新能源汽车直流充电桩工作事理及常见故障分析

互换充电桩通过与车辆进行信息交互把电网的互换电配送给车辆的充电模块，由车辆上的充电模块掌握功率进行互换转直流给动力电池充电；

互换充电桩用的互换充电枪上有7个端子孔位，7个孔位都有金属端子的是支持三相交流充电桩（380V），7个孔位只有5个孔位有金属端子的是单相交流充电桩（220V），互换充电枪比拟直流充电枪枪头较小。

新能源汽车直流充电桩工作事理及常见故障分析第1张

直流充电桩通过与车辆进行信息交互把电网的互换电转成直流电给车辆的动力电池进行充电，根据车辆上的电池管理器掌握充电桩的输出功率；

直流充电桩用的直流充电枪上有9个端子孔位，直流充电枪比拟互换充电枪枪头较大。

二、直流充电桩的基本事情事理

在国家能源局发布的直流充电桩干系的行业标准《NB/T 33001-2010：电动汽车非车载传导式充电机技能条件》中指出，直流充电桩基本构成包括：功率单元、掌握单元、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，掌握单元是指充电桩掌握器。
直流充电桩本身作为一种系统集成产品，除了 “直流充电模块”和“充电桩掌握器”这两个组件构成了技能核心之外，构造设计也是整桩可靠性设计的关键点之一。
“充电桩掌握器”属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领域的最高造诣。

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，电池的电压逐渐地缓慢地上升，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，连续以恒压小电流对电池充电。
“电压上去了，但电量没有充满，便是没有充足，如果有韶光，可以改用小电流充足”。
为了实现这个充电过程，充电桩在功能上就须要有“直流充电模块”供应直流电源;须要有“充电桩掌握器”掌握充电模块的“开机、关机、输出电压、输出电流”;须要有“触摸屏”作为人机界面下发指令，通过掌握器将“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，掌握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，经由输入断路器、互换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管的直流电，再连接熔断器和充电枪，给电动汽车充电。
二次回路由充电桩掌握器、读卡器、显示屏、直流电表等组成。
二次回路还供应“启停”掌握与“急停”操作;旗子暗记灯供应“待机”、“充电”与“充满”状态指示;显示屏作为人机交互设备则供应刷卡、充电办法设置与启停掌握操作。

关于直流充电桩的电气事理，总结如下：

单个的充电模块目前只有15kW，不能知足功率哀求，须要多个充电模块并联在一起事情，须要有CAN总线来实现多个模块的均流;

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，特殊是人身安全，须要在输入端安装空气开关（学名是“塑壳断路器”），防雷开关乃至泄电开关;

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

安全问题是最高优先级的，除了有输入真个方法之外，机器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；

电池是否接管充电，这不是由充电桩决定的，是由电池的大脑、BMS决定的。
BMS下发“是否许可充电，是否终止充电，可以接管多大电压，多大电流充电”的指令给掌握器，掌握器再下发给充电模块。
因此，须要有实现掌握器和BMS之间的CAN通信，掌握器和充电模块之间的CAN通信；

充电桩还要接管监控管理，掌握器须要通过WiFi或3G/4G等网络通讯模块和后台连接;

充电的电费不是免费的，须要安装电表，须要读卡器实现计费功能;

充电桩壳体上须要有一览无余的指示灯，常日是三个指示灯，分别表示充电、故障和电源;

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，须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。

考虑到上述细节，直流充电桩作为一个别系是比较繁芜的。

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

三、直流充电桩的技能发展趋势

关于直流充电桩的技能发展趋势，有5个方向值得关注：

1.超大功率充电堆-功率动态分配-柔性充电

纯电动公交充电站集中停放、运营路线充电的特点决定了其充电办理方案可能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可能朝这个方向演进。
30KW充电模块需求变得急迫，其紧张推动力便是充电堆的需求正变得急迫。

功率动态分配最先是某公司提出来的，每两个模块后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利用；后来其余一家公司提出新的名词柔性充电，须要大功率充，电流很大的时候，将其它模块投过来利用，小车来的时候可以分开利用，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里面，以是提出柔性充电观点也说的过去。
不同叫法，实际上是同一意思。

对付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，乃至分体式的意义都不大，但是双枪轮充和均充大概有点实际意义。

充电堆的运用处景是，可以根据当前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极致，在车辆不多的时候，每辆车被分配的功率很大，可以更快速地充满。
这种运用就须要更多的继电器切换充电模块的功率流向，这会增加一些硬件本钱，可靠性难度也增加了一些，当然，也须要对充电掌握器的软件进行升级。

