直流充电桩的基本工作原理及技术发展趋势

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。

3 直流充电桩的技术发展趋势

关于直流充电桩的技术发展趋势，有5个方向值得关注：

3.1 超大功率充电堆-功率动态分配-柔性充电

纯电动公交充电站集中停放、运营路线充电的特点决定了其充电解决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甚至也可能朝这个方向演进。30KW充电模块需求变得急迫，其主要推动力就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使用;后来另外一家公司提出新的名词柔性充电，需要大功率充，电流很大的时候，将其它模块投过来使用，小车来的时候可以分开使用，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，所以提出柔性充电概念也说的过去。不同叫法，实际上是同一意思。

对于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，甚至分体式的意义都不大，但是双枪轮充和均充也许有点实际意义。

充电堆的应用场景是，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。这种应用就需要更多的继电器切换充电模块的功率流向，这会增加一些硬件成本，可靠性难度也增加了一些，当然，也需要对充电控制器的软件进行升级。

3.2 社区停车场环行智能充电

所谓环行智能充电，这是个很时髦的概念。具体应用场景是：在一个社区停车场停放了很多电动汽车，中央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