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直流充電樁的工作原理
2020-05-22 945一、充電樁的分類
充電樁分為交流充電樁和直流充電樁。前者俗稱“慢充”，后者俗稱“快充”。
充電交流充電樁通過電動汽車內(nèi)置的“車載充電機(jī)”將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電后對電池充電。車載充電機(jī)（OBC：On Board Charger）目前國內(nèi)市場主要有兩種功率大?。?.3kW（輸入：220VAC/16A，輸出：200V-420VDC / 10A）和6.6kW（輸入：220VAC/32A，輸出：200-420V/20A ）。輸出電流小，充電速度慢，所以被稱為“慢充”。交流充電樁根據(jù)其匹配車載充電機(jī)功率不同相應(yīng)有3.3kW和6.6kW之分。直流充電樁內(nèi)置大功率直流充電模塊，充電樁本身將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，輸出電流可以高達(dá)100A以上，所以被稱為“快充”。
直流充電樁可以從功率大小、充電槍的多少、結(jié)構(gòu)形式、安裝方式等不同維度進(jìn)行分類。其中，按結(jié)構(gòu)形式比較主流的分類是將直流充電樁分為兩種：一體式直流充電樁和分體式直流充電樁。
二、直流充電樁的基本工作原理
在國家能源局發(fā)布的直流充電樁相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《NB/T 33001-2010：電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件》中指出，直流充電樁基本構(gòu)成包括：功率單元、控制單元、計量單元、充電接口、供電接口及人機(jī)交互界面等。功率單元是指直流充電模塊，控制單元是指充電樁控制器。直流充電樁本身作為一種系統(tǒng)集成產(chǎn)品，除了 “直流充電模塊”和“充電樁控制器”這兩個組件構(gòu)成了技術(shù)核心之外，結(jié)構(gòu)設(shè)計也是整樁可靠性設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)之一?！俺潆姌犊刂破鳌睂儆谇度胧接布蛙浖夹g(shù)范疇，“直流充電模塊”則代表了電力電子技術(shù)在AC/DC領(lǐng)域的成就。
充電的基本過程是：在電池兩端加載直流電壓，以恒定大電流對電池充電，電池的電壓漸漸地緩慢地上升，上升到一定程度，電池電壓達(dá)到標(biāo)稱值，SoC達(dá)到95%（針對不同電池，不一樣）以上，繼續(xù)以恒壓小電流對電池充電?！半妷荷先チ?，但電量沒有充滿，就是沒有充實，如果有時間，可以改用小電流充實”。為了實現(xiàn)這個充電過程，充電樁在功能上就需要有“直流充電模塊”提供直流電源;需要有“充電樁控制器”控制充電模塊的“開機(jī)、關(guān)機(jī)、輸出電壓、輸出電流”;需要有“觸摸屏”作為人機(jī)界面下發(fā)指令，通過控制器將“開機(jī)、關(guān)機(jī)、輸出電壓、輸出電流”等指令下發(fā)給充電模塊。從電氣層面理解的充電樁只要有充電模塊，控制板和觸摸屏就可以了; 如果開機(jī)、關(guān)機(jī)和輸出電壓］輸出電流等指令在充電模塊上做成幾個鍵盤，那么一個充電模塊就可以對電池充電了。
直流充電樁的電氣部分由主回路和二次回路組成。主回路的輸入是三相交流電，經(jīng)過輸入斷路器、交流智能電能表之后由充電模塊（整流模塊）將三相交流電轉(zhuǎn)換為電池可以接受的直流電，再連接熔斷器和充電槍，給電動汽車充電。二次回路由充電樁控制器、讀卡器、顯示屏、直流電表等組成。二次回路還提供“啟?！笨刂婆c“急?！辈僮?信號燈提供“待機(jī)”、“充電”與“充滿”狀態(tài)指示;顯示屏作為人機(jī)交互設(shè)備則提供刷卡、充電方式設(shè)置與啟?？刂撇僮鳌?/span>
關(guān)于直流充電樁的電氣原理，總結(jié)如下：
單個的充電模塊目前只有15kW，不能滿足功率要求，需要多個充電模塊并聯(lián)在一起工作，需要有CAN總線來實現(xiàn)多個模塊的均流;
充電模塊的輸入來自電網(wǎng)，是大功率供電，涉及到電網(wǎng)和人身安全，特別是人身安全，需要在輸入端安裝空氣開關(guān)（學(xué)名是“塑殼斷路器”），防雷開關(guān)甚至漏電開關(guān);
充電樁的輸出是高壓、大電流，電池是電化學(xué)品，容易爆炸，要防止誤操作的安全問題，輸出要有熔斷器;
安全問題是優(yōu)先級的，除了有輸入端的措施之外，機(jī)械鎖和電子鎖是一定要有的，絕緣檢測是一定要有的，泄放電阻是一定要有的；
電池是否接受充電，這不是由充電樁決定的，是由電池的大腦、BMS決定的。BMS下發(fā)“是否允許充電，是否終止充電，可以接受多大電壓，多大電流充電”的指令給控制器，控制器再下發(fā)給充電模塊。因此，需要有實現(xiàn)控制器和BMS之間的CAN通信，控制器和充電模塊之間的CAN通信；
充電樁還要接受監(jiān)控管理，控制器需要通過WiFi或3G/4G等網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和后臺連接;
充電的電費(fèi)不是免費(fèi)的，需要安裝電表，需要讀卡器實現(xiàn)計費(fèi)功能;
充電樁殼體上需要有一目了然的指示燈，通常是三個指示燈，分別表示充電、故障和電源;
直流充電樁的風(fēng)道設(shè)計是關(guān)鍵。風(fēng)道設(shè)計除了結(jié)構(gòu)上的學(xué)問，需要在充電樁里面安裝有風(fēng)扇，雖然每個充電模塊里面都有風(fēng)扇。
考慮到上述細(xì)節(jié)，直流充電樁作為一個系統(tǒng)是比較復(fù)雜的。
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