新能源汽车直流充电桩的工作原理

1. 荷载桩的分类

这交流充电桩将来自电网的交流电分配到充电模块通过与车辆的信息交互来了解车辆，以及充电模块车辆上的电源控制装置可将交流电转换为直流电，从而为动力电池充电。

这交流充电枪（Type1、Type2、GB/T） 为了交流充电站有7个接线孔，7个孔均配有金属接线端子，用于支持三相电源。交流电动汽车充电站（380V），7孔中只有5个带金属端子的孔，为单相电源。交流电动汽车充电器（220V）交流充电枪比直流充电枪（CCS1、CCS2、GB/T、Chademo）.

这直流充电桩通过与车辆进行信息交互，将电网的交流电转换为直流电，为车辆的动力电池充电，并根据车辆上的电池管理器控制充电桩的输出功率。

直流充电枪上有9个接线孔。直流充电站而且直流充电枪比交流充电枪大。

2. 直流充电桩的基本工作原理

国家能源局发布的行业标准《NB/T 33001-2010：电动汽车非车载传导式充电器技术条件》指出，基本组成如下：直流电动汽车充电器包括：电源单元、控制单元、计量单元、充电接口、电源接口和人机交互接口。电源单元指直流充电模块，控制单元指充电桩控制器。作为系统集成产品，除了“直流充电模块“ 和 ”充电桩控制器作为技术核心，结构设计也是整个桩可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畴，“直流充电模块”代表了交直流领域电力电子技术的最高成就。

充电的基本流程是：在电池两端施加直流电压，以恒定高电流充电，电池电压逐渐缓慢上升，上升到一定程度，电池电压达到标称值，SoC（荷电状态）达到95%（不同电池情况不同），然后继续以恒定电压和小电流充电。“电压上升，但电池未充满，即未充满，如有时间，可切换至小电流进行补电。” 为了实现这一充电过程，充电桩需要配备一个“直流充电模块”来提供直流电源；还需要一个“充电桩控制器”来控制充电模块的“开机、关机、输出电压和输出电流”；还需要一个“触摸屏”作为人机界面来发出指令，控制器会向充电模块发出“开机、关机、输出电压、输出电流”等指令。最简单的充电桩需要配备一个“触摸屏”作为人机界面。 电动汽车充电桩从电气层面来看，只需要一个充电模块、一个控制板和一个触摸屏；如果将开机、关机、输出电压、输出电流等命令输入到充电模块上的几个键盘中，那么充电模块就可以给电池充电。

这直流充电器的电气部分它由主电路和次电路组成。主电路的输入为三相交流电，经输入断路器和交流智能电能表后，转换为充电模块（整流模块）可接受的直流电，然后连接熔断器。电动汽车充电枪为电动汽车充电。次级电路包括：电动汽车充电桩控制器、读卡器、显示屏、直流电表等。辅助电路还提供“启动-停止”控制和“紧急停止”操作；信号灯提供“待机”、“充电”和“充满”状态指示；作为人机交互设备，显示屏提供刷卡、充电模式设置和启动-停止控制操作。

直流充电桩的电气原理概括如下：

• 目前单个充电模块的功率只有 15kW，无法满足功率需求，需要多个充电模块并联工作，并且需要 CAN 总线来实现多个模块的电流共享；
• 充电模块的输入来自电网，这是一个大功率电源，涉及电网和人身安全，特别是人身安全，因此需要在输入端安装空气开关（学名“塑料外壳断路器”）、防雷开关甚至漏电开关；
• 充电桩的输出是高电压、大电流，电池是电化学电池，容易爆炸，为防止误操作造成的安全隐患，输出端必须有保险丝；
• 安全问题是重中之重，除了输入端的措施外，还必须有机械锁和电子锁，必须进行绝缘测试，并且必须有放电电阻；
• 电池是否接受充电并非由充电桩决定，而是由电池管理系统（BMS）决定。BMS 向控制器发出“是否允许充电、是否终止充电、可接受的电压和电流大小”等指令，控制器再将这些指令发送给充电模块。因此，需要在控制器和 BMS 之间以及控制器和充电模块之间实现 CAN 通信。
• 充电桩也需要进行监控和管理，控制器需要通过 WiFi 或 3G/4G 等网络通信模块连接到后台；
• 充电产生的电费并非免费，需要安装电表，并且需要读卡器才能实现计费功能；
• 充电桩外壳上需要有清晰的指示灯，通常有三个指示灯，分别指示充电、故障和电源供应；
• 直流充电桩的风道设计至关重要。除了结构方面的知识外，风道设计还需要在充电桩内安装风扇，尽管每个充电模块内部都已装有风扇。