第一部分：直流充電樁的構(gòu)造

 

直流充電樁又稱“非車載充電機”，對應(yīng)于電動汽車內(nèi)車載充電機的充電設(shè)施，其功能類似于加油站里面的加油機。根據(jù)對電動汽車的充電方式，充電樁可分為交流充電樁和直流充電樁兩大類。交流充電樁主要安裝在停車場，造價低廉，適合家用，給普通純電動轎車充滿電需要4~5個小時，俗稱“慢充”。直流充電樁具備直接給電池充電的能力，以三相四線制的方式連接電網(wǎng)，能夠提供充足的電力，輸出的電壓和電流調(diào)整范圍大，俗稱“快充”。本文將重點介紹直流充電樁。

 

直流充電系統(tǒng)是一個整體，是把交流功率系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成直流的裝置。從構(gòu)成開看，分變壓器、配電柜、直流充電機和充電樁。其特點是：

充電樁只負(fù)責(zé)與車輛對接和傳輸能量，損耗較小

配電系統(tǒng)的設(shè)計主要是配線、計量和熔絲保護，可以在一個設(shè)計單元中擴展和檢查

直流充電機與充電樁一一配置，遠(yuǎn)離客戶，走線通過地下傳輸

 

充電電源模塊：完成AC=>DC的電壓和能量轉(zhuǎn)換

智能控制模塊：包含電源供給和控制部分，基本的功能是完成與電動汽車通信，根據(jù)電動汽車的需要來實現(xiàn)充電控制的功能

遠(yuǎn)程監(jiān)控：需要接收遠(yuǎn)程監(jiān)控主機的指令，傳送相關(guān)數(shù)據(jù)信息，執(zhí)行控制指令

溫度控制：現(xiàn)有功率比較大時，充電電源模塊需要散熱功能溫度控制

直流負(fù)載接觸器

漏電保護器：保證交流端和直流端的絕緣檢測

計費模塊：按照國標(biāo)要求，完成對電能的計量。按照現(xiàn)有的實際情況，一般計費模塊包含兩部分，與電能表通信，獲取充電電量信息，與智能模塊進(jìn)行通信，供給刷卡、二維碼計費等信息

HMI&顯示屏：為直流充電樁對外交互的接口，給用戶輸入信息和顯示狀態(tài)的接口，由于現(xiàn)在普遍支持多種支付的接口（銀行卡、IC卡、二維碼等內(nèi)容），也作為HMI的一部分，讀取卡內(nèi)信息，識別用戶身份及相關(guān)信息，這也是重要的組成部分

 

從充電電源模塊而言，分為整流、PFC、DC/DC變壓幾個部分，有1~2獨立的控制器整流和變壓部分，針對充電機系統(tǒng)，羅姆可提供以下解決方案及元器件：

 

SiC-SBD：羅姆不斷改善元器件工藝，隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代，實現(xiàn)了低VF。開發(fā)出使用SiC的SBD（肖特基勢壘二極管），最適合PFC（Power Factor Correction）電路及逆變器用途。實現(xiàn)了Si-FRD（Fast Recovery Diodes）難以實現(xiàn)的極短的反向恢復(fù)時間（trr），使得高速開關(guān)成為可能。由于反向恢復(fù)電荷量（Qrr）小，為降低開關(guān)損耗和設(shè)備小型化做出貢獻(xiàn)。

 

GateDriver：內(nèi)置絕緣元器件的柵極驅(qū)動器，可實現(xiàn)與SiC相應(yīng)的高速工作，輸入輸出延遲時間為Max.150ns的高速工作，使用無鐵芯變壓器，內(nèi)置2,500Vrms絕緣元器件，利用獨創(chuàng)的噪聲消除技術(shù)實現(xiàn)了共模抑制，支持高VGS、負(fù)電源※BM6101FV-C，BM6104FV-C

 

第二部分：充電樁的實際工作過程

 

車輛與充電樁的交互 · 準(zhǔn)備階段主要分三步

 

第一步，車輛接口連接確認(rèn)階段：當(dāng)我們按下槍頭按鍵，插入車輛插座，再放開槍頭按鍵。直流充電樁將檢測到直流充電槍插入的過程（12V-6V-4V）的電平變化。充電樁檢測到充電槍插入成功，判定車輛接口完全連接，充電槍中的電子鎖會進(jìn)行鎖止，防止槍頭脫落。

 

