很多乘用電動汽車主已經習慣了這種操作，下班回到家，把汽車連接在家用慢充充電樁上，但很多電動汽車車主不知道的是，為電動汽車充電的，其實不是充電樁，而是汽車上的車載充電機（On-board charger；OBC），家用的慢充充電樁，只是提供了一個標準充電接口。

電動汽車充電機，按照其所在位置，劃分為車載充電機和非車載充電機兩類。

車載充電機以交流電源作為輸入，輸出為直流電，直接給動力電池包充電，與地面的交流充電樁適配。

交流充電樁交流輸入，交流輸出，不能直接給動力電池充電，需要連接車載充電機進行電力變換，才能實現充電。交流充電樁內部比較簡單，基本功能就是將電網交流電引出到方便電動汽車充電的位置，并提供一個標準的充電接口，并可完成計費等額外功能，可以簡單理解為“一個帶電表的插座。

車載充電機的輸入端以標準充電接口的形式固定在車體上，用于連接外部電源，車載充電機的輸出端直接連接動力電池包慢充電接口。

中華人民共和國汽車行業標準《QCT895-2011電動汽車用傳導式車載充電機》中規范了車載充電機的組成結構。主要分為輸入端口、控制單元、功率單元、低壓輔助單元和輸出端口標準的輸入接口采用工頻單相輸入220V電壓，但如果功率需要，也可以啟用兩個備用pin口，可以實現三相380V輸入。功率單元一般包括輸入整流、逆變電路和輸出整流3個部分，將輸入的工頻交流電轉化成適合動力電池系統能夠接受的適當電壓的直流電。通常對于整車廠來說，車載充電機的要求是成本低、尺寸小、重量輕、壽命長，同時可靠性和安全性都較高。

目前主流的乘用車領域功率一般是3.3kw、6.6kw和11kw等，客車領域一般是40kw和80kw等，按冷卻方式可分為水冷型和風冷型。隨著技術的進步和產品設計的升級，獨立車載充電機的發展越來越受到集成化功率單元的挑戰。在如特斯拉等新能源汽車制造商的新款產品中，OBC被同DC/DC變換器或PDU等整合在一起，形成“黑箱式”結構，這對產品功率密度、熱管理性能等提出了更高的要求。

為了滿足車載充電機市場不斷升級的實際需求，以及滿足市場對高品質車載充電機產品的需求，新能源科技河北有限公司開發了多款不同規格和封裝形式的OBC產品。OBC作為車載產品，且承擔著充電這一功率變換部分，整車廠對于產品的效率、體積、重量、安全、成本等要求也相應提高。

為了更好地滿足這樣的要求，新能源建立汽車級ISO16949體系認證的標準化專業工廠，在生產過程中嚴格選用車規級器件，并采用國際先進全數字控制技術、LLC諧振技術…等。在國內車載充電機制造商中，新能源率先完成了質量管理體系ISO9001認證、IATF16949認證、歐盟CE產品認證，分別從質量管理體系的專業性和產品質量的可靠性這兩個方面保證了為整車廠提供高標準的車載充電機產品。交流輸入采用有源功率因數校正PFC，功率因數≥0.99，有效實現了綠色電網，具有AC220V（85V-265V）&AC380V（147V-457V）寬電壓輸入范圍，滿足國內外充電標準需求。并且具備過熱保護、電池反接保護、空載保護、短路保護、過壓欠壓保護、過流保護、充滿電自動關機…等完備的安全防護功能。

散熱方式有自冷、風冷和液冷設計，采用密封式防水防塵結構，等級高達IP67，溫升比自然冷卻低，整機工作穩定可靠，滿足各種惡劣環境需求，無故障運行時間更長。更重要的是，新能源OBC對動力電池采用智能充電，充電過程中判斷電池的相對容量和識別環境溫度。根據電池狀態采用恒壓、恒流、恒功率自動轉換法充電，有效節省了充電時間，延長電池使用壽命。

常見的DC/DC級電路拓撲

車載充電機一般為兩級電路，前級為PFC級，即功率因數校正環節，實現電網交流電壓變為直流電壓，且保證輸入交流電流與輸入交流電壓同相位。根據實際設計功率需求的不同，可采用多級Boost電路并聯進行擴容

同樣地，根據實際設計功率需求的不同，可采用多級DC/DC電路并聯進行擴容，另外比較常見的DC/DC級電路拓撲有移相全橋和LLC兩種。

直流充電樁的主要功能就是將電網的交流電轉換成動力電池可以接受的直流電，并具備有人機交互，網絡連接，互聯互通，后臺計費，遠程升級，遠程遙控等一系列當代大數據特點的功能。

