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从大功率快充到 V2G:充电桩升级背后,电流检测正在发生什么变化?

珠海芯森电子 2025-12-23 17:52 次阅读
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12月23日国家能源网公布了11月全国电动汽车充电设施数据:截至2025年11月底,我国电动汽车充电基础设施(枪)总数达到1932.2万个,同比增长52.0%。其中,公共充电设施(抢)462.5万个,额定总功率达到2.1亿千瓦,平均功率约为45.34千瓦。按照国家总体规划,我国要建设成为全球最大电动汽车充电网络,实现“每5辆车就有2个充电桩”目标,其中800V平台也将得到普及,单枪480kW / 600A 常态化,并向着V2G/V2B发展,然而,功率变大了,工况也变得复杂了,这个时候最先承受压力的往往是电流检测

大功率直流快充

大功率直流快充(High Power Charging, HPC),也就是俗称的“超级快充”,是目前电动汽车补能领域最热门的技术赛道。

用大俗话来讲,目标就是让充电像加油一样快。而现在我们常见的高速公路服务区里快充功率通常在60kW 到 120kW 之间,充满电需要40-60分钟;而大功率直流快充通常功率350kW以上,甚至480-600kW,能够实现“充电5分钟,续航200公里”以上的速度。

800V和液冷是大功率直流快充的标配,传统电动车多大是400V平台,要提高充电功率,要么加大电流,要么提高电压,加大电流会导致线缆发热严重,变得非常粗重,所以只能提高电压--提至800V,这样在电流过分增大的情况下,成倍提升功率,同时降低能量损耗。虽然提升了电压,但超充时的电流依然很大,可达500A-700A,传统风冷散热已经无法带走这种热量,于是设计液冷循环管道带走热量。

大功率直流快充电流检测点

在直流快充桩内部,电流检测不是单一的读个数那么简单,而是体现在整个系统中,从电力输入到抢投输出完整的链路。实际工程中,还得平衡成本、精度和安全性,不同的位置采用不同器件。

通常检测点分为:AC交流输入侧DC功率模块、以及DC输出计费侧

  1. AC 交流输入侧(电网接入端)

这里主要检测电网进线的电流,用于计算整桩功耗、负载平衡以及漏电保护。检测点位置一般在交流断路器之后,整流模块之前。使用的器件通常是电流互感器(CT)。采用原因:CT 测交流技术成熟,成本极低;电气隔离: 天然实现高压电网与控制电路的隔离;量程大: 轻松应对数百安培的交流电流。

  1. DC 功率模块内部(核心控制区)

这是快充桩的“心脏”,通常是多个 AC/DC 模块并联。每个模块内部都需要电流检测来实现闭环控制和均流。检测点位置通常在模块内部的PFC输出端或 DC/DC变压器原副边。使用器件可以采用开环/闭环霍尔传感器或集成式电流芯片。这部位的传感器件要求小巧,且响应快,因为模块内部空间紧凑,通常使用PCB安装的小型化传感器(如芯森AN3V),同时要求器件响应快,模块切换频率极高(尤其是 SiC 模块),需要微秒级的响应速度来防止功率管烧毁。

  1. DC 输出侧——控制与保护点(安全防线)

在功率模块汇流后的总正/总负极,用于监控输出给汽车的实际电流。检测点位置在直流接触器前后,主回路铜排上。使用器件: 闭环霍尔电流传感器。采用原因:高隔离、高动态、高可靠。作为主回路的安全监控,必须具备极强的抗干扰能力(EMC),高隔离:这种传感器通常套在铜排外面,不破坏电路,安全性高。高可靠:实时告知充电桩控制器(TCU/CCU)当前的真实输出值。

  1. DC 输出侧——计费计量点(财务基准)

这是离车最近的一道检测,直接决定了用户账单上的数字。检测点位置: 直流输出的最末端。使用器件:高精密分流器 (Shunt) + 直流电能表。选用原因很简单:只有经过国家认证的直流电能表(配合分流器)才能合法计费。虽然600A 下分流器发热很严重,但其长期的线性度和稳定性是目前磁传感器难以替代的。

这里个人大胆想法是采用磁通门传感器来取代分流器进行计费。磁通门既有传感器的非接触优点,又有接近分流器的精度。

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V2G / V2B

在超充(High Power Charging)架构下引入 V2G(Vehicle-to-Grid,车网互动) 或 V2B(Vehicle-to-Building,车楼互动),意味着能量流从“单向”变为了“双向”。这项技术正从示范应用走向实际并网,有广州用户通过V2G实现每月几千块的收入。与单向充电不同,双向充放电对电流测量有更高要求:

电流方向变化

电流可能正向流入电池,也可能反向回馈电网。分流器在双向测量时容易出现正负向精度不一致的问题。

并网稳定性要求高

电流采样漂移会直接影响功率计算和并网控制,进而影响电网安全与能量调度。

霍尔电流传感器天然支持双向测量,且高带宽、低漂移,在V2G场景几乎是“必备器件”。

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选型关键指标

工程师在选用霍尔电流传感器时,会重点关注以下几个参数:

  • 额定电流及过载能力
  • 精度和温漂特性
  • 带宽和响应时间
  • 绝缘耐压等级
  • 安装方式(PCB、母排或穿孔)
  • 长期一致性与批量可靠性

这些指标直接决定了充电桩在高功率、高频繁充放电场景下的可靠性。

结语:

超充、液冷、V2G 等技术的出现,让充电桩不再是简单的“电能转移工具”。电流检测从原本的辅助功能,升级为系统安全和控制的核心感知环节。

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