新能源汽车直流充电桩的基本工作原理详解

2021-12-23 16:07

新能源汽车充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两种，直流充电桩是固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车动力电池提供大功率直流电源的供电装置。

一、直流充电桩的基本工作原理

充电的基本过程是：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，上升到一定程度，电池电压达到标称值，SoC达到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，但电量没有充满，就是没有充实，如果有时间，可以改用小电流充实”。为了实现这个充电过程，充电桩在功能上就需要有“直流充电模块”提供直流电源;需要有“充电桩控制器”控制充电模块的“开机、关机、输出电压、输出电流”;需要有“触摸屏”作为人机界面下发指令，通过控制器将“开机、关机、输出电压、输出电流”等指令下发给充电模块。从电气层面理解的最简充电桩只要有充电模块，控制板和触摸屏就可以了; 如果开机、关机和输出电压］输出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。

直流充电桩的电气部分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，再连接熔断器和充电枪，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“充满”状态指示;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。

二、直流充电桩的电气原理

1、单个的充电模块目前只有15kW，不能满足功率要求，需要多个充电模块并联在一起工作，需要有CAN总线来实现多个模块的均流;

2、充电模块的输入来自电网，是大功率供电，涉及到电网和人身安全，特别是人身安全，需要在输入端安装空气开关（学名是“塑壳断路器”），防雷开关甚至漏电开关;

3、充电桩的输出是高压、大电流，电池是电化学品，容易爆炸，要防止误操作的安全问题，输出要有熔断器;

4、安全问题是最高优先级的，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、电池是否接受充电，这不是由充电桩决定的，是由电池的大脑、BMS决定的。BMS下发“是否允许充电，是否终止充电，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，需要有实现控制器和BMS之间的CAN通信，控制器和充电模块之间的CAN通信；

6、充电桩还要接受监控管理，控制器需要通过WiFi或3G/4G等网络通讯模块和后台连接;

7、充电的电费不是免费的，需要安装电表，需要读卡器实现计费功能;

9、充电桩壳体上需要有一目了然的指示灯，通常是三个指示灯，分别表示充电、故障和电源;

9、直流充电桩的风道设计是关键。风道设计除了结构上的学问，需要在充电桩里面安装有风扇，虽然每个充电模块里面都有风扇。