揭秘汽车交流桩主控板的模块结构

汽车交流桩主控板作为充电桩的核心控制单元，其模块结构设计精巧，各个模块协同工作，实现高效、安全的充电功能。

一、电源模块

1. 输入处理单元

• 这是电源模块的前端部分，主要负责接收外部交流电源。它能够适应不同的电网电压输入范围，通常在一定的额定电压（如 220V±10%）波动下正常工作。当交流电源接入后，会经过滤波电路，去除电网中的高频杂波和干扰信号，确保输入电源的纯净性。

• 例如，通过使用大容量的电容和电感组成的滤波电路，有效抑制电网中的电磁干扰，为后续的电源转换提供稳定的输入。

2. 功率转换单元

• 其核心是 AC - DC 转换器，将经过滤波后的交流电转换为直流电。这一转换过程需要控制，以输出稳定的直流电压，满足主控板及其他模块的供电需求。转换效率是该单元的一个重要指标，高效的功率转换可以减少能量损耗，降低充电桩的运行成本。

• 例如，采用开关电源技术，通过高频开关动作和变压器的配合，实现电压的转换和调节，并且能够根据负载的变化动态调整输出功率，保持输出电压的稳定。

3. 电压调节与分配单元

• 对转换后的直流电压进行进一步的调节和分配。不同的芯片和电路模块在主控板上可能需要不同的电压等级供电，该单元就负责将主电源电压分配为多个不同的电压输出，如 3.3V、5V、12V 等，以满足各个模块的特定需求。

• 例如，通过使用线性稳压器或 DC - DC 降压转换器，为微控制器、通信模块、计量模块等提供精准的电源供应
  
  

二、微控制器（MCU）模块

1. 核心处理器单元

• 作为主控板的 “大脑”，MCU 的性能直接影响充电桩的控制能力。它具有高性能的处理内核，能够快速执行各种指令和算法。例如，一些先进的 32 位 MCU，主频可达上百兆赫兹，可以高效地处理充电控制、通信管理、安全监测等复杂任务。

• MCU 内部集成了丰富的外设接口，如通用输入输出接口（GPIO）、定时器、中断控制器等，这些接口为连接其他模块提供了便捷的通道，使得 MCU 能够与各个模块进行数据交互和控制。

2. 程序存储单元

• 用于存储主控板运行所需的程序代码和数据。这包括充电控制算法、通信协议栈、安全保护逻辑等软件内容。存储单元的容量大小根据主控板的功能复杂程度而定，一般会有足够的空间来存储各种应用程序和配置信息。

• 通常采用闪存（Flash）作为主要的存储介质，具有可擦写、非易失性的特点，方便软件的更新和升级。例如，在需要更新充电控制策略或添加新的通信协议支持时，可以通过远程升级或本地烧录的方式更新闪存中的程序。

3. 数据缓存单元

• 在程序运行过程中，用于临时存储数据。当 MCU 处理来自各个模块的数据时，如充电电流和电压的采样值、通信数据的接收缓冲区等，需要一个快速的数据缓存区域。数据缓存单元能够加快数据的读写速度，提高 MCU 的处理效率。

• 一般由高速静态随机存取存储器（SRAM）构成，其读写速度比闪存快很多，能够满足 MCU 在实时处理数据时的速度要求。
  
  

三、充电控制模块

1. 充电参数监测单元

• 该单元负责实时监测充电过程中的关键参数，包括充电电流和电压。通过高精度的电流传感器和电压传感器，将模拟信号转换为数字信号后，传送给 MCU。例如，电流传感器可以测量充电线路中的电流大小，精度可达到毫安级，为 MCU 提供准确的充电电流数据。

• 这些参数是 MCU 调整充电策略的重要依据，MCU 根据实时监测的数据，判断充电状态，如是否处于恒流充电阶段、恒压充电阶段或者充电是否即将完成等。

2. 功率调节单元

• 根据 MCU 的指令，对充电功率进行调节。它主要通过控制功率半导体器件（如 IGBT 或 MOSFET）的导通和截止来实现。当需要增加充电功率时，MCU 发出信号，使功率调节单元增大功率器件的导通时间，从而增加充电电流；反之，减小导通时间，降低充电电流。

• 为了实现的功率调节，该单元还会结合反馈控制机制，将实际的充电参数与目标参数进行比较，不断调整功率输出，确保充电过程符合预设的充电策略。
  
  

四、通信模块

1. 内部通信单元

• 负责主控板内部各个模块之间的通信。通常采用高速、可靠的通信总线，如 CAN 总线或 SPI 总线。CAN 总线具有高抗干扰性、高可靠性的特点，适用于在主控板内部传输控制指令和状态信息。例如，MCU 通过 CAN 总线与充电控制模块通信，获取充电参数的实时数据，并发送功率调节指令。

• SPI 总线则常用于与一些高速外设，如某些计量芯片或存储芯片进行通信，实现数据的快速读写。

2. 外部通信单元

• 实现主控板与外部设备的通信。与车辆的电池管理系统（BMS）通信时，会遵循相关的充电通信协议，如 GB/T 27930。通过专门的通信接口（如 CAN 接口或 RS - 485 接口），与车辆 BMS 进行数据交换，获取车辆电池的状态信息，并向 BMS 反馈充电桩的充电参数。

• 同时，为了实现远程监控和管理，还会配备以太网接口、4G/5G 通信模块或 Wi - Fi 模块等。这些接口可以将充电桩的运行状态、充电数据等信息上传到后台管理系统，并且接收后台的指令，如远程启动 / 停止充电、调整计费策略等。
  
  

五、计量模块

1. 电量计量单元

• 其主要功能是计量汽车充电的电量。通过对充电电流和电压进行实时采样，利用高精度的计量芯片进行积分运算，从而得出充电电量。计量芯片的精度通常很高，误差可以控制在很小的范围内，如 ±0.5% 以内。

• 为了确保计量的准确性，计量模块还会考虑各种因素的影响，如温度、频率等，并进行相应的补偿和校准。例如，在不同的环境温度下，计量芯片会根据内部的温度补偿机制，调整计量参数，以保证电量计量的准确性。

2. 计费处理单元

• 根据计量得到的电量，结合预设的计费规则进行充电费用的计算。计费规则可以是多种多样的，如按电量计费、按时间计费或者采用更复杂的阶梯计费方式。计费处理单元会将计算得到的费用信息发送给 MCU，以便在充电桩的显示屏上显示，或者通过通信模块上传到后台管理系统。
  
  

六、安全保护模块

1. 电气安全保护单元

• 这是保障充电安全的重要防线。包括过流保护、过压保护、欠压保护和漏电保护等功能。过流保护电路会实时监测充电电流，当电流超过安全阈值时，迅速切断充电电路，防止线路过载和设备损坏。例如，当充电电流超过充电桩的额定电流（如 7KW 对应的约 32A）时，过流保护电路会在极短时间内（通常不超过 100ms）触发。

• 过压保护和欠压保护电路则针对电网电压的波动，当输入电压超出正常范围时，停止充电，确保输出到车辆电池的电压处于安全区间。漏电保护通过检测漏电电流，一旦发现漏电超过安全标准（如 30mA），立即切断电源，避免人员触电危险。

2. 电池安全保护单元

• 与车辆 BMS 密切配合，实时监测电池的状态。当 BMS 反馈电池温度过高或者电池出现过充、过放的迹象时，安全保护模块会采取相应的措施，如降低充电电流或者暂停充电，以保护电池的安全。例如，通过监测电池的电压和充电时间，判断电池是否接近过充状态，一旦发现异常，及时调整充电策略。