浅谈电动汽车直流与交流充电桩区别

摘要：发展充电桩技术能够支撑电动汽车产业发展，助力实现双碳目标。直流与交流充电作为两种主要补能方式，对充电技术行业的发展起着重要作用。文章基于电动汽车充电桩的特点，对直流充电桩与交流充电桩的电气原理进行分析，介绍了充电桩充电过程及各结构功能，并研究了其未来发展方向。

关键词：直流充电；交流充电；充电桩；电动汽车

0引言

2023年6月，国务院办公厅发布了《国务院办公厅关于进一步构建高质量充电基础设施体系的指导意见》（国办发〔2023〕19号）。意见指出，应大力推广应用智能充电基础设施，推动既有充电基础设施智能化改造，鼓励新技术创新应用，持续优化电动汽车电池技术性能并提升车网双向互动能力，充分发挥电动汽车在电化学储能体系中的重要作用。文章从电动汽车充电桩的充电技术角度出发，简述直流充电与交流充电的特点及二者充电桩电气原理，预测了充电技术系统的发展趋势，对直流与交流充电技术的兼容性、适应性、安全性做出进一步研究。

1 电动汽车的直流、交流充电

1.1 直流充电

直流充电是指将电能以直流形式传输到电动汽车的电池中进行充电的技术。这是一种需要充电设备将电网的交流电整流后再输入电动汽车的充电行为，直流充电的充电功率包括 20 kW、40 kW、60 kW、200 kW、250 kW。常见的直流充电桩功率主要为60 kW。在直流充电中，电能从电源经过变压器和整流器转换为直流电流，然后通过充电插头连接到汽车的电池系统。直流充电具有高充电效率和充电速度快的优势，适用于长途旅行和紧急充电等场景。直流充电的核心设备是充电桩，其通常包括变压器、整流器、充电控制器、充电插座等部分。变压器用于将交流电源的电压调整到适合电池充电的电压，整流器将交流电转换为直流电，充电控制器负责监测和控制充电过程，充电插座则用于与车辆的充电接口连接。

1.2 交流充电

交流充电是指将单相或三相交流电通过标准充电插头、插座等交流电源输送到电动汽车车载充电机，经过车载充电器整流后将交流电转化为直流电，并输送到动力电池，实现电动汽车的充电技术。充电设施通过脉冲宽度调制限制电动汽车允许的最大可用电流，可以是220 V AC 单相电或380 V AC 三相电，该电流不应超过其额定电流、连接点额定电流及电源额定电流中的最小值。这种方式可以使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。实现交流充电的主要部件包括交流充电插座、车辆控制器、车载充电机、交流电源及交流充电桩。其中交流充电桩是固定不动在电动汽车外界，与沟通交流电力网相接，为电动汽车车载充电器提供交流电的供电系统设备。

2直流、交流充电桩技术分析

2.1 直流充电桩电气原理

直流充电桩的交流输入端由断路器、防雷保护器 及漏电开关组成，输出是高压、大电流，应设置熔断 器。直流充电桩的主回路由塑壳断路器、交流接触器、 充电模块、直流接触器、直流充电枪构成。主回路的输入是三相交流电，交流电流经断路器与智能电表后， 被充电模块转化为直流电，然后连接充电枪和熔断器， 给新能源汽车充电。直流充电桩主回路中的电表是三 相四线制电表，起着监控整个充电机工作时实际充电 电量的作用。由于单个充电模块的功率过小，所以充 电桩内部并联着多个充电模块，采用 CAN 控制器局 域网总线来实现多个模块的均流。

直流充电桩的充电过程如图1所示。首先，检测点1检测到4 V电压后，认定充电接口连接成功，锁定充电枪中的充电锁，进入自检阶段，在确认车辆接 口接通后，通过闭合开关 K3 、K4，使辅助电源给控 制系统供电，电流经过检测点，若该电流电压为 6 V， 车桩通过 CAN 控制器局域网总线周期性开始报文交 互， 内容为通信握手报文，直流接触器 K1、K2 闭合， 进行绝缘检测。检测结束后，则停止电压输出，导 通泄放回路，泄放直流回路中残余的电压，断开 K1、 K2，若电压小于 60 V，则进入充电准备就绪阶段， 闭合 K5 、K6，动力电池电压反送至 K1 、K2，导通 充电回路，进行预充尝试，检验车辆端动力电池电压 是否正常，闭合 K1 、K2，主回路导通，进入充电阶 段。在该阶段，充电桩的电压电流会根据动力电池管理系统（BMS）的充电需求变化而调整，相互交换充电状态，判断达到结束条件后进入充电结束阶段。在 该阶段车辆会根据 BMS 是否达到充满状态或收到充 电桩发来的“充电桩中止充电报文”来判断是否结束充电，满足以上充电结束条件，车辆控制装置会发送 “车辆中止充电报文”，在确认充电电流达到 5A 以下 后断开 K5 、K6，发送“充电桩中止充电报文”，并 控制充电桩停止充电，在确认充电电流小于 5A 后断 开 K1 、K2，进行泄放，再断开辅助电源继电器 K3、 K4，解锁充电枪中的电子锁，用户按下机械锁将枪 拔出并归位，充电完成。

