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<电气自动控制原理与系统>全册

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一、充电桩的分类

充电桩分为交流充电桩和直流充电桩。前者俗称“慢充”，后者俗称“快充”。

充电交流充电桩经过电动汽车内置的“车载充电机”将电网的交流电转换为直流电后对电池充电。车载充电机（OBC：On Board Charger）目前国际市场主要有两种功率大小：3.3kW（输入：220VAC/16A，输入：200V-420VDC / 10A）和6.6kW（输入：220VAC/32A，输入：200-420V/20A ）。输入电流小，充电速度慢，所以被称为“慢充”。交流充电桩依据其婚配车载充电机功率不同相应有3.3kW和6.6kW之分。直流充电桩内置大功率直流充电模块，充电桩自身将电网的交流电转换为直流电，输入电流可以高达100A以上，所以被称为“快充”。

直流充电桩可以从功率大小、充电枪的多少、结构方式、装置方式等不同维度停止分类。其中，按结构方式比拟主流的分类是将直流充电桩分为两种：一体式直流充电桩和分体式直流充电桩。

二、直流充电桩的基本任务原理

在国度动力局发布的直流充电桩相关的行业规范《NB/T 33001-2010：电动汽车非车载传导式充电机技术条件》中指出，直流充电桩基本构成包括：功率单元、控制单元、计量单元、充电接口、供电接口及人机交互界面等。功率单元是指直流充电模块，控制单元是指充电桩控制器。直流充电桩自身作为一种系统集成产品，除了 “直流充电模块”和“充电桩控制器”这两个组件构成了技术中心之外，结构设计也是整桩牢靠性设计的关键点之一。 “充电桩控制器”属于嵌入式硬件和软件技术范围，“直流充电模块”则代表了电力电子技术在AC/DC范围的*成就。

充电的基本进程是： 在电池两端加载直流电压，以恒定大电流对电池充电，电池的电压渐渐地缓慢地上升，上升到一定水平，电池电压到达标称值，SoC到达95%（针对不同电池，不一样）以上，继续以恒压小电流对电池充电。“电压上去了，但电量没有充溢，就是没有空虚，假设有时间，可以改用小电流空虚”。 为了完成这个充电进程，充电桩在功用上就需求有“直流充电模块”提供直流电源;需求有“充电桩控制器”控制充电模块的“开机、关机、输入电压、输入电流”;需求有“触摸屏”作为人机界面下发指令，经过控制器将“开机、关机、输入电压、输入电流”等指令下发给充电模块。从电气层面了解的*简充电桩只需有充电模块，控制板和触摸屏就可以了; 假设开机、关机和输入电压］输入电流等指令在充电模块上做成几个键盘，那么一个充电模块就可以对电池充电了。

直流充电桩的电气局部由主回路和二次回路组成。主回路的输入是三相交流电，经过输入断路器、交流智能电能表之后由充电模块（整流模块）将三相交流电转换为电池可以接受的直流电，再衔接熔断器和充电枪，给电动汽车充电。 二次回路由充电桩控制器、读卡器、显示屏、直流电表等组成。二次回路还提供“启停”控制与“急停”操作;信号灯提供“待机”、“充电”与“充溢”形状指示;显示屏作为人机交互设备则提供刷卡、充电方式设置与启停控制操作。

关于直流充电桩的电气原理，总结如下：

1.单个的充电模块目前只要15kW，不能满足功率要求，需求多个充电模块并联在一同任务，需求有CAN总线来完成多个模块的均流;

2.充电模块的输入来自电网，是大功率供电，触及到电网和人身平安，特别是人身平安，需求在输入端装置空气开关（学名是“塑壳断路器”），防雷开关甚至漏电开关;

3.充电桩的输入是高压、大电流，电池是电化学品，容易爆炸，要防止误操作的平安效果，输入要有熔断器;

4.平安效果是*优先级的，除了有输入端的措施之外，机械锁和电子锁是一定要有的，绝缘检测是一定要有的，泄放电阻是一定要有的;

5.电池能否接受充电，这不是由充电桩决议的，是由电池的大脑、BMS决议的。BMS下发“能否允许充电，能否终止充电，可以接受多大电压，多大电流充电”的指令给控制器，控制器再下发给充电模块。因此，需求有完成控制器和BMS之间的CAN通讯，控制器和充电模块之间的CAN通讯;

6.充电桩还要接受监控管理，控制器需求经过WiFi或3G/4G等网络通讯模块和后台衔接;

7.充电的电费不是收费的，需求装置电表，需求读卡器完成计费功用;

8.充电桩壳体上需求有了如指掌的指示灯，通常是三个指示灯，区分表示充电、缺点和电源;

9.直流充电桩的风道设计是关键。风道设计除了却构上的学问，需求在充电桩外面装置有风扇，虽然每个充电模块外面都有风扇。

思索到上述细节，直流充电桩作为一个系统是比拟复杂的。

图3给出某单枪直流充电桩更详细的电气原理框图的主回路电气原理图作为设计参考。

三、直流充电桩的技术开展趋向

关于直流充电桩的技术开展趋向，有5个方向值得关注：

1.超大功率充电堆-功率静态分配-柔性充电

纯电动公交充电站集中停放、运营路途充电的特点决议了其充电处置方案能够朝超大功率充电堆的方向演进。纯电动出租车和物流车甚至也能够朝这个方向演进。30KW充电模块需求变得急切，其主要推进力就是充电堆的需求正变得急切。

