直流充電樁原理圖,工作原理詳解-KIA MOS管

直流充電樁原理

直流充電樁基本構成包括：功率單元、控制單元、計量單元、充電接口、供電接口及人機交互界面等。功率單元是指直流充電模塊，控制單元是指充電樁控制器。

充電基本過程： 在電池兩端加載直流電壓，以恒定大電流對電池充電，電池的電壓漸漸地緩慢地上升，上升到一定程度，電池電壓達到標稱值，SoC達到95%（針對不同電池，不一樣）以上，繼續以恒壓小電流對電池充電。

直流充電樁通過將380V三相交流電直接轉換為可控直流電，繞過車載充電機直接為電動汽車動力電池快速充電。

直流充電樁的電氣部分由主回路和二次回路組成。主回路的輸入是三相交流電，經過輸入斷路器、交流智能電能表之后由充電模塊（整流模塊）將三相交流電轉換為電池可以接受的直流電，再連接熔斷器和充電槍，給電動汽車充電。 二次回路由充電樁控制器、讀卡器、顯示屏、直流電表等組成。

直流充電樁工作原理步驟

交流輸入接入： 直流樁連接到大功率的三相（有時單相小功率）工業電網（如380V AC 或更高電壓）。輸入電壓和電流能力決定了充電樁的最大輸出功率。

輸入配電與保護：

輸入的電能首先經過斷路器（過流保護）、防雷浪涌保護器（防雷擊和電網浪涌）、電表（計量計費）。

濾波器濾除電網側的電磁干擾，也阻止樁內開關噪聲污染電網。

整流與功率因數校正（AC/DC + PFC - 核心功率模塊的一部分）：

這是第一階段能量轉換。將輸入的交流電轉換為脈動較大的不穩定直流電。

功率因數校正至關重要： 為了提高電能利用效率（減少無功功率，避免對電網造成諧波污染），現代直流樁都采用有源功率因數校正技術。PFC電路將這個脈動的直流電穩定成一個電壓較高的母線直流電（通常為750-850V DC，有些高功率樁可達1000V以上），同時使輸入電流波形接近正弦波且與輸入電壓同相位，功率因數接近1（理想值）。

DC/DC功率變換（核心功率模塊的另一部分）：

這是第二階段能量轉換。它將PFC輸出的高壓母線直流電，轉換成電池實際所需的精確可控的直流電壓和電流。

關鍵任務： 電池的電壓范圍很寬（如最低200V，最高900V），且需要根據BMS的指令動態調整充電電壓和電流（恒流CC或恒壓CV階段）。

該模塊必須是隔離型拓撲，在輸入（高壓母線側）和輸出（連接電池側）之間提供電氣隔離（通常是高頻變壓器），確保用戶和車輛安全。

功率等級： 充電樁的總輸出功率通常由多個并聯的DC/DC變換模塊（如15kW、20kW、30kW或更高功率的模塊）疊加實現。模塊化設計便于擴容、冗余和維護。

輸出控制與保護：

經過DC/DC變換后的直流電到達輸出端。

接觸器： 高壓繼電器，控制輸出通斷。

傳感器： 高精度電壓、電流傳感器，實時監測輸出參數，反饋給控制系統。

保險絲/斷路器： 提供輸出側的過流保護。

可能還有泄放電阻，在停止充電后安全釋放濾波電容儲存的電荷。

充電槍與線纜： 通過專用的大電流高壓直流充電槍和液冷/風冷電纜連接到電動汽車的直流充電口。

控制管理系統（大腦）：

主控制器： 負責整個充電樁的運行邏輯管理（包括自檢、啟動、停止、狀態監控、故障診斷、用戶界面交互、聯網通信、支付等）。

充電過程控制： 這是最核心的功能之一：

與車輛BMS建立通信鏈路（常用CAN總線或電力線載波PLC）。

接收BMS發送的電池狀態信息（最大允許充電電壓/電流、當前SOC、溫度等）。

根據BMS需求和樁自身能力，計算出實際可行的充電電壓和電流設定點。

精確控制AC/DC PFC模塊和DC/DC變換模塊，使其輸出完全匹配BMS要求的參數。

實時監控整個充電過程中的電壓、電流、溫度、絕緣狀態等，確保安全。一旦檢測到異常（如過壓、過流、過溫、通訊中斷、絕緣故障、車輛意外斷開等），立即觸發保護機制（如關斷輸出接觸器）。

電池管理系統： 位于電動汽車端，是充電過程的“指揮者”，負責監控電池狀態、設定充電需求、管理電池安全和均衡。

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