作者/ 张奇志 黄山市万邦电子科技有限公司(安徽 黄山 245000)
摘要：充电桩作为电动轿车产业的基础设备逐步得到遍及。本文介绍了直流充电桩的作业原理，给出了直流充电桩的电气原理图，论述了直流充电桩的技能开展趋势。
导言
“轿车的电动化是大势所趋，体系优势是推进开展的底子。”充电桩作为电动轿车产业的基础设备建造越来越遭到中心和地方政府的注重。2016年11月7日，国家发改委、国家动力局举行新闻发布会，对外正式发布《电力开展 “十三五”规划》，提出加快充电设备建造，促进电动轿车开展：到2020年，新增会集式换电站超越1.2万座，分布式充电桩超越480万个，根本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设备体系,满意全国超越500万辆电动轿车的充电需求。有专家猜测，到2030年，新动力轿车的推行量将到达5000万辆。由此计算，到2020年需求2万座充电站、507万个充电桩;2030年建14万座充电站、5000万个充电桩。一线城市北京、上海、深圳都积极响应电动轿车的国家战略方针，纷繁出台方针规划。到 2020 年，北京将根本建成互联互通、智能高效的充电设备服务网络，可保证60万辆电动轿车的充电需求，要点区域的充电服务半径小于0.9公里。依据“十三五”规划，上海将全面建成 651座公共充电站、39座公交车充电站、225座出租车充电站及3495台环卫物流专用充电桩。
2017年8月9日，安徽省开展和变革委员会、安徽省动力局、安徽省经济和信息化委员会、安徽省财政厅、安徽省住宅和城乡建造厅、安徽省交通运输厅、安徽省质量技能监督局、安徽省物价局联合印发《安徽省电动轿车充电基础设备建造规划(2017-2020年)的告诉》，告诉中指出，至2020年，建成公交车专用充换电站200座，环卫、物流等专用车充电站100座，城市公共充电站130座， 涣散式公共充电桩3万个，公务车与私家车涣散式自用充电桩15万个，城际快充站170座，为满意20万辆以上电动轿车充电需求。
这样的方针浪潮下，充电桩职业开展迅猛，但关于绝大多数一般顾客，充电桩仍是一个新生事物，相关的专业文章也还很少。本文将介绍充电桩的分类及直流充电桩的根本作业原理。
1 充电桩的分类
充电桩分为沟通充电桩和直流充电桩。前者俗称“慢充”，后者俗称“快充”。
充电沟通充电桩经过电动轿车内置的“车载充电机”将电网的沟通电转换为直流电后对电池充电。车载充电机(OBC：On Board Charger)现在国内市场主要有两种功率巨细：3.3kW(输入：220VAC/16A，输出：200V-420VDC / 10A)和6.6kW(输入：220VAC/32A，输出：200-420V/20A )。输出电流小，充电速度慢，所以被称为“慢充”。沟通充电桩依据其匹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沟通电转换为直流电，输出电流能够高达100A以上，所以被称为“快充”。沟通充电桩和直流充电桩对电动轿车的充电办法如图1所示。
直流充电桩能够从功率巨细、充电枪的多少、结构办法、装置办法等不同维度进行分类。其间，按结构办法比较干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。
2 直流充电桩的根本作业原理
在国家动力局发布的直流充电桩相关的职业标准《NB/T 33001-2010：电动轿车非车载传导式充电机技能条件》中指出，直流充电桩根本构成包含：功率单元、操控单元、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，操控单元是指充电桩操控器。直流充电桩自身作为一种体系集成产品，除了 “直流充电模块”和“充电桩操控器”这两个组件构成了技能中心之外，结构规划也是整桩可靠性规划的要害点之一。 “充电桩操控器”归于嵌入式硬件和软件技能范畴，“直流充电模块”则代表了电力电子技能在AC/DC范畴的最高成果。
充电的根本进程是： 在电池两头加载直流电压，以稳定大电流对电池充电，电池的电压渐渐地缓慢地上升，上升到必定程度，电池电压到达标称值，SoC到达95%(针对不同电池，不相同)以上，持续以恒压小电流对电池充电。“电压上去了，但电量没有充溢，便是没有充分，假如有时间，能够改用小电流充分”。 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”供给直流电源;需求有“充电桩操控器”操控充电模块的“开机、关机、输出电压、输出电流”;需求有“触摸屏”作为人机界面下发指令，经过操控器将“开机、关机、输出电压、输出电流”等指令下发给充电模块。从电气层面了解的最简充电桩只需有充电模块，操控板和触摸屏就能够了; 假如开机、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能够对电池充电了。
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沟通电，经过输入断路器、沟通智能电能表之后由充电模块(整流模块)将三相沟通电转换为电池能够承受的直流电，再衔接熔断器和充电枪，给电动轿车充电。 二次回路由充电桩操控器、读卡器、显示屏、直流电表等组成。二次回路还供给“启停”操控与“急停”操作;信号灯供给“待机”、“充电”与“充溢”状况指示;显示屏作为人机交互设备则供给刷卡、充电办法设置与启停操控操作。
关于直流充电桩的电气原理，总结如下：