直流充電樁由充電樁之“芯”，充電樁之“核”，充電樁之“云”三大核心技術組成。相對而言,充電樁之“芯”的技術門檻最高。

電網的交流電轉換成新能源汽車電池所需的直流電需要一個電能轉換單元，也就是充電樁之“芯”，俗稱充電模塊。大功率的充電模塊是電力電子整流技術的集大成者。業內常見的是三相四線制（三根相線，一根地線）輸入，充電模塊功率等級主要15KW、20KW和30KW模塊。直流充電樁輸出電壓主流是200VDC-750VDC，常見大巴電池電壓在600V左右，物流車電池電壓550V左右，小車電池電壓380V左右。

電動汽車的電池電壓是變化的。以BYD e5舉例， 在SOC 23%時，電壓388V，SOC 62%時，電壓422V，SOC 90%時，電壓450V，SOC 100%時，電壓454V。動力電池是一種非常敏感的組件，充電樁輸出的電壓不能超過電池最高允許電壓，電流不能超過它的允許電流。需要一套復雜的控制系統來確保充電的安全。這就需要以充電樁之“核”， 即充電控制器。充電樁之“核”接受來自BMS的指令，實現對充電模塊的控制。

在互聯網大數據的時代背景下，充電樁除了實現充電功能，還需要具有智能化的網絡功能。網絡功能的實現需要有 充電樁之“云”，也就是云平臺，從而實現電動汽車充電樁位置共享、手機查看充電信息、費用結算等功能。

充電樁整個系統的工作過程原理就是以充電樁“芯”，“核”，“云”三者為核心，打造了一套安全，嚴謹，智能化的新能源充電系統。

直流充電樁應滿足如下三個標準：

1．GBT18487.1-2015(電動汽車傳導充電系統第1部分：通用要求)。標準的附錄B里對直流充電樁在工作過程整個控制引導做了比較詳細的描述。

2．NB/T33001-2018（電動汽車非車載傳導式充電機技術條件），標準詳細的規定直流充電樁的功能和性能的要求。

3． GBT27930-2015（電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議），標準詳細的描述CAN通訊協議及報文解析。

直流充電樁電氣原理

直流充電系統在電路原理上分為兩大部分， 一部分是強電回路，另一部分是二次回路，也稱為弱電控制部分?，F在市面上直流充電樁的類型有很多，本文以雙槍均充、輪充都具備的120kW直流充電樁為例，簡要說明其電氣原理。

如圖2.1所示，380V三相動力電源首先經過塑殼斷路器和交流接觸器，作為樁體內的輸入端總斷點。由于自然災害中的直擊雷或者感應雷產生的浪涌對電子產品的破壞極大，所以需要一個防雷器將瞬間的大能量釋放到大地，防止雷擊帶來的破壞。經過導通和保護，380VAC安全電壓連接到充電樁之“芯”（充電模塊）的輸入端。

充電模塊可并聯工作。例如，一個120kW充電樁如果用15KW模塊，總共就需要8個充電模塊并聯輸出才能達到120kW。雙槍直流充電樁上有兩把充電槍。充電模塊分成兩組，每組由四個模塊組成，兩組模塊輸出分別接到兩把充電槍上即可實現“均充”。兩組模塊分別輸出，輸出電壓可達200-750V，輸出電流0-150A。為了保證充電安全，需要在輸出回路上連接熔斷器和直流接觸器。如果充電樁用來作為運營，還需要在輸出端加上一個符合入網資質的直流電表。直流電表需要采集電壓和電流，所以在輸出側還要接上一個分流器。分流器是為了采集輸出電流。

雙槍充電樁除了實現均充，還要能實現輪充，也就是“全部充電模塊”先同時并聯輸出給第一輛車充電; 如果有另外一輛車加入，就將”全部充電模塊”分成兩組， 分別給兩輛車充電。為了實現這種功率的動態分配，需要在兩組模塊的輸出DC+和DC-之間加上兩個個拓展接觸器。所謂均充和輪充的切換，具體有6種模式，后文將予以說明。

