充电桩

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

功能

充电桩（栓）能实现计时、计电度、计金额充电，可以作为市民购电终端。同时为提高公共充电桩（栓）的效率和实用性，今后将陆续增加一桩（栓）多充和为电动自行车充电的功能。[1]

发展历程

充电桩充电桩

截至目前 ， 我国电动汽车充电站大多局限于电动公交汽车或内部集团用车 ， 还没有建成真正面向不同用户的充电站服务网络 。 已经建成或在建的比较有代表性的充电站有如下内容 。2006 年 ， 比亚迪在深圳总部建成深圳首个电动汽车充电站 。

2008 年 ， 北京市奥运会期间建设了国内第一个集中式充电站 ， 可满足 50 辆纯电动大巴车的动力电池充电需求 。

2009 年 10 月 ， 上海市电力公司投资建成上海漕溪电动汽车充电站 ， 是国内第一座具有商业运营功能的电动汽车充电站 。2009 年底 ， 北京首科集团在健翔桥建设完成了国内第一个包含完整智能微网的北京纯 电动乘用车示范充电站 。

2009 年 12 月 31 日 ， 南方电网投产的首批电动汽车充电站 （ 桩 ） 在深圳建成投运 ， 建设规模为 2个充电站 、134 个充电桩（栓） 。

2010 年 3 月 31 日 ， 国家电网公司唐山南湖充电站建成投运 ， 是我国首座国家电网典型设计充电站 ， 可同时为 10 台电动汽车按快充和慢充两种方式进行充电作业 。

种类

按安装方式分

可分为落地式充电桩、挂壁式充电桩。落地式充电桩适合安装在不靠近墙体的停车位。挂壁式充电桩适合安装在靠近墙体的停车位。

按安装地点分

按照安装地点，可分为公共充电桩和专用充电桩。 公共充电桩是建设在公共停车场（库）结合停车泊位，为社会车辆提供公共充电服务的充电桩。 专用充电桩是建设单位（企业）自有停车场（库），为单位（企业）内部人员使用的充电桩。 自用充电桩是建设在个人自有车位（库），为私人用户提供充电的充电桩。 充电桩一般结合停车场（库）的停车位建设。安装在户外的充电桩防护等级不应低于IP54。安装在户内的充电桩防护等级不应低于IP32。

按充电接口数分

可分为一桩一充和一桩多充。

按充电方式分

充电桩（栓）可分为直流充电桩（栓），交流充电桩（栓）和交直流一体充电桩（栓）。

技术实现

电[2]  动汽车充电桩作为电动汽车的能量补给装置，其充电性能关系到电池组的使用寿命、充电时间。这也是消费者在购买电动汽车之前最为关心的一个方面之一。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给是电动汽车充电器设计的基本原则，另外，还要考虑充电器对各种动力电池的适用性。

快速充电器的控制系统组成：

快速充电器的控制系统

采用了智能化的变脉冲充电方式，即采用充电电流脉冲，包括充电脉冲T1间歇脉冲T2以及放电脉冲T3。

地面充电站中充电器的方案

地面充电站中充电器的方案，该充电器由一个能将输人的交流电转换为直流电的整流器和一个能调节直流电功率的地面充电站中充电器的方案功率转换器组成，通过把带电线的插头插入电动汽车上配套的插座中，直流电能就输入蓄电池对其充电。充电器设置了一个锁止杠杆以利于插入和取出插头，同时杠杆还能提供一个确定已经锁紧的信号以确保安全。根据充电器和车上电池管理系统相互之间的通讯，功率转换器能在线调节直流充电功率，而且充电器能显示充电电压、充电电流、充电量和充电费用。这只是充电桩的基本原理，许多细节问题都应在实际应用中不断改进，已得到最便捷的使用方案。

建设要求

作为电网配用电侧的电动汽车充电桩（栓），其结构的特殊性决定了自动化通信系统的特点是被测点多且分散、覆盖面广、通信距离短。并且随着城市的发展，网络拓扑要求具有灵活性和扩展性的结构，因此，电动汽车充电桩（栓）通信方式的选择应考虑如下问题：

（1） 通信的可靠性——通信系统要长期经受恶劣环境和较强的电磁干扰或噪音干扰的考验，并保持通信的畅通。

（2） 建设费用——在满足可靠性的前提下，综合考虑建设费用及长期使用和维护的费用。

（3） 双向通信——不仅能实现信息量的上传，还要实现控制量的下达。

（4） 多业务的数据传输速率——随着以后终端业务量的不断增长，主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高。

（5） 通信的灵活性和可扩展性——由于充电桩（栓）具有控制点面多、面广和分散的特点，要求采用标准的通信协议，随着“ALL IP”网络技术趋势的发展以及电力运营业务的不断增长，需要考虑基于IP的业务承载，同时要求便于安装施工、调试、运行、维护。

