,三相交流电源充电功率计算公式为:
三相交流电源的线电压为380V,如果按照国标规定最大32A工作电流计算,充电功率可达21kW,有人可能将这种充电方式归为慢充,但笔者倾向于将其归类到快充,这个功率还是不小的。一个对照是,比亚迪新推出的DM-i系列车型直流快充功率才18kW。
慢充分类慢充使用单相交流电源,标准电压为220V。看起来很简单,其实也有点小复杂,如果不正确使用慢充的充电器,还是有安全隐患的。
常见的交流慢速充电器可以分为两大类:
便携式:连接方式B,模式2。可以简单理解这是使用墙插(墙壁插座)的连接方式。固定式:连接方式C,模式3。这是常见的使用充电桩的连接方式。这两种方式最大的区别在于,便携式充电器的充电电缆使用普通插头从电源取电,而固定式充电器的充电电缆是已经连接在充电桩上的。大多数新能源车(包括插电混动车)随车都会赠送一个带插头的便携式充电器;如果车主在车位安装了交流慢充桩,那就是典型的固定式充电器。便携式充电器可以放在车上,走到哪充到哪;而使用固定式充电器,车辆只能回到车位充电。
便携式充电器使用场景
便携式充电器也有两种:
10A规格,约1.5kW,使用10A标准三脚插头(其中一个脚为地线)。16A规格,约2.5kW,使用16A标准三脚插头 。10A与16A的差别大家容易理解,一般家里普通插座都是10A的,而空调插座是16A的。16A插头比较粗大一些,不使用暴力是插不入10A插座的。反过来,10A插头也很难插入16A空调插座。
那么1.5kW及2.5kW这两个功率是如何得来的呢?有人会质疑,如果使用10A插头,充电功率计算值为:
1.5kW与2.2kW差距还是蛮大的。这其中的原因有两点:
第一是国标中规定10A插头的最大工作电流为8A(留了20%安全裕量),220V*8A=1.76kW。第二是交流电源(220V单相)需要经过整流、升压及滤波等环节变成直流电源(例如400V)才能充到电池里。这些转换环节再加上线路会有能量损耗,如果损耗按照15%计算,则有效充电功率为1.76kW*85%=1.5kW。(注:如果充电器的效率做得高一些,功率也会大一点,例如达到1.6kW。)国标对模式2工作电流的限制规定
同理,使用16A插头的便携式充电器最大工作电流是13A,减掉损耗后,真正给电池充电的功率约为2.5kW,而不是220V*16A=3.5kW。(注:充电器损耗如果较小功率会大一些,但不超过2.7kW)。
国标中之所以限定了便携式充电器的工作电流,主要是因为这种插头连插座的方式不是十分可靠,常常有人敷衍行事将这个插头插得松松垮垮,或者谁走路时不小心被电缆绊了一下也会把插头踢松,再有就是这种连接方式往往还经过插线板之类的延长连接。这些情况下,如果不留出安全裕量,长时间通电会让不可靠的插头接触点发热量增大甚至着火。很多新能源车主使用所谓高楼“飞线”充电,就是这种便携式充电方式,其实风险隐患很大,可以想象一下,一阵风吹来,吹动悬垂的电缆,把插头带松了一些,那么插头接触点的电阻就会增大,时间长了就可能着火。在网上搜飞线充电着火的新闻,有很多。
其实为了减少风险隐患,在国标中,是禁止使用插线板之类的延长线的。
我个人认为,便携式充电器不应该长期使用。因为便携式充电器一般充电时间都很长,也许会长达8个小时以上,这么长时间通大电流(即使有安全裕量),插头插座的老化几乎是不可避免的。如果把便携式充电作为主力充电方式,最好定期检查一下插头和插座。
固定式充电桩固定式充电桩一般也有两种规格:
6.6kW规格,工作电流32A。也常被称为7kW规格。3.3kW规格,工作电流16A。因为这种固定式充电桩的电缆连接比较可靠,所以工作电流可以达到标称的线路最大值。例如32A充电桩,交流端功率为220V*32A=7.04kW,减去转换损耗后(这个工作电流下效率会高一些,达到95%),直流电池充电功率约为6.6kW。
在某些场景中,例如小区地下车库,从配电变压器到车位的距离很远,假设有150米,此时在充电桩上的交流电压是达不到220V的,也许只有208V,那么充电功率会进一步降低,比如只有6kW。若想降低长距离电缆上的压降,就要使用更粗的线,对应32A电流正常要使用6平方的线,距离较远的情况下可以使用10平方电缆。
在新能源车上,慢充的充电功率不仅仅由充电桩决定,也与车载充电机功率有很大关联。这个车载充电机(OBC,On Board Charger)就是将交流220V转换为直流电源送给电池包充电的装置。
车载充电机OBC
如果这个车载充电机的功率只有3.3kW,那么就算是你连接到一个6.6kW的充电桩,到电池的充电功率也只有3.3kW。如下图这个铭牌中所示。车载充电机是整个线路的瓶颈。
比亚迪秦PLUS DM-i的OBC铭牌
这个车载充电机如果是双向的,既可以把交流变直流,也可以把直流变交流,那么车辆就具备对外放电功能,比亚迪称其为移动电站。这种外放220V电源的功能已经不是比亚迪的独家秘技了,吉利、北汽甚至丰田的新能源车现在都有这种功能了。外放电源一般不超过16A(空调插座最大电流),所以外放电源的功率也不会超过3.3kW。
移动充电宝救援一个有趣的话题经常被比亚迪车主提起,就是比亚迪的车给其他车辆补电,进行道路救援。
例如上图这种场景,唐DM外放220V电源,远端的特斯拉通过便携式充电器从外放电源插座上取电。这种场景的充电功率我判断为1.5kW,因为那个外放插排一般是10A的。可以看出,这种补电方式效率很低,因为功率太低。
真正比较好的方式是车对车补电(VTOV,Veihcle to Veihcle),两端的车辆都使用充电枪可靠连接,交流VTOV电流可以达到32A,功率6.6kW,效率比上面图中那种方式高出四倍!如果是直流VTOV,功率可以再增大几倍,只不过这种VTOV需要特殊的电缆且车辆支持,此话题本文不再展开,留待下回分解。