圖2.1 雙槍充電樁電氣原理圖

通過對強電回路的了解，可能會產生幾個問題：

1、充電模塊什么時候開始工作？

2、接觸器什么時候閉合？

3、如何調節輸出電壓、電流，使之滿足電動汽車電池能接受的電壓電流范圍？

這就需要充電樁之“核”作為充電樁的“大腦”來實現相關的連接，控制和調節。

連接A、B槍的CANH，CANL，和車輛電池的BMS（整個充電系統的大腦）進行通信，接受來自BMS的電壓、電流請求，下發指令給充電模塊。

連接充電模塊，接受BMS指令, 控制充電模塊的開關機，調節輸出電壓和電流。連接4G模通訊，直流電表，刷卡器，顯示屏，指示燈，接觸器，電子鎖，急停按鈕，充電槍溫度檢測線，插槍檢測線，等。

在充電過程中，控制器首先會進行插槍檢測，通過CC1判斷充電槍和車輛接口是否完全連接，判斷完全連接后鎖止電子鎖，完成物理連接之后，控制輔助電源的12V/24V給電動汽車BMS供電，然后BMS和充電樁開始信息交互，完成充電握手和充電參數配置，確認電壓、電流以及充電環境是否符合，控制器判斷充電模塊的工作狀況，控制充電模塊啟止，通過接觸器輔助觸點的反饋及充電需求控制接觸器的閉合，通過充電槍的CAN通訊了解BMS的請求電壓和電流，再通過調節充電模塊的輸出的電壓和電流以滿足電動汽車需求的電壓和電流。整個過程中要符合GB/T 27950規定的流程和協議。

汽車產業的電動化浪潮已然來臨

電動汽車發展步入高速增長階段。EVTank數據顯示，2021年，全球新能源汽車銷量達到670萬輛，同比大幅度增長102.4%，全球汽車電動化滲透率也由2015年0.8%增長到2021年的7.74%，預計2022年、2025年全球新能源汽車銷量將分別超過850萬輛、2200萬輛。乘聯會數據顯示，9月新能汽車零售滲透率達到31.8％，預計2022年、2025年我國新能源汽車銷量將超過600萬輛、1000萬輛。截至2022年9月底，新能源汽車保有量達1149萬輛，前三季度新注冊登記371.3萬輛。2022年前三季度，全國新注冊登記新能源汽車371.3萬輛，同比增加184.2萬輛，增長98.48%。預計到2025年國內新能源汽車保有量將達到4000萬輛，保有量占比將達到10%。

充電樁的工作原理是什么?

充電設備是整個充電站電氣系統的核心部分，一般分直流充電裝置（樁）和交流充電裝置（樁）。直流充電裝置，即非車載充電機，實現電池快速充電功能。交流充電樁主要提供車輛慢充的功能，輸出為交流電，連接車載充電器。那么，直流充電樁和交流充電樁的工作原理有哪些區別呢？

直流充電樁的工作原理：

大功率電動汽車充電機（快速充電模式），通過三相電網輸入交流電，經過三相橋式不可控整流電路整流變成直流電，濾波后提供給高頻DC-DC功率變換器，功率變換器經過直直變換輸出需要的直流，再次濾波后為電動汽車動力蓄電池充電。

交流充電樁的工作原理：

交流充電樁一般為常規充電模式其人機交互界面采用大屏幕LCD彩色觸摸屏，充電可選擇定電量、定時間、定金額、自動（充滿為止）四種模式。充電樁的交流工作電壓220V±15％，額度輸出功率3.5KW、7KW，普通純電動轎車用充電樁充滿電需要4-5個小時，由于充電樁造價低廉、主要安裝在停車場，適用于慢充動力電池。

充電樁技術要求有哪些？

充電樁作為發展新能源汽車不可缺少的基礎配套設備，對它的安全性、可靠性的要求都非常高。嚴苛的生產技術要求可以保障充電設施建設的使用安全，最大程度保障充電設施建設使用安全。充電樁的技術要求主要包含以下幾個方面：

環境條件要求：

1、工作環境溫度：-20℃～+50℃；

2、相對濕度：5％～95％；

3、海拔高度：≤1000m；

4、安裝地點：戶外；

5、抗震能力：地面水平加速度 0.3g；地面垂直加速度 0.15g；設備應能承受同時作用持續三個正弦波，并且安全系數大于1.67。

結構要求：

1、交流充電樁殼體應堅固；

2、結構上須防止手輕易觸及露電部分；

3、交流充電樁應選用厚度1.0以上鋼組合結構，表面采用浸塑處理，并充分考慮散熱的要求。充電樁應有良好的防電磁干擾的屏蔽功能；

4、充電樁應有足夠的支撐強度，應提供必要設施，以保證能夠正確起吊、運輸、存放和安裝設備，且應提供地腳螺栓孔；樁體底部應固定安裝在高于地面不小于200mm的基座上?；娣e不應大于500mm×500mm；

