项目三 直流充电桩的控制与运维 任务1 认识直流充电桩 课件-《新能源汽车充电桩安装检测与维修》电子工业出版社

新能源汽车充电桩安装 检测与维修 目录 项目一 充（换）电站的认识 项目二 交流充电桩的控制与运维 项目四 充电桩的安装与测试 项目三 直流充电桩的控制与运维 项目五 充电桩常见故障的检修 《新能源汽车充电桩安装检测与维修》 项目三 直流充电桩的控制与运维 任务1 认识直流充电桩 【知识目标】 1.能正确叙述直流充电桩的种类及结构。 2.能简述直流充电桩接口的定义。 3.能简述直流充电桩的充电过程。 4.能简述直流充电桩功能需求分析。 【技能目标】 能识别各种品牌种类的直流充电桩。 【素养目标】 1.养成认真负责的工作态度及严谨细致的思维方式。 2.养成高压安全防护意识，规范高压安全操作行为，树立团队协作精神。 3.养成自主学习知识的能力及知识迁移的能力。 学习目标 直流充电桩也称快速充电桩，简称“快充”，是指安装在电动汽车外部并连接到交流电网，为非车载动力电池的电动汽车提供直流电源的设备。通过本任务的学习，学生能了解直流充电桩的种类及结构，掌握直流充电桩的接口定义，以及直流充电桩的充电过程、直流充电桩的功能需求分析等内容；并能通过实物正确识别各种品牌、各个种类的直流充电桩。 工作任务 一、直流充电桩概述 直流充电桩如图3-1-1所示，通常具有45~60kW的功率。直流充电桩输岀的电压和电流可以在大范围内调节，从而满足快速充电的需要。一般来说，在30分钟内可以充到80%的电量，并且可以在十几分钟内满足后续驾驶的要求。一般规划在高速公路服务区及城市商业中心的停车场等公共场所。 图3-1-1 直流充电桩 二、直流充电桩系统结构 直流充电桩的系统结构主要由充电桩主控制器、人机交互子系统、功率变换子系统、电能计量单元及智能管理模块组成，如图3-1-2所示。上述各部分的功能及组成如下。 图3-1-2 直流充电桩的系统结构组成 二、直流充电桩系统结构 （1）充电桩主控制器能接收各子系统的传输协议命令，并做出响应以实现对各部分的控制。 （2）机交互子系统包括IC卡读写器、人机交互界面等，用以实现用户与充电桩的人机交互，完成用户身份确认、充电需求信息输入、充电过程中的数据显示及用户自主控制指令输入等功能。 （3）功率变换子系统包括交流输入供电单元、充电功率模块和有源滤波模块，充电功率模块可以实现并联时的自主均流，从而由一种标准模块并联成多种规格的充电桩。 （4）电能计量单元主要由其中的直流电能表组成，用于充电能量的计量。 （5）智能管理模块包括运营管理系统的通信接口、数据处理存储等组成部分，用来实现各种运营管理策略。 三、直流充电桩的接口定义 电动汽车直流充电接口是直流充电桩向电动汽车电池直接提供充电功能的接口，包括车辆插头和车辆插座两个部分。车辆插头与车辆插座的触头布置结构如图3-1-3所示。触头标志及其功能定义如表3-1-1所示。 图3-1-3 车辆插头与车辆插座的触头布置结构 三、直流充电桩接口定义 表3-1-1 触头标志及其功能定义 四、直流充电桩的充电过程 直流充电桩的充电过程如图 3-1-4所示，主要包括充电握手、充电参数配置、充电和充电结束四个阶段。如果在各个阶段的规定时间内充电桩与BMS没有收到正确的报文或者对方的报文，即判断超时，一般超时的规定时间为5s。当出现超时后，BMS或充电桩发送错误报文，并进入错误处理阶段。 图3-1-4 直流充电桩的充电过程 五、直流充电桩的功能需求分析 着电动汽车日益增多，其相应的配套充电设施也得到越来越多的关注。但是现有的直流充电桩存在充电效果差、人机交互界面不友好等缺点。