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直流充电桩工作原理及常见解决故障分析

2020-1-12 14:31| 发布者: 机电工jdgk| 查看: 24| 评论: 0

摘要: 一、充电桩的分类充电桩分为交流充电桩和直流充电桩。前者俗称“慢充”,后者俗称“快充”。充电交流充电桩通过电动汽车内置的“车载充电机”将电网的交流电转换为直流电后对电池充电。车载充电机(OBC:On Board Ch ...
一、充电桩的分类
充电桩分为交流充电桩和直流充电桩。前者俗称“慢充”,后者俗称“快充”。
充电交流充电桩通过电动汽车内置的“车载充电机”将电网的交流电转换为直流电后对电池充电。车载充电机(OBC:On Board Charger)目前国内市场主要有两种功率大小: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”。交流充电桩根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,充电桩本身将电网的交流电转换为直流电,输出电流可以高达100A以上,所以被称为“快充”。
直流充电桩可以从功率大小、充电枪的多少、结构形式、安装方式等不同维度进行分类。其中,按结构形式比较主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。
二、直流充电桩的基本工作原理
在国家能源局发布的直流充电桩相关的行业标准《NB/T 33001-2010:电动汽车非车载传导式充电机技术条件》中指出,直流充电桩基本构成包括:功率单元、控制单元、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,控制单元是指充电桩控制器。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“充电桩控制器”这两个组件构成了技术核心之外,结构设计也是整桩可靠性设计的关键点之一。“充电桩控制器”属于嵌入式硬件和软件技术范畴,“直流充电模块”则代表了电力电子技术在AC/DC领域的最高成就。
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。
关于直流充电桩的电气原理,总结如下:
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;
8.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。
考虑到上述细节,直流充电桩作为一个系统是比较复杂的。
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设计参考。
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