充电桩--交流充电桩硬件原理以及竞品方案

聚焦光伏领域、深耕储能市场、探究充电技术

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聚焦光伏领域，深耕储能市场，探究充电技术

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一、交流充电桩系统介绍

为了实现能源安全和“双碳”目标的达成，充电桩是需要智能电网支持，具备可扩展性和可升级性。对于储能系统可以兼容多种储能系统，并且可以消纳光伏、风电、氢能等多种清洁能源，同时也要规划与电网侧V2G的协同，既提升对用户的服务能力，同时也配合电网侧的发展，降低对电网侧的压力，提升对电网侧的互动。包括有序充电、车网协同、聚合绿电以及整个全生命周期的碳管理体系。

交流充电桩一体化电气图

交流充电桩俗称“慢充桩”，固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，国标采用 220V 单相交流电，为电动汽车车载充电机（即固定安装在电动汽车上的充电机）提供交流电源的供电装置。交流充电桩只提供电力输出，没有充电功能，需连接车载充电机为电动汽车充电，只起到控制电源的作用的。其采用符合国标的交流充电模式，输出功率最高 7kW，一般车辆电池从 0 到充满需要 5-8 小时

交流充电桩电气图

充电桩的主体结构包括桩体、充电控制模块、显示模块、通信模块、连接线缆、安全保护装置等部分，

系统拓扑图

剩余电流检测与保护是每个充电桩主板必备的功能模块，直接关乎用户的人身安全以及消除持续接地故障电流引发的火灾风险。目前常见的剩余电流检测与保护模块（简称RCD）主要有四种，分别为A型、B型、F型和AC型剩余电流与保护模块，分类的依据在于检测故障电流的特性不同。

由于国内外标准不同，B型RCD是国外充电桩主板上常用的剩余电流检测与保护模块，B型RCD在电流检测能力方面具有更广泛的覆盖范围，能够检测到更多类型的故障电流，包括正弦交流剩余电流和平滑直流剩余电流。这种全面的电流检测功能使得B型RCD能够更有效地保护充电桩电路免受各类电气故障的影响，进而降低发生火灾和人身安全事故的风险。国内常用的为A型与AC型RCD。在新国标GB/T 18487.1-2023的发布与实施下，充电桩市场对安全性和可靠性的需求日益增长，采用B型RCD的充电桩主板将更具竞争优势。

7KW交流充电桩功能框图

支持故障紧急停充功能、NFC刷卡功能、时钟显示、电量计算、4G数据传输、历史日志查询、指示灯显示功能、语音提醒、屏幕显示

2、引导系统电路图

AC充电原理概述：

（1）在充电枪没有插入车辆时，此时慢充口CC处的电压为12v或5v，此时CP处没有电压。

（2）充电枪开始被供电，S1开关接通12v，此时枪口CP口12v电压值。

（3）将充电枪插入车辆充电口后，检测点3就能够检测到12v电压经过RC和S3开关入地，这时检测点3的电压便不再是12v，此时车辆可以通过检测点3检测到充电枪已经插入到插口上。R4电阻的作用是检测充电枪有没有插到位，如果没有插到位则S3开关（位于充电枪上）断开，R4电阻串联进回路，通过检测点3便可以让充电机知晓。另外，通过检测点3检测的电压便可以知道RC阻值的大小，进而知道充电枪的型号。

（4）充电枪插入车辆充电口以后，12v电压通过S1、R1，依次到达检测点1和检测点2，然后通过R3接地构成回路，此时检测点1以及检测点2处的电压便不再是12v，由于R1=1000欧，R3=3000欧的分压，检测点电压为9v。

（5）当检测到电压为9v以后，S1开关从12v变到PWM信号链接，此时监测点1和2会出现一个从9v变化到-12v的占空比信号，确认充电枪连接好，然后S2开关闭合反馈给充电设备。S2闭合以后回路接入了R1（串联），R2和R3（电阻并联，R2=1500欧，并联电阻阻值为1000欧），回路电压从9v变成6v，此时充电机就可以认可充电。

（6） CP信号稳定在6v以后，供电设备的K1和K2继电器闭合，交流电通过车辆充电口输入到充电机进行充电。

非隔离引导电路

隔离方案引导电路

二、功能介绍

1、功能参数介绍

2、功能介绍

（1）微处理器模块

微处理器模块微处理器是交流桩主板的核心组件之一，可以处理来自用户的命令并相应地控制交流桩的运行。这个模块包括中央处理器 (CPU)、存储器、时钟以及其他必要的集成电路。

（2）通信模块

通信模块交流桩需要和后台服务器以及移动端进行通信，通信模块可以提供种接口，例如以太网、RS485、小区网络等。内置NFC芯片/BLE/WIFI模块，这个模块主要负责将交流桩的数据传输到后台服务器或移动端，以实现远程监控和管理。与电动车可选择CAN通讯，也可通过CP/PP信号来实现互动。

（3）充电控制模块

充电控制模块这个模块与交流桩主板上的其它电子元器件连接，以控制整个充电过程。它负责识别车辆型号、确认充电需求，确定合适的充电方式和充电功率，并监控充电过程中的各种参数，如充电电流、电压等等。

（3）电源模块

电源是所有系统要想运行必不可少的因素之一，也是关键的内容，不论是相关的系统运行，还是充电桩的充电要求，都离不开电源模块的使用，电源模块的主要作用就是可以为充电桩提供相应的直流电源供应。

（4）电量计量模块设计

电动汽车交流充电桩系统设计期间电能表也是重要的组成部位，电能表的实际作用就是可以对电路中的实际消耗进行相应测量。其性能参数完全符合国家标准GB/T17215.321-2008，由于仪表采用高精度测量芯片和高速MCU数据处理单元，在实际应用期间可准确测量功率、电压、电流等电参数，所具备稳定性高的优势，并具有停电数据自动保存功能。此外，由于电表需要采用RS-485通讯方式，而主板采用TTL通讯方式，这就需要将两种不兼容的模块进行配合，旨在能够实现主板与电表的正常通讯功能。

（5）传感器模块

传感器模块可以收集交流桩主板所在环境的各种数据，例如气温、湿度、可燃气体浓度等等。这些数据可以用于优化交流桩的使用效率，确保整个充电过程的安全性、可靠性和高效性。

（6）控制引导模块

驱动电路和车载BMS系统也是充电桩设计的关键内容，在此系统设计期间可以通过CC和CP完成相应的连接需求，并在连接期间可以有效确认充电的相关参数，满足实际充电需求。当前国标中所规定PWM信号一般都是由功率控制器件提供，该电路在实际运行期间可以输出双极性PWM，也可以在运行期间实现+12V电压的输出，在输出电压期间就可以满足电动汽车对电压的实际使用需要。

（7）安全保护模块

安全保护模块在交流桩主板中，安全保护模块负责确保充电过程的安全性和可靠性。它能够检测电池电量、充电过程中的电压和温度等数据，并通过系统控制保证充电过程中车辆和用户的安全。对过流、短路、过压、欠压、漏电、防雷击、充电、联机中断保护功能，板载隔离器件、保险丝、漏电保护器，保障器件安全及系统稳定性

四、时序测试

充电时序波形