因此，设计出一台能够满足用户需要、安全充电的智能化电动汽车直流充电桩对于推动电动汽车的发展具有深远的意义。根据国家标准和用户需求，一台直流充电桩需要具备以下功能。 （1）为保证整个系统安全运行，充电桩必须有电气保护装置。在充电时，如果突然发生故障，充电桩必须在规定时间内快速切断电源并发出警报，确保用户安全。 （2）需准确读取相关的电网参数，实现电价的准确计量。 （3）需准确识别不同用户的IC卡，并且能够记录用户的登录、控制、退出等操作。 （4）人机交互界面要设计得足够友好，采用图形化的设计，使每个用户能够使用其进行自助充电。 （5）充电界面应显示用户充电的相关数据，如充电进程、当前电压、当前电流、电价、余额等信息。 充电桩后台管理系统必须能识别每个用户的身份信息，并且能够对每个用户的相关数据进行查询和操作。 六、直流充电桩的技术指标 直流充电桩输入电压为三相四线380V交流电，输出为可以调节的直流电。直流充电桩技术指标如表3-1-2所示。 表3-1-2 直流充电桩技术指标 七、常见直流充电桩简介 1.落地式直流充电桩 落地式直流充电桩如图3-1-5所示，它是针对原有金属落地式直流充电桩的升级产品，采用玻璃钢材质，主要配合充电箱变及总控箱等群充类充电设备使用，可以为符合国标的新能源电动汽车提供直流快充。落地式直流充电桩同时设计有125A和250A两种枪线规格，可供用户使用时灵活选择。 图3-1-5 落地式直流充电桩 七、常见直流充电桩简介 地式直流充电桩的产品特点如下。 （1）配合充电箱变及总控箱类等群充设备，实现直流快充功能。 （2）采用玻璃钢材质，抗冲击能力强，热性能好且耐腐蚀。 （3）无须电插头，未启动充电时，主回路电源和辅助电源同时切断，使充电桩不带高压电。 （4）急停开关，保证充电过程中发生紧急状况时可以迅速断电。 七、常见直流充电桩简介 表3-1-3 落地式直流充电桩的产品规格 七、常见直流充电桩简介 2.落地式直流充电桩（双枪） 落地式直流充电桩（双枪）如图3-1-6所示，它也是针对原有金属落地式直流充电桩的升级产品，同样采用玻璃钢材质，配合充电箱变及总控箱等群充类充电设备使用，可以为符合国标的新能源电动汽车提供直流快充。落地式直流充电桩（双枪）同时设计有125A和250A两种枪线规格，可供使用时灵活选择。 图3-1-6 落地式直流充电桩（双枪） 七、常见直流充电桩简介 落地式直流充电桩（双枪）的产品特点如下。 (1)智能快速充电。 大功率输出：最大输出功率达400kW，单枪充电时最快7分钟完成百公里续航，显著缩 短充电等待时间。 动态功率分配：采用智能算法支持双枪动态调配功率，在双枪同时充电场景下实现功率 利用率最大化。 (2)智能功率管理与兼容性。 自主均流技术：充电桩可根据车辆需求自动调节输出电流，适配99%的新国标车型，兼 容国际通用接口标准。 远程控制与升级：支持远程监控、故障诊断及程序在线升级，便于运营商的维护管理。 (3)多重安全防护机制。 电气保护：集成过压、欠压、过流、短路、漏电及电池防反接等保护功能，确保充电过 程安全。整机采用IP54防护等级设计，适应户外复杂环境，防尘防水性能优越。液冷散热系 统支持在-40~+60℃极端温度下稳定运行，避免设备过热。 七、常见直流充电桩简介 (4)灵活应用场景。 多模式充电：支持按时间、电量、自动充满等模式充电，满足电动重卡、公交车及家用车 的多样化需求，适用于高速公路服务区、住宅区、商业区及工业园区等公共场景或专用场景。 (5)智能化交互与支付。 便捷操作：提供刷卡、扫码、密码及VIN 识别等多种充电启动方式。 无感支付：支持IC卡、手机App、二维码支付，实时显示充电量、电价及状态信息。 (6)模块化与维护便捷性。 