2.社区停车场环行智能充电

所谓环行智能充电，这是个很时髦的观点。
详细运用处景是：在一个社区停车场停放了很多电动汽车，中心处理单元主动地巡回检测每台车的电池电量，在夜间自动地轮流将每台车充满。
这实在也是一种柔性充电，也须要在社区停车场安装超级充电堆。
这种做法的好处是：比互换充电的效率更高，比安装多少个直流充电桩，车主排队等待直流充电的灵巧性大，本钱也低很多。

3.家用型壁挂式充电桩进家用电器

大概我们可以更加乐不雅观，在办理了电力配送之后，便是将来有能力将中国过量的电力供应运送到每个居民小区的时候，消费者为了追求更快速的充电体验，个人可以自主决定是安装直流充电桩还是互换充电桩，直流充电桩将做得像家电产品一样小巧、俊秀。
壁挂式直流充电桩将是一种刚需。
这种产品的发卖模式就像卖电热器这类商品一样，在阛阓里面卖，在JD，TMALL上面卖。
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，将充电掌握器和触摸屏功能做到一个充电模块大小的外壳里面，但模具会做得很精细。
随着电力电子技能的进步，充电模块功率密度越来高，这个趋势将成为可能。

4.“光充储”充放电一体化

光伏、充电、储能三者组合在一起的观点已经有了详细的产品，便是PowerWall，将来PowerWall进一步发展，构成新型充电站形态，电能在光伏电池板、电动汽车、电网、储能电池四者之间自由地流动。
直流充电桩既可以由电网供应电能给电动汽车充电，也可由光伏电池板供应，还可以由储能电池供应。
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、免费充电

如果以互联网的共享思维来思考未来，任何个人安装的充电桩可以供应给任何其他车主充电，也便是说所有的充电桩都是可以随时开放的。
通过互联网工具，车主很随意马虎找到闲置的个人充电桩。

将来充电站可能在互联网的思维下做成了O2O的Off-Line的主要连接节点，只要有车主来充电，可能就要在充电站等待15分钟。
充电站将作为主要的广告园地资源，这是不难想象的。

四、直流充电桩事情事理及常见故障剖析

直流充电桩内部一样平常由计费掌握单元、读卡器、LCD、无线模块、电源模块、电表和非车载充电机组成。
非车载充电机供应交直流变换功能，其他设备供应计费、通信、人机交互等功能。
即直流充电模型：

▲ 图1直流充电模型

左边是非车载充电机（即直流充电桩），右边是电动汽车，二者通过车辆插头、插座相连。
我们可以很清楚的看到，充电模型紧张由“非车载充电机”、“车辆接口”、“电动汽车”这三部分构成，以是充电非常中止基本也由这三部分引发，那么接下来我们将对这三部分进行“体检”剖析。
第一类病症：非车载充电机部分引起的充电非常中止情形。

▲ 图2非车载充电机非常

在充电过程中，如果非车载充电机涌现不能连续充电的故障（如充电桩意外进水或异物进入、环境温度骤变等），则向车辆周期发送“充电机中止充电报文”并掌握充电机停滞充电，在100ms内断开K1、K2、K3和K4；

▲ 图3非车载充电机故障

在充电过程中，非车载充电机掌握装置如发生通讯超时（如通讯线路故障等），则非车载充电机停滞充电，并在10s内断开K1、K2、K5、K6，非车载充电机掌握装置发生3次通讯超时即确认通讯中断，则非车载充电机停滞充电，并在10s内断开K1、K2、K3、K4、K5、K6；

▲ 图4非车载充电机通讯非常

在充电过程中，非车载充电机输出电压若大于车辆最高许可充电总电压（如充电桩输出限压功能失落效等），则非车载充电机该当在1s内停滞充电，并断开K1、K2、K3、K4；

▲ 图5非车载充电机输出电压>车辆最高许可充电电压

第二类病症：车辆插头、车辆插座引起的充电非常中止情形。

▲ 图6车辆插头|车辆插座非常

在充电过程中，非车载充电机掌握装置通过对检测点1的电压进行检测，如果判断开关S由闭合变为断开（如充电枪上按键失落灵或误触发等），应在50ms内将输出电流降至5A或以下；

▲ 图7车辆插头内部常闭开关S断开

在充电过程中，非车载充电机掌握装置通过对检测点1的电压进行检测，如果判断车辆接口由完备连接变为断开（如车辆意外移动、充电枪线缆被意外扰动等），则掌握非车载充电机停滞充电，应在100ms内断开K1、K2、K3、K4。