摘要：现代社会能源是不可缺少的，它是人类生活工作的基础，是支持人类生存的动力。随着经济的快速发展，人民的生活水平日益提高，在现代，汽车的普及度越来越高，已经成为人类不可缺少的交通工具。人类对生活质量的要求越来越高，对环境污染问题的关注度也越来越高，随着汽车的不断增多，汽车尾气排放已经成为环境污染的源头之一，对环境和人类健康都产生了严重影响。在这种背景下，新能源汽车成为一种很好的解决方案，电动汽车因其能源可再生，对环境污染低等优势逐渐引起人们的重视。电动汽车已经成为全世界汽车行业的重点研究方向，其发展前景一片光明。充电桩作为电动汽车行业的一种基础设施，已渐渐得到普及。本文介绍了直流充电桩的工作原理，并对其技术发展前景进行了探讨。
关键词：电动汽车；直流；充电桩；工作原理；技术发展
引言：国外的许多发达国家目前都建成了各自的电动车充电设施，大部分都是以充电桩为主。自2012年以来，美国就开始在旧金山、奥克兰等城市设置充电设备，计划在所有的商厦、居民区及停车场等场所安装充电桩。通常情况下，充电桩分为交流和直流两大类，交流充电桩就是俗称的“慢充”，安装在电动车外与交流电网相连接，为安装在电动汽车上的车载充电机提供交流电，实际上交流充电桩只起到了提供和控制交流电的作用，并不具备充电功能。直流充电桩就是俗称的“快充”，安装在电动车外与交流电网相连接，可以直接为电动汽车提供直流电，由于其采用三相四线制的方式进行供电，可以提供充足的功率，还可以在一定范围内调整输出的电流和电压，实现快速充电。
一、直流充电桩的工作原理
1.1直流充电桩的基本构成
直流充电桩主要由控制单元、功率单元、计量单元、供电接口、充电接口以及人机交互界面等部分组成。控制单元指的是充电桩控制器、功率单元指的是直流充电模块。直流充电桩是一种高度集成的设备，其设计的重点除了由“直流充电模块”和“充电桩控制器”组成的技术核心之外，其内部的结构设计也是设计的重要关键之一。“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。
1.2 直流充电桩的充电过程
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。
1.3 直流充电桩的电气构成
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆二次回路还提供“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。
1.4 直流充电桩的电气原理
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；
二、直流充电桩的技术发展
2.1 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，在夜间自动地轮流将每台车充满。这其实也是一种柔性充电，也需要在社区停车场安装超级充电堆。这种做法的好处是：比交流充电的效率更高，比安装若干个直流充电桩，车主排队等待直流充电的灵活性大，成本也低很多。
2.2 “光充储”充放电一体化
光伏、充电、储能三者组合在一起的概念已经有了具体的产品，就是PowerWall，将来PowerWall进一步发展，构成新型充电站形态，电能在光伏电池板、电动汽车、电网、储能电池四者之间自由地流动。直流充电桩既可以由电网提供电能给电动汽车充电，也可由光伏电池板提供，还可以由储能电池提供。储能电池，电池汽车电池和光伏电池板的电能也可以卖给电网。
结语：根据当下电动汽车行业的发展状况来看，在国家政策的倡导下，电动汽车的推广是大势所趋，发展前景不可估量。随着电动汽车的不断增多，充电桩作为基础设施，其普及程度必然会越来越高。当下全世界的很多科研机构以及汽车企业都对电动汽车配套充电设施的研究都非常重视，因此，在此行业从事工作，具有非常高的发展上升空间。希望本文对从事相工作人员有所帮助。
参考文献：
[1]白磊成.电动汽车直流充电桩的设计与研究[J].科技视界，2016（12）：290-291.
[2]胡超，张华，罗伟明，包海龙.电动汽车直流充电系统研究[J].华东电力，2009，37（10）：1683-1686.
论文作者:李莹,杨霁
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/7/11
标签：模块论文; 电动汽车论文; 控制器论文; 电池论文; 电压论文; 电网论文; 回路论文; 《电力设备》2018年第1期论文;