5、樁體外殼應采用抗沖擊力強、防盜性能好、抗老化的材質；

6、非絕緣材料外殼應可靠接地。

電源要求：

直流樁

1、輸入電壓：AC380V；

2、輸出功率：120KW；

3、頻率：50±1Hz；

4、允許電壓波動范圍為：AC380V±15%。

交流樁

1、輸入電壓：AC220V；

2、輸出功率：7KW；

3、頻率：50±1Hz；

4、允許電壓波動范圍為：AC220±15%V

電氣要求：

1、插頭與插座正確連接確認成功后，帶負載可分合電路方可閉合，實現對插座的供電；

2、漏電保護裝置應安裝在供電電纜進線側；

3、低壓配電設備及線路的保護應滿足《低壓配電設計規范》（GB/50053）中的相關規定；

4、對IT系統配電線路，當第一次接地故障時，應由絕緣監察裝置發出音響或燈光信號，當發生第二次異相接地故障時應由過電流保護電器或漏電電流動作保護器切斷故障電路；

5、照明配電系統中，照明和插座回路不宜由同一回路供電。插座回路的電源側應設置剩余 電流動作保護裝置，其額定動作電流為30mA。

充電樁使用注意事項有哪些？

充電樁在城市專用充電站（公交車、出租車、公務車、環衛車、物流車等）；城市公共充電站（私家車、通勤車、大巴車）；城際高速公路充電站、城市綜合、公交集團、汽車租賃企業、商業區CBD、公交站、機場、火車站、碼頭、公園廣場、休閑場所、旅游景點、居民小區、餐飲行業。日常使用過程中，需要在安全情況下進行使用，來看看哪些需要注意的事項。

使用前：

1、檢查周圍環境，有無易燃易爆物品；

2、觀查充電樁及充電電源顯示狀態是否正常；

3、檢查充電槍是否完好無損，充電接口標準是否匹配；

4、按使用說明正確操作充電樁，對便攜式充電器，充電時，一般來說應先插車身插頭，再插電源插頭；

5、檢查確認充電槍是否已連接到位。

使用中：

1、檢查充電樁顯示是否正常，便攜式充電器指示燈是否正常等，充電過程中及時對充電車輛，充電導線進行觀察，查看是否有過熱現象；

2、注意：充電過程中便攜式充電器指示燈狀態是否正常；

3、注意：充電過程中禁止將充電槍拔出；

4、注意：充電過程中禁止啟動汽車。

使用后：

1、先切斷電源后，再確認充電樁停止工作；

2、先拔除電源端插頭，再拔出充電槍，將充電槍整理好放回充電口；

3、將電動車充電口封好；

4、整理充電現場。

5、光儲充檢一體化系統，集合光伏、儲能、充電、檢測、換電五大功能于一體，實現對電動汽車進行穩定且快捷的充電功能。其中，光伏提供發電，儲能系統能夠按照實際情況對光伏發電和電動汽車的充電需求進行分析，緩解配電網的壓力。此外，檢測系統還能實現決速地檢測新能源汽車的電池，為車主提供電池檢測的報告和風險預警等，確保電池的安全、可靠，延長電池的壽命。

6、高低壓成套開關設備，高電壓、大電流液冷超級充電樁，以實現充電與加油一樣快，適應市場發展。

模塊器件采用液冷技術，在充電樁散熱系統上增加了液冷環路，冷卻單元可以與模塊風道分離，關聯性較弱，不必跟著模塊安裝位置走，提供了更高的防護，有助于降低因鹽霧、灰塵、綿絮、氣候等環境因素影響而產生故障造成的經濟損失。另外，使用液冷技術，模塊器件降溫比強制風冷要低10~20℃；最高效率＞96%，綜合效率＞93%，更節約電量，降低了運營成本，使用壽命5-10年；待機功耗小于10W；模塊輸出電壓可達1000V，更符合超級充的建設布局趨勢。

電樁行業研究報告：充電樁市場空間持續擴大充電費用+服務費運營市場規模持續擴大。充電樁運營商集中度高，行業市場空間持續擴大。2021年估算我國新能源汽車充電電費市場規模約為141.3億元，服務費市場規模約為17—34億元。假設電價不發生巨大變化，到2025年市場規模將會擴大3倍，電費+服務市場規模將突破460億；到2030年市場規模將會擴大10倍，電費+服務市場規模將突破千億。