技术要求

交流式

交流充电桩（栓）技术要求

1、环境条件要求

① 工作环境温度：-20℃～+50℃；

② 相对湿度：5%～95%；

③海拔高度：≤1000m；

④ 安装地点：户外；

⑤ 抗震能力：地面水平加速度 0.3g；

地面垂直加速度 0.15g；

设备应能承受同时作用持续三个正弦波，并且安全系数应大于1.67；

2、结构要求

① 交流充电桩（栓）壳体应坚固；

② 结构上须防止手轻易触及露电部分；

③交流充电桩（栓）应选用厚度1.0以上钢组合结构，表面采用浸塑处理，并充分考虑散热的要求。充电桩（栓）应有良好的防电磁干扰的屏蔽功能；

④ 充电桩（栓）应有足够的支撑强度，应提供必要设施，以保证能够正确起吊、运输、存放和安装设备，且应提供地脚螺栓孔；

⑤ 桩（栓）体底部应固定安装在高于地面不小于200mm的基座上。基座面积不应大于500mm×500mm；

⑥ 桩（栓）体外壳应采用抗冲击力强、防盗性能好、抗老化的材质；

⑦ 非绝缘材料外壳应可靠接地；

3、电源要求

① 输入电压：单相220V；

② 输出功率：单相220V/5KW；

③ 频率：50Hz±2Hz；

④ 允许电压波动范围为：单相220V±15%；

4、电气要求

① 插头与插座正确连接确认成功后，带负载可分合电路方可闭合，实现对插座的供电；

② 漏电保护装置应安装在供电电缆进线侧；

③ 低压配电设备及线路的保护应满足《低压配电设计规范》（GB/50053）中的相关规定；

④ 对IT系统配电线路，当第一次接地故障时，应由绝缘监察装置发出音响或灯光信号，当发生第二次异相接地故障时应由过电流保护电器或漏电电流动作保护器切断故障电路；

⑤ 照明配电系统中，照明和插座回路不宜由同一回路供电。插座回路的电源侧应设置剩余 电流动作保护装置，其额定动作电流为30mA；

6、安全防护功能

① 交流充电桩（栓）应具备急停开关，可通过手动或远方通信的方式紧急停止充电；

② 交流充电桩（栓）应具备输出侧的漏电保护功能；

③ 交流充电桩（栓）应具备输出侧过流和短路保护功能；

④ 交流充电桩（栓）应具有阻燃功能；

7、IP防护等级

交流充电桩（栓）应遵守IP54（在室外），并配置必要的防雨、防晒装置；

8、三防（防潮湿，防霉变，防盐雾） 保护

充电机内印刷线路板、 接插件等电路应进行防潮湿、防霉变、防盐雾处理，其中防盐雾腐蚀能力满足 GB/T 4797.6-1995《电工电子产品自然环境条件 尘、沙、盐雾》中表9的要求，使充电机能在室外潮湿、含盐雾的环境下正常运行；

9、防锈（防氧化）保护

充电桩（栓）铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施，非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理；

10、防风保护

安装在平台上的充电机以及暴露在外的部件应能承受 GB/T 4797.5-9《电工电子产品自然环境条件降水和风》中表 9 规定的不同地区、不同高度处相对风速的侵袭；

11、防盗保护

电桩（栓）外壳门应装防盗锁，固定交流充电桩（栓）的螺栓必须在打开外壳门后方能安装或拆卸；

12、温升要求

交流充电桩（栓）在额定负载长期连续运行，内部各发热元器件及各部位温升应不超过Q/GDW 397\2009中表2规定；

13、平均故障间隔时间（MTBF）

MTBF应不小于8760h；

14、安装垂直倾斜度不超过5%；

15、设备安装地点不得有爆炸危险介质，周围介质不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体及导电介质

直流式

a) 充电桩（栓）电源输入电压：三相四线380VAC±15%，频率50Hz±5%；

b) 充电桩（栓）应满足充电对象

c) 充电桩（栓）输出为直流电，输出电压满足充电对象的电池制式要求；

d) 最大输出电流满足充电对象的电池制式1C的充电要求，并向下兼容；

e) 充电方式分为常规和快速2种方式，常规为5小时充电方式，快速为1小时充电方式（针对不同电池类型选择）；

f) 实现智能IC管理；

g) 每个充电桩（栓）自带操作器，以供用户进行充电方式选择和操作指导，并显示电动车电池状态和用户IC卡资费信息，实现无人管理；

h) 充电桩（栓）接口应符合GB/TXXXXXXXX电动汽车传导式充电接口(暂行)中直流充电接口的相关规定；

i) 充电桩（栓）通讯接口采用CAN通讯接口，通信协议按照GB/TXXXXXXXX电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议(暂行)的规定执行（充电对象为锂电池电动车）；

j) 充电桩（栓）对充电过程中的非正常状态应具备相应的报警和保护功能；

k) 充电桩（栓）对电池的状态要监控，根据电池的温度，电压对充电曲线，充电电流，充电压自动调整；

l) 充电桩（栓）采用强制风冷；

m) 充电桩（栓）防护等级符合《GB 4208-1993 外壳防护等级(IP代码)》IP54要求；

一体式

概述

快速充电桩（栓）设备采用交直流一体的结构。既可实现直流充电，也可以交流充电。白天充电业务多的时候，使用直流方式进行快速充电，当夜间充电站用户少时可用交流充电进行慢充操作。

外形特点

1、人体工学设计，充分考虑中国人特点，安装后整机高度、屏幕高度、键盘高度、充电接头安放槽高度，适宜操作；

2、上出线口的形式，节省操作者一半的体力；

3、考虑人的使用习惯和耐用性，采用触摸和键盘互为备份的操控，触摸屏和键盘采用防雨、防尘的设计；

4、具备紧急停机的急停开关；具备充电接头安放槽，安放槽可防水；5米长的软电缆。

功能特点

1、提供人机交互操作；提供直流、交流充电接口；

2、具备语音提示功能；具备刷卡功能；

3、具备打印凭条的功能；

4、和BMS实时通信，获取动力电池类型、单体电压、剩余容量、温度、告警等信息；

5、向充电机发生控制指令、开关信号，控制充电机启动与停止，获取充电机状态信息；

6、具备充电接口的连接状态判断、联锁、控制导引等完善的安全保护控制逻辑；

7、具备CAN2.0B、RS485通讯接口，可以和集中监控通信，上送充电状态信息；

8、具备漏电、短路、过压、欠压、过流等保护功能，确保充电桩（栓）安全可靠运行；防护等级IP54。