2.2 交流充电桩电气原理

交流充电桩主回路的输入可以为单相电或三相电，由空气开关、交流电表、交流控制接触器及充电桩枪头组成。在主回路中，电流通过空气开关QF给主控板通电，随后流经交流电表和交流控制接触器， 最终到达充电枪头。充电枪头连接新能源汽车车载充 电机，获取充电参数，完成充电枪的上电。在二次回路部分，由充电桩智能控制器来调整整个充电流程， 车主刷卡结算选择结束充电后，交流控制接触器断开，充电完成。首先，交流充电桩开始初始化并自检，车主刷卡后，充电桩会判断该卡是否有效，若有效就进 入用户确认环节，接上插头后定时识别，确认是否连接，若连接，则设置充电模式，确认加电，扣除预售 金额，将未结算标志置位，若没有充电加电超时或充 电电缆断升，则充电完成后将充电完成标志置位，结束充电阶段，显示充电结束界面，结算金额后将结算标志清零。

2.2.1 交流充电桩充电过程

交流充电桩充电过程如图2 所示 ：①连接确认。 车辆控制器通过检测离其最近检测点与地线之间的电阻判断插座与插头是否接上。②充电桩控制器通过 分析离其最近的检测点电压值判断插座与插头是否接 上。③判定已完全连接后，开始充电。先用小电流激活电池活性，使蓄电池内部充分建立化学反应，使其满足后面持续大电流充电。在该过程中，确保连接装 置的连接和车辆处于可充电状态，检测周期不大于50 ms 。充电桩的最大充电电流可通过检测 PWM波占空比来实现。车辆判断充满电后，断开并联电阻旁的开关，提升电压，充电结束。此时，车主可通过按下机械锁，拔出充电枪。

2.2.2 交流充电桩各结构功能

交流充电桩一般由漏电保护开关、防雷器、智能 控制器、人机交互界面等部件组成。智能控制器具备实时监控车辆状态的能力，能够敏锐感知电压、电流变化，确保插头、插座保持连接， 保护各元件的安全。 常见的人机交互界面是 LCD 显示屏，供车主选择不同的模式，如时间、电量、金额及充电启动方式（如 立即充电和预约充电）。显示屏上会显示充电过程的实时状态。交流充电桩的防雷器位于交流输入侧端， 通常以并联的形式接入电路，可将过量电流导入大地，防止系统发生故障。

3电动汽车充电技术系统发展方向

未来将继续研究和开发更高效能的能量转换器和电源管理系统，以减少能量损耗并提高充电效率。例如，采用高效能的半导体器件和磁性材料，减少能量 转换过程中的热损耗。高效能转换技术还可以通过改进转换器的拓扑结构和控制算法，提高能量转换的效率和稳定性。如采用多级转换器或谐振转换器等新型 拓扑结构，降低开关损耗和提高功率因数。最后，在充电过程中，可以通过能量回收技术将部分能量转化为可再利用的形式回馈到电网或供应其他设备使用，这有助于提高能源利用效率和降低能源消耗。

4安科瑞充电桩收费运营云平台

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

4.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

4.3系统结构

4.3.1系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据中心层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据中心层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

4.4安科瑞充电桩云平台系统功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

4.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压/电流，充电桩告警信息等。

4.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

4.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

4.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

4.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

4.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

4.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

4.5系统硬件配置

5结语

充电基础设施行业迎来新机遇，高效且安全的充 电技术发展具有重要意义。直流充电与交流充电技术 都是电动汽车能源供给的重要模式，着重分析其优势与劣势，深入研究其充电原理、各结构功能，把握高效能转换技术、智能充电管理系统、V2G 技术等充 电技术发展方向，能够为充电技术智能化、数字化注入新动力，推动充电运营产业技术变革和优化升级。

参考文献

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审核编辑 黄宇