一体化设计：集成交流配电、防雷、充电机等单元于桩体，模块化结构便于安装调试和 维护。多重防雷设计及自然风冷/强制风冷散热方案，延长设备寿命。 七、常见直流充电桩简介 落地式直流充电桩（双枪）的产品规格如表3-1-4所示。 表3-1-4 落地式直流充电桩（双枪）的产品规格 七、常见直流充电桩简介 3.壁挂式直流充电桩 壁挂式直流充电桩如图3-1-7 所示，它是针对市场现有充电设备体积大、占据车位的情况设计的采用金属材质制作的充电产品，主要配合充电箱变及总控箱等群充类充电设备使用，可以为符合国标的新能源电动汽车提供直流快充。壁挂式直流充电终端同时设计有125A和250A两种枪线规格，可供使用时灵活选择。 图3-1-7 壁挂式直流充电桩 七、常见直流充电桩简介 壁挂式直流充电桩的产品特点如下。 (1)高效充电：壁挂式直流充电桩可以直接将交流电转化为直流电，为车辆电池充电，省去了车载充电机的转换过程，充电效率大幅提升。例如，一款支持60kW的壁挂式直流充电桩，30分钟即可为车辆补充80%的电量。 (2)节省空间：壁挂式设计不占用地面空间，尤其适合车位紧张的家庭，其简洁时尚的外观设计也能与家居环境完美融合，提升整体美观度。 (3)智能便捷：现代壁挂式充电桩通常配备智能控制系统，支持手机App远程操控、预约充电、电量统计等功能，使用起来更加便捷。此外，壁挂式直流充电桩还具备过压、过流、漏电、短路等多重安全保护功能，确保充电过程安全可靠。 (4)高效稳定：壁挂式充电桩采用高频开关电源技术，效率高达93%，相比传统模块节能显著，长期使用成本降低20%以上，其宽电压输入范围适应全球电网波动，确保设备在复杂电网环境下稳定运行。 (5)多重保护机制：内置智能管理系统实时监测运行状态，故障自诊断并预警。支持RS-485通信，可远程监控与集中管理，故障响应时间缩短至10分钟以内。此外，壁挂式直流充电桩还有多重保护机制，确保设备与人员安全。 七、常见直流充电桩简介 壁挂式直流充电桩的产品规格如表3-1-5所示。 壁挂式直流充电桩的产品规格如表3-1-5所示。 七、常见直流充电桩简介 4.悬吊式直流充电桩 悬吊式直流充电桩是针对市场现有充电设备体积大、枪线移动不方便、枪线磨损等情况设计的采用金属材质制作的充电产品，主要配合充电箱变及分体式直流充电机等充电设备使用，可以为符合国标的新能源电动汽车提供直流快充。悬吊式直流充电终端同时设计有125A和250A两种枪线规格，可供使用时灵活选择。 悬吊式直流充电终端的产品特点如下。 (1)创新结构设计：悬吊式直流充电桩采用悬吊式结构，通过滑轮配重机构将直流枪线悬吊在空中，枪线可实现拉伸和回弹，有效解决了直流枪线收线的行业难题，改善了用户体验，并避免了因拖地磨损带来的风险，延长产品使用寿命。 (2)节省空间和提升用户体验：悬吊式直流充电桩设计为一机双枪，且自带的悬臂结构可以实现单枪线180°的自由旋转，节约设备的占地空间，有效拓展了枪线的伸展半径。此外，产品的整体结构设计采用无螺栓卡接结构，极易拆装，方便后期维护和保养。 (3)安全性能高：悬吊式直流充电桩采用群管群控的设计理念，将带电与不带电的箱变、总控箱与充电桩分离，使用无电桩体和无电插头，提高了安全性能和经济性。 七、常见直流充电桩简介 (4)适用范围广：悬吊式直流充电桩适用于多种场景，如公交大巴场站、普通乘用车场 站等，满足新能源公交大巴车、普通乘用车及特种车辆的充电需求。 悬吊式直流充电桩的产品规格如表3-1-6所示。 表3-1-6 悬吊式直流充电桩的产品规格 八、直流充电桩计费方式 目前，直流充电桩的计费主要有两种：一种为普通计费的充电桩，另一种为分时计费的充电桩。普通计费的充电桩收取的充电费用为充电费用加上充电服务费，目前各地充电的服务费都不同。