3.1、充電樁保有量快速提升

隨著我國新能源汽車行業高速發展，電動汽車銷售量與保有量迅速增長，充電需求快速增長，同時充電樁產業支撐政策不斷推出，政府補貼從補車轉向補樁，從建設補貼拓展到運營補貼，推動新能源充電樁行業加速發展。截止到2022年9月底，我國充電樁保有量已從2015年的6.6萬臺上漲到448.8萬臺，8年來擴張了68倍。其中，公共充電樁保有量已達163.6萬臺，占比36%，私人充電樁保有量上升至285.2萬臺，占比64%，私人充電樁保持更快增長。在區域分布看，目前我國公共充電基礎設施主要集中在廣東、江蘇、上海、浙江、北京等東部沿海地區。

3.2、充電樁建設市場規模

根據國家有關規劃和預測，到2025年，全國新能源汽車新車保有量將超過4000萬輛。政策要求適度超前建設充電樁，充電樁建設支持力度將提升，參考歷年車樁比值，我們預計2022-2025年車樁比將由31，預計到2025年充電樁保有量將達到1654萬臺（包含公共樁及私人樁），其中公共樁保有量將達到661.44萬臺，私人樁保有量將達到992萬臺。根據中國充電聯盟公布數據，直流充電樁普遍充電功率≥60kW。依照當前直流充電模塊單價0.37元/W，根據2015年至2021年直流充電模塊價格走勢，擬合出2023年至2025年間每瓦價格均價大約在0.35元/W，2025年至2030年間每瓦價格均價大約在0.30元/W。

直流充電樁（以60kW為例）設備單價為4.4萬元，根據直流充電模塊價格走勢，預計，2023-2025年，60kW直流充電樁設備單價將降到為4.2萬元；交流充電樁，其設備單價為在1000-3000元之間，其中車廠隨車配送充電樁單價較低在1000元左右，設備廠商2C銷售的交流樁單價較高在2000-3000元之間，私人交流充電樁平均單價取1500元，公共交流樁平均單價3000元。根據車樁增量以及充電樁單價測算，預計2023年至2025年之間，公用充電樁市場空間為1536.3億元，私用充電樁市場空間為126.7億元。

3.3、充電運營市場規模持續擴大

假設未來電動車百公里電耗平均值為12kwh，平均每輛車每年行駛1.5萬公里，即每輛車每年耗電量約為1800度電。2021年新能源汽車保有量達到784萬輛，一年的用電量將近140億度。預計到2025年新能源汽車保有量達到4000萬輛，一年的用電量將達到720億度；到2030年新能源汽車保有量達到1億輛，一年的用電量將達到1800億度。電動汽車充電價格基本由“電費+服務費”組成，假設30%的電量通過公用樁完成，70%的電量通過私人充電樁完成，公用樁平均電費為0.7元，服務費為0.4—0.8元，私人充電樁電費為0.5元。

2021年估算我國新能源汽車充電電費市場規模約為141.3億元，服務費市場規模約為17—34億元。假設電價不發生巨大變化，到2025年市場規模將會擴大3倍，電費+服務市場規模將突破460億；到2030年市場規模將會擴大10倍，電費+服務市場規模將突破千億。

考慮光伏發電的波動及間歇特性，光儲充一體電站需匹配適當容量的儲能系統（包括儲能變流器和電池系統），最大限度利用分布式光伏發電，實現向綠能傾斜并降低從電網購電的費用；光儲充一體電站根據實時電價，制定動態儲能控制計劃，利用儲能系統在夜間電價低谷時段進行儲能，并在充電高峰期間通過儲能電站與電網協同供電，利用峰谷價差實現電站收入最大化。相關電池廠商，充電運營商，充電設備廠商均在積極布局光儲充領域。

3.4、V2G技術

V2G，實現電動車和電網之間的互動，電動車在電網負荷低時，吸納電能，在電網負荷高時釋放電能，賺取差價收益。通過V2G充電樁，電動汽車由單一充電拓展到以充放電兩種形態參與電網實時調控和調峰輔助服務。

V2G技術還處于示范運行階段。今年4月，國家電網有限公司華北分部在國內首次將車網互動（V2G）充電樁資源正式納入華北電力調峰輔助服務市場并正式結算。預計2026年之后V2G技術才會逐步商業化推廣。

V2G的經濟性，現在電動車續航力能達到800公里，一天可能就使用100公里，有相當一部分電可以賣出來，電池壽命8000次充放電循環，殘值相當于有5000次（能用10年以上），一天賣50度電，波峰波谷電價差1塊錢，按照每天搬運50塊錢計算，5000次能有25萬收益，超過汽車價值。