一文带你看懂新能源汽车充电桩

一文带你看懂新能源汽车充电桩

电动汽车充电系统是动力电池的能源补给设施，是从供电电源提取能量对动力电池充电的电力转换装置。充电系统有交流(慢速)充电系统和直流(快速)充电系统。



而在市面上新能源汽车充电的方式多为落地式充电桩或者壁挂式充电盒两种。此文将主要介绍落地式充电桩。其中落地式充电桩主要分为一体式充电桩和分布式充电桩。





它们的主要区别在于，一体式充电桩，它的主控跟模块都是集成在这一个机器里面，可以根据电动汽车的需求进行分配，充电速度比较快，因为一体式充电桩充电设备，它配电设备是合二为一的，并且功率固定不可升级，所以当充电桩其中某一部分出现故障时，维修更换难度较大，而分体式充电桩，里面是不含有主控板模块的，只是一个信息的一个输入，它所有的主控模块都集成在集中控制箱里面。它的好处非常明显，就是功率灵活，可以给其他充电桩共享，由于它的充电设备、配电设备是独立运行的，所以维修更换更加方便，维护成本低，但是充电速度却没有一体式充电桩快。

一、交流充电桩的组成

交流充电桩主要用于电动汽车交流慢充充电，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。其充电功率主要有2KW、3.3KW、7KW、11KW、21KW和40KW。

1. LCD显示屏



LCD显示屏的作用主要是把充电桩的相关信息显示出来，将充电过程的实时状态信息发送并呈现到显示屏上。其本身可以触摸操作，可让用户选择不同的模式充电，即“时间模式”“电量模式”“金额模式”“自动充满模式”。它还可以供充电桩维护人员进行信息查询、参数设定、记录清除等。其线束插头主要由两条工作电源线（电源+12V和电源负）以及两条通信线(串口RS232）组成。

2. 读卡器

读卡器的作用主要是用来启动充电和充电结算。将有效的充电卡靠近刷卡区，听到“滴”的一声后表示刷卡成功，系统启动充电，页面跳转到充电中的信息显示界面，实时显示充电中的信息。其线束插头主要由两条工作电源线(电源+5V和电源负)以及两条通信线(串口RS232)组成。刷卡单元使用RFID与用户卡进行交互，频率13.56MHz。刷卡信息由读卡器读取，然后通过RS232串行界面与主控板通信。

3. 主控模块（AC控制模块）



主控模块是整个充电桩的核心部分在整个充电桩里起到的作用非常大，主控板与触摸屏LED 通信，接收来自用户的操作指令和参数配置指令，并将充电过程的实时状态信息发送并呈现到显示屏上；主控板经过充电枪界面与汽车车载充电机进行通信，获得汽车充电的参数配置后开始充电;主控板与读卡器通信，用户刷卡后充电桩以无线方式读取用户账号信息;主控板读取账户信息后通过以太网与后台监控器/服务器通信，将用户账号、账单以及充电桩状态上传至后台，并接收后台下发的充电控制信息;主控模块还给读卡器提供5V工作电源以及给继电器模块提供12V工作电源，控制继电器模块工作;主控模块接收急停开关信息、门禁开关信息、充电枪温度信息、智能电表信息、充电枪CP信号等来操纵整个充电流程。

4. 接线排

接线排的作用主要是作为220V输入电源的接口，从而把输入的220V交流电分配给单相断路器。

5. 单相断路器(空气开关)

单相断路器又称空气开关，是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身，除能接触和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护。它主要把接线排输过来的220V电压通过闭合后分配给浪涌防护器(防雷器)和智能电表，单相断路器的下游与浪泳防护器（防雷器）并联，与智能电表串联。

6. 浪涌防护器(防雷器)

浪涌保护器又称防雷器，通常并联在电路系统中，当雷电发生时，雷电进入建筑物的各类金属管、线，产生高强度电磁感应，因而产生大量脉冲能量，浪涌保护器的作用是将过电流导入大地，降低设备各端口的电位差。它适合于220/380V供配电系统的瞬态过电压保护，能有效地抑制由管电引起的感应过电压及系统操作过电压，保护设备安全，保降系统的正常运行。

7. 智能电表

智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是传统意义上的电能表了，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用，它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的自双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。它通常都是申联在电路中，单相断路器、智能电表、交流接触器三者串联在电路里(主要以交流电路中的L线串联)，通过RS485通信线与主控模块进行通信，主控模块计算其电流、电能。

8. 交流接触器

交流接触器的作用主要是把智能电表输过来的220V电压通过继电器模块控制闭合后对充电枪输出220V的交流电。

二、交流充电桩电器原理图

交流充电桩电气原理图以AC控制盒为中心，将充电桩各电气组成部件连接在一起，门控开关、急停开关、断路器、接触器等接AC控制盒的输入端，充电枪接AC控制盒的输出端，显示屏、状态指示灯等接AC控制盒的上端接线柱，如图所示。



三、交流充电桩充电策略

充电插头是采用电阻编码的，例如CC表示可识别车辆充电电缆的功率级(每相的最大电流负载能力)。为此需要确定在充电插头内的CC和PE之间的Rc电阻(如图所示)，充电机通过这个电阻来识别额定充电电流。CC还具有确认连接功能。



通信是通过触点CP来进行的，在操作单元激活的情况下，CP和PE之间有12V电压;在充电机内，在识别出插头且插头已锁住的情况下，信号会被电阻R3降至约9V;确认连接后充电器进一步闭合电阻R2，信号降至约6V，接下来充电桩闭合功率接触器开始充电;这时充电单元内信号发生器发送1000Hz的PWM信号，该信号规定了当前所能提供的最大充电电流。

四、交流充电枪常见故障

交流充电枪出现故障，可用万用表测量CP—PE端、CC—PE端以及PE端的电压、电流、电阻值是否符合设定值。CC－PE端电压一般为5V或12V，常见交流充电装置允许输出最大电流和电阻见下表：



1. 插交流充电枪，连接正常后，OBC被交流充电桩发送的CP/CC唤醒，OBC判断CC/CP正常后，通过硬线输出12V电压信号唤醒VCU。

2. VCU被唤醒后，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使能给BMS。

3. BMS接收到VCU发送的充电使能后，给OBC发送充电使能，并根据电池状态与充电桩输出能力给OBC发送请求充电电流与电压。



4. OBC接收到BMS的充电使能后启动充电，并根据BMS发送的请求充电电流与电压，将电网输出的220V交流电转换成直流电给动力电池充电。

来源：新能源汽车技术分享
日期：2024-03-09