1.单个的充电模块现在只需15kW，不能满意功率要求，需求多个充电模块并联在一起作业，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，涉及到电网和人身安全，特别是人身安全，需求在输入端装置空气开关(学名是“塑壳断路器”)，防雷开关乃至漏电开关;
3.充电桩的输出是高压、大电流，电池是电化学品，简单爆破，要避免误操作的安全问题，输出要有熔断器;
4.安全问题是最高优先级的，除了有输入端的办法之外，机械锁和电子锁是必定要有的，绝缘检测是必定要有的，泄放电阻是必定要有的;
5.电池是否承受充电，这不是由充电桩决议的，是由电池的大脑、BMS决议的。BMS下发“是否答应充电，是否停止充电，能够承受多大电压，多大电流充电”的指令给操控器，操控器再下发给充电模块。因而，需求有完成操控器和BMS之间的CAN通讯，操控器和充电模块之间的CAN通讯;
6.充电桩还要承受监控办理，操控器需求经过WiFi或3G/4G等网络通讯模块和后台衔接;
7.充电的电费不是免费的，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一望而知的指示灯，通常是三个指示灯，别离表明充电、毛病和电源;
9.直流充电桩的风道规划是要害。风道规划除了结构上的学识，需求在充电桩里边装置有电扇，尽管每个充电模块里边都有电扇。
考虑到上述细节，直流充电桩作为一个体系是比较复杂的。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规划参阅。
3 直流充电桩的技能开展趋势
关于直流充电桩的技能开展趋势，有5个方向值得重视：
3.1 超大功率充电堆-功率动态分配-柔性充电
纯电动公交充电站会集停放、运营道路充电的特色决议了其充电处理方案或许朝超大功率充电堆的方向演进。纯电动出租车和物流车乃至也或许朝这个方向演进。30KW充电模块需求变得急切，其主要推进力便是充电堆的需求正变得急切。
功率动态分配最先是某公司提出来的，每两个模块后边用一个功率继电器，能够把这两个模块投在左枪也能够投在右枪运用;后来别的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，将其它模块投过来运用，小车来的时分能够分隔运用，这样做是有必定的道理;柔性在电网中有加大功率这样一层意思在里边，所以提出柔性充电概念也说的曩昔。不同叫法，实际上是同一意思。
关于180kW及以下的直流充电桩，谈功率动态分配和柔性充电是个伪需求，乃至分体式的含义都不大，可是双枪轮充和均充或许有点实际含义。
充电堆的使用场景是，能够依据当时待充电车辆数量来主动分配给每个车多大功率。这样保证将充电模块的功率用到极致，在车辆不多的时分，每辆车被分配的功率很大，能够更快速地充溢。这种使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，可靠性难度也添加了一些，当然，也需求对充电操控器的软件进行晋级。
3.2 社区停车场环行智能充电
所谓环行智能充电，这是个很时尚的概念。详细使用场景是：在一个社区停车场停放了许多电动轿车，中心处理单元主动地巡回检测每台车的电池电量，在夜间主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。这种做法的优点是：比沟通充电的功率更高，比装置若干个直流充电桩，车主排队等候直流充电的灵活性大，本钱也低许多。
3.3 家用型壁挂式充电桩进家用电器卖场，进家庭
或许咱们能够愈加达观，在处理了电力配送之后，便是将来有才能将我国过量的电力供应输送到每个居民小区的时分，顾客为了寻求更快速的充电体会,个人能够自主决议是装置直流充电桩仍是沟通充电桩，直流充电桩将做得像家电产品相同细巧、美丽。壁挂式直流充电桩将是一种刚需。这种产品的出售形式就像卖电热器这类产品相同，在商场里边卖，在JD，TMALL上面卖。这种像家电相同的产品将去掉直流充电桩组成中一些不太重要的部件，将充电操控器和触摸屏功用做到一个充电模块巨细的外壳里边，但模具会做得很精美。跟着电力电子技能的前进，充电模块功率密度越来高，这个趋势将成为或许。
3.4 “光充储”充放电一体化
光伏、充电、储能三者组合在一起的概念已经有了详细的产品，便是PowerWall，将来PowerWall进一步开展，构成新式充电站形状，电能在光伏电池板、电动轿车、电网、储能电池四者之间自由地活动。直流充电桩既能够由电网供给电能给电动轿车充电，也可由光伏电池板供给，还能够由储能电池供给。储能电池，电池轿车电池和光伏电池板的电能也能够卖给电网。
3.5 同享充电、免费充电
假如以互联网的同享思想来考虑未来，任何个人装置的充电桩能够供给给任何其他车主充电，也便是说一切的充电桩都是能够随时敞开的。经过互联网东西，车主很简单找到搁置的个人充电桩。
将来充电站或许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，或许就要在充电站等候15分钟。充电站将作为重要的广告场所资源，这是不难想象的。
参阅文献：
[1]李琳.电动轿车动力电池的充电办法的研讨[D].华北电力大学,2013.
[2]徐进.锂电池充放电特性剖析和测验[J].我国西部科技. 2011,10(33):3-4.
本文来源于《电子产品世界》2017年第10期第63页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