以北京为例，政府规定收费标准不得超过当日92号汽油每升最高零售价的15%，一般按照0.8元/度的标准收取。 随着电动汽车的快速发展与普及，必然会有庞大数量的电动汽车接入公网进行充电，电动汽车大量无序充电甚至会影响电力系统的安全运行。例如，对于大量电动汽车车主在上班，到工作地点及下班回家后立即充电，就会出现新的负荷高峰，对配电网的调度和设备产生影响；如果用电低谷时对电动汽车进行充电，可以减少电网峰谷差，从而提高配电设施的实际利用率，改善电网负荷特性，会给电力系统带来正面影响。因此，电动汽车的大规模化接入电网既是机遇，也是挑战。 在这种背景下，电网公司开始对充电桩实行像电能表一样按照尖峰平谷四个时间段分时进行计费，分别代表尖峰时段、高峰时段、平峰时段和低谷时段，在每个时间段的电价都不相同。正常情况下，电价从高到低的顺序为尖峰平谷。一般每个时段都要持续数个小时，而直流充电桩充电时间只要一个小时乃至数十分钟，所以正常情况下，按照分时计费只有两种费率，也有少数情况存在三种费率。充电桩按照不同费率计费后再加上充电服务费就是最终的充电费用。 谢谢聆听 触头标号/标志 功能定义 DC＋ 直流电源正，连接直流电源正与电池正极 DC－ 直流电源负，连接直流电源负与电池负极 PE 保护接地（PE），连接供电设备地线和车辆电平台 S＋ 充电信号CAN H，连接非车载充电机与电动汽车的通信线 S－ 充电信号CAN L，连接非车载充电机与电动汽车的通信线 CC1 充电连接确认 CC2 充电连接确认 A＋ 低压辅助电源正，连接非车载充电机为电动汽车提供的低压辅助电源 A－ 低压辅助电源负，连接非车载充电机为电动汽车提供的低压辅助电源 名称 参数 电源输入 三相四线AC380V×（1±15%） 输入交流电源频率 50Hz×（1±15%） 输出功率 0~90kw 输出电压 200~400V 稳压精度 ≤0.5% 稳流精度 ≤0.5% 最高效率 ≥93% 功率因数 ≥0.92 过热保护值 85℃ 工作温度 －20~＋50℃ 名称 参数 125A枪线 250A枪线 系统参数 尺寸 353mm×331mm×1200mm 安装形式 落地式安装 充电接口 充电插头（GB/T 20234.2—2015《电动汽车传导充电用连接装置 第3部分：直流充电接口》） 工作环境温度 －30~＋50℃ 海拔 ≤2000m 防护等级 ≥IP54 名称 参数 125A枪线 250A枪线 系统参数 尺寸 353mm×331mm×1200mm 枪线长度 4m 安装形式 落地式安装 充电接口 充电插头（GB/T 20234.2—2015《电动汽车传导充电用连接装置 第3部分：直流充电接口》） 工作环境温度 －30~＋50℃ 机械寿命 空载插拔＞10000次 海拔 ≤2000m 防护等级 ≥IP54 名称 参数 125A枪线 250A枪线 系统参数 尺寸 320mm×208mm×450mm 安装形式 壁挂式安装 充电接口 充电插头（GB/T 20234.2—2015《电动汽车传导充电用连接装置 第3部分：直流充电接口》） 工作环境温度 －30~＋50℃ 机械寿命 空载插拔＞10000次 海拔 ≤2000m 防护等级 ≥IP54 名称 参数 125A枪线 250A枪线 系统参数 尺寸 200mm×245mm×2000mm 枪线长度 6m（其他长度可定制） 安装形式 悬吊式安装 充电接口 充电插头（GB/T 20234.2—2015《电动汽车传导充电用连接装置 第3部分：直流充电接口》） 工作环境温度 －30~＋50℃ 机械寿命 空载插拔＞10000次 海拔 ≤2000m 防护等级 ≥IP54 $