直流充电桩原理图,工作原理详解-KIA MOS管

直流充电桩原理

直流充电桩基本构成包括：功率单元、控制单元、计量单元、充电接口、供电接口及人机交互界面等。功率单元是指直流充电模块，控制单元是指充电桩控制器。

充电基本过程： 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。

直流充电桩通过将380V三相交流电直接转换为可控直流电，绕过车载充电机直接为电动汽车动力电池快速充电。

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。

直流充电桩工作原理步骤

交流输入接入： 直流桩连接到大功率的三相（有时单相小功率）工业电网（如380V AC 或更高电压）。输入电压和电流能力决定了充电桩的最大输出功率。

输入配电与保护：

输入的电能首先经过断路器（过流保护）、防雷浪涌保护器（防雷击和电网浪涌）、电表（计量计费）。

滤波器滤除电网侧的电磁干扰，也阻止桩内开关噪声污染电网。

整流与功率因数校正（AC/DC + PFC - 核心功率模块的一部分）：

这是第一阶段能量转换。将输入的交流电转换为脉动较大的不稳定直流电。

功率因数校正至关重要： 为了提高电能利用效率（减少无功功率，避免对电网造成谐波污染），现代直流桩都采用有源功率因数校正技术。PFC电路将这个脉动的直流电稳定成一个电压较高的母线直流电（通常为750-850V DC，有些高功率桩可达1000V以上），同时使输入电流波形接近正弦波且与输入电压同相位，功率因数接近1（理想值）。

DC/DC功率变换（核心功率模块的另一部分）：

这是第二阶段能量转换。它将PFC输出的高压母线直流电，转换成电池实际所需的精确可控的直流电压和电流。

关键任务： 电池的电压范围很宽（如最低200V，最高900V），且需要根据BMS的指令动态调整充电电压和电流（恒流CC或恒压CV阶段）。

该模块必须是隔离型拓扑，在输入（高压母线侧）和输出（连接电池侧）之间提供电气隔离（通常是高频变压器），确保用户和车辆安全。

功率等级： 充电桩的总输出功率通常由多个并联的DC/DC变换模块（如15kW、20kW、30kW或更高功率的模块）叠加实现。模块化设计便于扩容、冗余和维护。

输出控制与保护：

经过DC/DC变换后的直流电到达输出端。

接触器： 高压继电器，控制输出通断。

传感器： 高精度电压、电流传感器，实时监测输出参数，反馈给控制系统。

保险丝/断路器： 提供输出侧的过流保护。

可能还有泄放电阻，在停止充电后安全释放滤波电容储存的电荷。

充电枪与线缆： 通过专用的大电流高压直流充电枪和液冷/风冷电缆连接到电动汽车的直流充电口。

控制管理系统（大脑）：

主控制器： 负责整个充电桩的运行逻辑管理（包括自检、启动、停止、状态监控、故障诊断、用户界面交互、联网通信、支付等）。

充电过程控制： 这是最核心的功能之一：

与车辆BMS建立通信链路（常用CAN总线或电力线载波PLC）。

接收BMS发送的电池状态信息（最大允许充电电压/电流、当前SOC、温度等）。

根据BMS需求和桩自身能力，计算出实际可行的充电电压和电流设定点。

精确控制AC/DC PFC模块和DC/DC变换模块，使其输出完全匹配BMS要求的参数。

实时监控整个充电过程中的电压、电流、温度、绝缘状态等，确保安全。一旦检测到异常（如过压、过流、过温、通讯中断、绝缘故障、车辆意外断开等），立即触发保护机制（如关断输出接触器）。

电池管理系统： 位于电动汽车端，是充电过程的“指挥者”，负责监控电池状态、设定充电需求、管理电池安全和均衡。

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