新能源汽车充电桩的内部结构、充电原理知识

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新能源汽车充电桩的内部结构、充电原理知识 [复制链接]

国家标准《电动汽车传导充电用连接装置第3部分:直流充电接口》 (GB/T 20234.3—2015)规定直流充电接口插头、插座的触头分布方式，分别如图所示:

 

 

去年9月7日，由工业和信息化部提出、全国汽车标准化技术委员会归口的GB/T 20234.1-2023《电动汽车传导充电用连接装置 第1部分：通用要求》和GB/T 20234.3-2023《电动汽车传导充电用连接装置 第3部分：直流充电接口》两项推荐性国家标准正式发布。新标准将最大充电电流从250安培提高至800安培、充电功率提升至800千瓦。这不仅有助于直流快充功率的进一步升级，而且对OEM主机厂和第三方，比如特来电、星星充电、云快充等新能源汽车充电桩公司超充桩的推广和普及也同样起到了重要作用。

 

一.直流充电桩的分类和结构

 

直流充电桩可分为分体式、便携式和一体式。按照充电枪的数量可分为单枪充电桩和双枪充电桩，单枪充电桩充电功率主要有30KW、60KW以及120KW三种，一些第三方新能源汽车充电桩公司亦开发了如7KW、11KW和22KW的小功率直流充电桩/盒。双枪充电桩充电功率为120KW（60KW+60KW）。

 

 

直流充电桩主要用于电动汽车直流快速充电，集功率变换、充电控制、人机交互控制、通信、计费计量等于一体，主要由人机交互触摸屏、读卡器、电能计量模块、充电模块、通信模块、充电接口、控制模块和桩体组成。直流充电桩的内部主要部件，主要有输入交流接触器、断路器、充电模块、门停开关、DC控制盒、辅助电源、散热风扇等，电流从下方（图中未画出)的直流充电桩电源接口流入直流充电桩，再从左侧的直流充电枪流出。如图所示：

 

 

1.LED 指示灯板

 

 

 

LED指示灯板的作用是提示工作人员检测当前充电桩的状态，当充电桩检测到过电压、欠电压、过温、过载、短路、低温、雷击、急停、漏电时，都会使红色故障灯点亮。当充电桩与车辆成功连接，开启充电时，绿 指示灯会点亮。LED指示灯板线束：B为红色故障指示灯控制线，G为绿色运行指示灯控制线，Y为黄色电源指示灯控制线，V为指示灯板12v公共电源线。

 

2.LCD显示屏

 

LCD显示屏的作用是人机交互，操作界面能进行相应的充电方式、充电时间、费用数据采集等选择。充电桩LCD显示屏能显示充电量、费用、充电所用的时间等数据。其中CNA1插头2号脚为485B,CNA1插头3号脚为485A，显示屏V为电源12V+，显示屏G为电源12V-

 

3.读卡器

 

读卡器的作用是识别用户信息，充电桩读卡器可以计费、计时、自助刷卡、通过使用者身份鉴别进行余额查询、计费查询等。PW为+5V电源，GND为接地，TXD 为发送数据端，RXD 为接收数据端。

 

4.无线网络模块

 

1）远程监控管理:通过远程接入网络监控系统可以实时或者定时监控充电桩的电量、电流、电压、功率开关等运行参数，远程控制充电开关并修改充电桩的参数。

2）故障管理:可以实时监控充电桩的运行状态以及故障情况，一旦出现故障警告，可以远程进行处理或者派人到现场进行维修。

 

5.漏电断路器（漏电保护开关）

 

漏电断路器在发生漏电的情况下或者有其他特殊原因时，会自动切断电源，保护电路。漏电断路器又称漏电保护断路器，是配电系统中必须装置的一种低压电器，根据不同的性能参数和应用场合，其总体上分为万能式断路器、塑壳断路器和终端断路器三种。由于充电桩工作环境苛刻，相应的漏电断路器的工艺要求和性能参数比当前市面上一般的漏电断路器要高，例如，相应的断路器要求能检测平滑直流漏电信号并执行跳闸动作。传统的漏电断路器以零序电流互感器为载体，基于交变电流磁场的变化，漏电流所产生的磁场变化在互感器次级线圈上感应出电压，通过漏电检测芯片(如常用的54123漏电检测芯片)的运放同相和反相输人端，该漏电流信号达到预设动作阀值时，漏电检测芯片发出警告指令或切断配电电路，保护人身安全和保障设备正常运行。对于直流电源系统或者漏电流信号是平滑的直流电时，传统的典型电路并不适用，此时若想检测出漏电流进行保护动作，就需要不同于传统漏电保护原理的直流漏电断路器。