功率静态分配*先是某公司提出来的，每两个模块前面用一个功率继电器，可以把这两个模块投在左枪也可以投在右枪运用;后来另外一家公司提出新的名词柔性充电，需求大功率充，电流很大的时分，将其它模块投过去运用，小车来的时分可以分开运用，这样做是有一定的道理;柔性在电网中有加大功率这样一层意思在外面，所以提出柔性充电概念也说的过去。不同叫法，实践上是同一意思。

关于180kW及以下的直流充电桩，谈功率静态分配和柔性充电是个伪需求，甚至分体式的意义都不大，但是双枪轮充和均充也许有点实践意义。

充电堆的运用场景是，可以依据以后待充电车辆数量来自动分配给每个车多大功率。这样确保将充电模块的功率用到*，在车辆不多的时分，每辆车被分配的功率很大，可以更快速地充溢。这种运用就需求更多的继电器切换充电模块的功率流向，这会添加一些硬件本钱，牢靠性难度也添加了一些，当然，也需求对充电控制器的软件停止晋级。

2.社区停车场环行智能充电

所谓环行智能充电，这是个很时兴的概念。详细运用场景是：在一个社区停车场停放了很多电动汽车，中央处置单元自动地巡回检测每台车的电池电量，在夜间自动地轮番将每台车充溢。这其实也是一种柔性充电，也需求在社区停车场装置超级充电堆。这种做法的益处是：比交流充电的效率更高，比装置若干个直流充电桩，车主排队等候直流充电的灵敏性大，本钱也低很多。

3.家用型壁挂式充电桩进家用电器

也许我们可以愈加失望，在处置了电力配送之后，就是未来有才干将中国过量的电力供应保送到每个居民小区的时分，消费者为了追求更快速的充电体验，团体可以自主决议是装置直流充电桩还是交流充电桩，直流充电桩将做得像家电产品一样小巧、美丽。壁挂式直流充电桩将是一种刚需。这种产品的销售形式就像卖电热器这类商品一样，在商场外面卖，在JD，TMALL下面卖。这种像家电一样的产品将去掉直流充电桩组成中一些不太紧要的部件，将充电控制器和触摸屏功用做到一个充电模块大小的外壳外面，但模具会做得很精致。随着电力电子技术的提高，充电模块功率密度越来高，这个趋向将成为能够。

4.“光充储”充放电一体化

光伏、充电、储能三者组合在一同的概念曾经有了详细的产品，就是PowerWall，未来PowerWall进一步开展，构成新型充电站形状，电能在光伏电池板、电动汽车、电网、储能电池四者之间自在地活动。直流充电桩既可以由电网提供电能给电动汽车充电，也可由光伏电池板提供，还可以由储能电池提供。储能电池，电池汽车电池和光伏电池板的电能也可以卖给电网。

5.共享充电、收费充电

假设以互联网的共享思想来思索未来，任何团体装置的充电桩可以提供应任何其他车主充电，也就是说一切的充电桩都是可以随时开放的。经过互联网工具，车主很容易找到闲置的团体充电桩。

未来充电站能够在互联网的思想下做成了O2O的Off-Line的重要衔接节点，只需有车主来充电，能够就要在充电站等候15分钟。充电站将作为重要的广告场地资源，这是不难想象的。

四、直流充电桩任务原理及罕见缺点剖析

直流充电桩外部普通由计费控制单元、读卡器、LCD、无线模块、电源模块、电表和非车载充电机组成。非车载充电机提供交直流变换功用，其他设备提供计费、通讯、人机交互等功用。即直流充电模型：

左边是非车载充电机（即直流充电桩），左边是电动汽车，二者经过车辆插头、插座相连。我们可以很清楚的看到，充电模型主要由“非车载充电机”、“车辆接口”、“电动汽车”这三局部构成，所以充电异常中止基本也由这三局部引发，那么接上去我们将对这三局部停止“体检”剖析。 *类病症：非车载充电机局部惹起的充电异常中止状况。

在充电进程中，假设非车载充电机出现不能继续充电的缺点（如充电桩不测进水或异物进入、环境温度骤变等），则向车辆周期发送“充电机中止充电报文”并控制充电机中止充电，在100ms内断开K1、K2、K3和K4；

在充电进程中，非车载充电机控制装置如发作通讯超时（如通讯线路缺点等），则非车载充电机中止充电，并在10s内断开K1、K2、K5、K6，非车载充电机控制装置发作3次通讯超时即确认通讯中缀，则非车载充电机中止充电，并在10s内断开K1、K2、K3、K4、K5、K6；

在充电进程中，非车载充电机输入电压若大于车辆*允许充电总电压（如充电桩输入限压功用失效等），则非车载充电机应该在1s内中止充电，并断开K1、K2、K3、K4；

第二类病症：车辆插头、车辆插座惹起的充电异常中止状况。

在充电进程中，非车载充电机控制装置经过对检测点1的电压停止检测，假设判别开关S由闭合变为断开（如充电枪上按键失灵或误触发等），应在50ms内将输入电流降至5A或以下；

在充电进程中，非车载充电机控制装置经过对检测点1的电压停止检测，假设判别车辆接口由完全衔接变为断开（如车辆不测移动、充电枪线缆被不测扰动等），则控制非车载充电机中止充电，应在100ms内断开K1、K2、K3、K4。

第三类病症：电动汽车惹起的充电异常中止状况。

在充电进程中，假设车辆出现不能继续充电的缺点（如BMS系统误报电池实时形状、车辆控制装置误关断充电回路接触器等），则向非车载充电机发送“车辆中止充电报文”，并在300ms（由车辆依据缺点严重水平决议）内断开K5和K6。