直流充电桩电源应用方案

直流充电桩电源应用方案

邱晨1贾恩平2

1.身份证号码：65010319891125xxxx；2.身份证号码：23018219881130xxxx

摘要：伴随社会经济发展水平的逐渐提高，汽车保有量不断增加，资源和环境面临着双重压力，大力发展电动汽车及加快燃油替代对推进可持续发展、节能减排等具有意义重大。

关键词：直流；充电桩；电源

引言

根据进入汽车电流种类不同，充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两种。直流充电桩是固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车动力电池提供大功率直流电源的供电装置。

1电动汽车发展的优势

电动汽车的优势在于本身不排放污染大气的有害气体，然而，为电动汽车提供能源保障的电厂则存在环境污染及资源消耗问题，使得部分用户心存疑虑。其实若按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其他污染物已显著减少，且由于电厂大多建在人口稀疏地区，可以对有害物进行集中处理、排放，大大减少了对环境的危害。另外，电力资源可以从多种能源渠道获得，如水力、风力、天然气、太阳能等可再生能源，且纯电动汽车可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，调节峰谷平衡，大大提高资源利用效率及其经济效益。有研究表明，同样的原油经粗炼送至电厂发电为电动汽车供能，其能量利用效率比通过精炼为汽油供能的汽车要高。也就是说，在环境和资源方面，电动汽车相对传统的燃油汽车而言，能源利用率高，结构简单，便于维修，蕴含着更大的市场。

2充电桩分类

按使用对象，充电桩分为自用充电桩、专用充电桩及公用充电桩。自用充电桩指专为某个私人用户提供充电服务；专用充电桩指专为某个法人单位或其职工提供充电服务，或在住宅小区内为全体业主提供服务；公用充电桩则服务于社会电动车辆。

按充电桩功能，分为交流充电桩（慢充）和直流充电桩（快充）。交流充电桩是为具有车载充电装置的电动汽车提供交流电源的专用供电装置；直流充电桩将交流电能变换为直流电能后，采用传导方式为电动汽车动力蓄电池充电。

3充电桩设计

居民区专用充电桩应根据配置的充电桩数量估算配电总容量，由于其一般均于夜间使用，计算回路配电容量时，同时系数应取较高值。但由于充电桩用电与其他居民用电能够在峰谷分时错开，计算变压器安装容量时，应按峰谷分别考虑。居民区专用充电桩以交流充电桩为主，直流充电桩数量少，可不考虑充电桩产生的谐波干扰，但需尽量做到三相负荷平衡。而且，为了配合《关于电动汽车用电价格政策有关问题的通知》的执行，实现计量要求，在电气设计中，居民区专用充电桩需要做到一桩一表，以便与居民住宅用电合表计量。单位专用充电桩模式为交直结合，应根据实际交流充电桩与直流充电桩的比例考虑配电设计。计算回路容量时，同时系数可较居民区专用充电桩低。

充电桩负荷与其他负荷不能峰谷错开，需留足变压器安装容量。谐波干扰应进行计算确定，考虑是否需增加有源滤波设备。公共充电桩以直流充电桩为主，用电容量大，谐波干扰大，且不能与其他用电负荷峰谷错开，设计时应特别注意对电网电能质量的影响。应增加交流滤波装置，且尽量由容量较大的系统供电。单位专用充电桩和公共充电桩计量表的配置与物业管理等有关，是否需要一桩一表应根据实际情况确定，但必须与其他动力、照明等用电分开计量，以便在日后的运营中能够实现峰谷分时计量，享受新能源优惠政策。需要注意的是，此计量表指充电桩连接电网时配置的电表，而非充电桩自带的计量模块。

4直流充电桩的电气结构及工作原理

直流充电桩的输入电压采用三相四线380VAC（±15%），频率50Hz，输出可调的直流电，直接为电动汽车的动力电池充电。直流充电桩采用三相四线制供电，可以提供足够大的功率，输出的电压和电流调整范围大（适用于乘用车和大巴车的电压需求），可以实现快充。直流充电桩与交流充电桩的计量和通信及扩展计费功能类似，其电气结构图如下图1所示：

直流充电桩工作原理：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表中，三相四线制电表监控整个充电机工作时的实际充电电量。且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，充电机输出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中，辅助电源给BMS系统供电，由BMS系统实时监控动力电池的状态。

5供电说明

电源部分中，首先需考虑大电流充电情况下BMS的辅助供电。在最新的国标中将此电源统一标定为12V10A的电源，且后续在BMS管理方面，乘用车与大巴车的BMS供电系统将统一标准。因此，此处推荐选择具有主动式PFC功能的LI120-10B12输出12V给BMS系统供电。主控系统的电源部分，推荐LH40-10B24给HMI显示屏以及继电器供电。再通过K7812-500R3和K7805-500R3转换为12V和5V分别给监控安防单元和MCU供电。在通信部分中，本方案应用了三种通信，CAN通信、485通信和232通信。CAN通信连接了车载BMS、非车载充电机以及主控系统；485通信连接了刷卡模块、电表等；显示屏的串口通常采用232的通信方式。基于内部的点对点通信，有时也可采用非隔离的通信方式。

结语

综上所述，本文论述了充电桩的分类和设计，对直流充电桩电源应用方案进行了分析，以供参考。

参考文献：

［1］GB/T18487.1－2015电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求［S］．北京：中国标准出版社，2015．

［2］Q/CSG11516.1－2010电动汽车充电设施通用技术要求［S］．

［3］崔玉峰，杨晴，张林山等．国内外电动汽车发展现状及充电技术研究［J］．云南电力技术，2010，38（2）：9－12．

［4］罗卓伟，胡泽春，宋永华等．电动汽车充电负荷计算方法［J］．电力系统自动化，2011，35（14）：36－42．