第二步，直流充電樁自檢階段：在車輛接口完全連接后，充電樁將閉合K3、K4，使低壓輔助供電回路導(dǎo)通（車輛將根據(jù)監(jiān)測點2的電壓判斷車輛接口是否連接，若電壓值為6V，則車輛裝置開始周期發(fā)送通信握手報文），接著閉合K1、K2，進(jìn)行絕緣檢測（即檢測DC線路的絕緣電阻），保證后續(xù)充電過程的安全性。絕緣檢測結(jié)束后，將投入泄放回路泄放能量，并斷開K1、K2，同時開始周期發(fā)送通信握手報文。

 

第三步，充電準(zhǔn)備就緒階段：電動汽車與直流充電樁相互配置的階段，車輛控制K5、K6閉合，使充電回路導(dǎo)通，充電樁檢測到車輛端電池電壓正常（電壓與通信報文描述的電池電壓誤差≤±5%，且在充電樁輸出最大、最小電壓的范圍內(nèi)）后閉合K1、K2，那么直流充電線路導(dǎo)通，電動汽車就準(zhǔn)備開始充電了。

 

充電階段：車輛向充電樁實時發(fā)送電池充電需求的參數(shù)，充電樁會根據(jù)該參數(shù)實時調(diào)整充電電壓和電流，并相互發(fā)送各自的狀態(tài)信息（充電樁輸出電壓電流、車輛電池電壓電流、SOC等）。這里是由車輛根據(jù)自身的情況向充電機索取電流。

 

充電結(jié)束階段：車輛會根據(jù)電池管理系統(tǒng)計算得到的電池狀態(tài)來判斷是否結(jié)束充電。

車輛會發(fā)送“車輛中止充電報文”，在確認(rèn)充電電流小于5A后斷開K5、K6。

充電樁在達(dá)到充電樁設(shè)定的充電結(jié)束條件，或車輛發(fā)來的“車輛中止充電報文”后，控制充電樁停止充電，在確認(rèn)充電電流小于5A后斷開K1、K2，并再次投入泄放電路，然后再斷開K3、K4。

 

第三部分：直流充電樁的分布和未來發(fā)展

 

從全球來看， 2015年充電供電設(shè)施（包含四種充電模式，1&2為線纜，3&4分別為交流和直流充電樁）總數(shù)達(dá)145萬個,公共充電站19萬個,慢充交流樁超過161802個,快充樁超過27707個,私人充電設(shè)施126萬個.備注：這里的數(shù)據(jù)是EVI提供，IEA分析的，估計分析值全球電動汽車保有量為126萬輛完全一致，存在一些考慮。特別是評估2015年底，中國有25%的自有樁，31.5萬充電樁，這里明顯有些高估了。

 

從整個城市來看，我們可以分兩類，

1）目的地充電：購物場所、名勝觀光區(qū)、游樂場、醫(yī)院、公園、美術(shù)館、高爾夫球場、旅館、酒店、飯館。

2）應(yīng)急充電：加油站、高速公路、高架道路、鐵路、空港。

 

從性質(zhì)上分，運營實體都在嘗試，車主在哪里，車主會在哪些地方大量使用充電樁，如果這個利用率提不上去，也就完全沒有安裝充電樁的商業(yè)可能性。

 

應(yīng)急的充電站，其實是一個雙刃劍。要車主等在邊上不能久離的。有個很有趣的概念是，車主在快速充電的時候干嘛，說到底，應(yīng)急充電也要給車主一個目的性他才會常去，否則這些應(yīng)急的利用率就可想而知。

 

未來很長一段時間，車企都在解決兩個和充電樁密切相關(guān)的問題，第一個是通過不斷提高電池的容量來不斷加大車輛的續(xù)航里程；第二個是盡可能縮短充電時間，目前一兩個小時的快充，未來有可能要控制在十分鐘之內(nèi)。對于未來的充電樁提出了更高的挑戰(zhàn)，未來直流充電樁的最高充電功率是設(shè)計成350kW

 

今日小結(jié)：經(jīng)過品牌電動汽車的長期市場教育，中國消費者已經(jīng)了解并接受電動汽車，多地政府也最大限度地賦予電動汽車在上牌指標(biāo)、購置補貼、城市道路不限行等政策性優(yōu)惠和傾斜，也使得電動車市場愈見火熱。同時，新能源汽車的“充電難”也日益突顯，為緩解城市范圍內(nèi)電動汽車車主的“缺電焦慮”，必將在城區(qū)主要路段升級覆蓋直流充電樁，這必然孕育著直流充電樁的廣闊發(fā)展前景，在未來的電動汽車的發(fā)展中非常重要，有著廣闊的發(fā)展前景。