 

6.分流器

 

分流器就是把大电流设备的电流降低成可进行检测的电流，最后配合电能表使用。由于直流充电桩电路中的电流很大，导线也很粗，把电能表接到设备面板上很困难，也不经济不安全，所以在电路中接一个分流器，实际上就是把一个电阻很小，但阻值很准的小电阻串联在电流回路中。大电流在小电阻上的电压降，用一个电压表来测量，以电流表的刻度表示实际电流，表头的刻度一定要与分流器的电阻相配。

 

二.直流充电桩充电原理

 

当在车上直流充电口插上直流充电枪后，首先枪上的辅助电源（A+和A-)给车辆控制装置提供工作电源，然后车端的CC2检测到直流充电枪端的电阻R3，电压被拉低，告知车辆充电枪已连接成功，充电准备就缩，从而控制车内直流充电的正负极接触器(K5、K6)闭合;其次是直流充电枪口端的CC1检测到车上直流充电口端的电阻R4，告知充电设备充电准备就绪，从而控制充电桩的直流正负极接触器(K1、K2)闭合，同时通过CAN总线(S+和S-)识别到车上动力电池的额定电压信息，直流充电设备接收该信息，从而控制K1和K2端输出合适的直流电，对车上的动力电池充电，而且CAN总线(S+和S-)还监测充电过程中相关信息，让充电设备与车辆在充电过程中时刻保持着通信。

 

 

直流充电与交流充电一样，在充电的过程中同时也给车上的辅助蓄电池充电。

 

三相380V交流电经过EMC等防雷滤波模块后进入到三相四线制电能表中，三相四线制电能表监控整个充电机工作时的实际充电电量。根据实际充电电流及充电电压的大小，充电机往往需要并联使用，因此就要求充电机拥有能够均流输出的功能，充电机经过充电枪直接给动力电池进行充电。在直流充电桩工作时，辅助电源给主控单元、显示模块、保护控制单元、信号采集单元及刷卡模块等控制系统进行供电。另外，在动力电池充电过程当中，辅助电源给BMS供电，由BMS实时监控动力电池的状态。

 

 

三.直流快充充电策略

 

①插直流充电枪，连接正常后，直流充电桩输出12V辅助电源唤醒BMS，BMS被唤醒，判断可充电后，通过硬线输出12V电压信号唤醒VCU，VCU唤醒后，吸合主继电器 Main-Power-Rly唤醒各E-CAN控制器，同时唤醒大屏，控制高压上电，判断可充电后发送充电信号给BMS。

 

 

②BMS与直流充电桩进行交互，BMS根据电池状态发送充电需求电压与电流给直流充电桩，直流充电桩根据BMS发送的充电需求电压与电流，输出直流电给动力电池充电。

 

五.超充桩

 

直流超充桩的内部结构与普通桩主要区别在于，超充桩的液冷散热方式取代了后者的风冷散热方式，且集成度更高，体积更小，充电枪的质量更轻。

目前超充桩市场，功率基本上都高于200KW，特斯拉作为超充路线的开创者，其超级充电桩从V1到V2到V3一直在不断挖掘极限，充电功率从80/120/150kW逐步涨至250kW,接近了400V平台的极限。而国内大部分车企得益于800V高电压平台，小鹏S4超充桩充电功率达到了430KW、蔚来超充桩充电功率达到了500KW、理想5C超充桩充电功率达到了520KW、华为全液冷超充桩充电功率达到了640KW，而极氪的“极充”V3超充桩峰值功率则达到了800KW。

 

 

大多数车企选择将自建站对其他品牌车主开放,只是开放的程度有差异。例如，小鹏部分充电站为小鹏车主专享，而蔚来、理想（2C桩）则全面放开。一般来说，只要都是国标充电枪，且没有其他外接设备的情况下，基本上都能满足上百千瓦的充电功率。

 

超充桩的充电方式主要有刷卡和扫码两种，同时，各车企均对自家车主提供优惠，主要有以下几种表现形式:

（1）推出充电优惠套餐;

（2）首任非运营车主享受固定免费充电；

  (3)部分站点节假日限时免费充电；

（4）积分抵扣充电费;

（5）减免停车费；

（6）额度内免费充电。非Tesla车辆在特斯拉充电站充电将被收取额外费用。

jobszheng5

强电部分还没有介绍呢

Verifone

介绍的比较简单明了，对充电桩的功能介绍也比较清楚