大功率充电新时代：霍尔电流传感器在充电桩直流侧的关键应用

近日，国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部、交通运输部四部门联合发布《关于促进大功率充电设施科学规划建设的通知》，明确提出到2027年底，全国单枪充电功率达到250千瓦以上的大功率充电设施将超过10万台。这一政策不仅是对充电基础设施的量与质的双重提升，更是对电力电子技术、安全监测和能效管理的全面考验。大功率充电桩的普及，将加速新能源汽车充电网络的智能化升级，推动电动汽车、储能系统和智能电网的深度融合，重塑整个新能源产业生态。

 

一、大功率充电桩相关知识

大功率充电桩是指具备高功率输出能力的充电设备，主要用于快速充电，能够大幅缩短充电时间。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟的定义，大功率充电桩主要集中在公共充电桩里的直流桩，即通常所说的120千瓦以上的快充桩，还包括480千瓦以上的超充桩。

1.1技术原理

大功率充电主要通过提高充电电压或增大充电电流，或者两者兼而有之的方式，来增加单位时间内输送到电池的电量。例如，传统充电可能采用较低的电压和电流，而大功率充电可能会采用更高的电压（如800V甚至1000V）或更大的电流（如800A、1500A）。同时，智能充电管理技术会实时监测电池状态，自动调整充电参数，确保充电过程的安全和高效。

1.2 大功率充电桩的电流监测需求

大功率充电桩的电流监测是确保其安全、高效运行的关键环节，需满足高精度、宽范围、快速响应等核心需求。以下是结合行业技术标准与设备选型要点的综合分析：

核心监测需求

‌宽电流范围覆盖‌
大功率充电桩（如300kW超充桩）的电流范围通常为1A-300A，需监测从涓流充电（1A-5A）到满负荷大电流（如300A）的全过程。例如，家庭慢充桩需检测毫安级微小电流波动，而商用快充桩需支持300A大电流的稳定输出。

‌高精度与分辨率‌
电流监测精度需达到0.1A级分辨率（百分比数值通常达到0.7%），尤其在低电流阶段（如1A-5A）需避免因参数漂移导致电池寿命损耗。高精度传感器（如0.1级）可捕捉电流纹波、三相不平衡等细节问题。

‌快速动态响应‌
充电桩在启动、故障保护等场景下需实现毫秒级响应（如≤1μs），以应对瞬态电流冲击（如3倍额定电流）。例如，至茂科技的检测设备支持0延迟动态检测，确保保护机制及时触发。

‌环境适应性与可靠性‌
监测设备需具备工业级防护（如IP54）、智能散热系统，适应户外高温、多尘等复杂环境，并支持长时间高负荷运行。

1.3 关键监测点

1. 交流输入侧： 
   • 监测三相输入电流，优化 PFC 电路，提高功率因数。
2. 直流输出母排： 
   • 实时监测充电电流，为 BMS 和控制系统提供反馈。
3. DC-DC 变换模块： 
   • 监测功率器件（如 IGBT）的相电流，优化 PWM 控制。
4. 绝缘故障检测： 
   • 检测漏电流，确保充电安全。

1.4 监测技术要求

• 高精度：误差需低于 ±0.5%。
• 快速响应：响应时间需小于 1μs，适应高频开关信号。
• 高绝缘性：耐压需达 3kV 以上，适应 800V 高压系统。

 

二、 霍尔电流传感器在大功率充电桩中的应用

2.1 为什么选择霍尔电流传感器？

• 非接触式测量：无插入损耗，适合高功率应用。
• 高绝缘性能：原副边绝缘耐压达 3kV，符合 IEC 61800-5-1 标准。
• 宽温工作范围：适应户外环境的 -40°C 至 85°C。

2.2 应用场景对比

监测点	适用传感器类型	关键作用
交流输入侧	霍尔传感器/分流器	功率因数优化、过载保护
直流输出母排	霍尔传感器（CR1A）	精确计费、过流保护
DC-DC 变换模块	霍尔传感器（CR1A）	PWM 控制反馈、功率器件保护
绝缘故障检测	零序电流互感器	漏电流检测

 

三、CR1A 系列霍尔电流传感器

CR1A系列是芯森电子自主研发的霍尔闭环电流传感器，用于测量直流、交流和脉冲电流。其主要有以下特性： 

3.1 高精度测量

• 精度：CR1A 系列传感器的测量误差低至 ±0.5%，适用于充电桩的计费和安全监测。
• 线性度：优异的线性度（<0.1%）确保在整个测量范围内保持一致的精度。

3.2 非接触式测量

• 无插入损耗：非接触式设计避免了传统分流器的功率损耗，适合高功率应用。
• 安装便捷：直接套装在母排或线缆上，无需断开电路。

3.3 高绝缘性能

• 绝缘耐压：原副边绝缘耐压达 3kV，符合 IEC 61800-5-1 标准，适用于 800V 高压系统。
• 安全性：确保在高压环境下的可靠运行。

3.4 快速响应

• 响应时间：<1μs，适用于动态电流监测，如 PWM 控制信号。
• 带宽：200kHz，适应高频开关电流的监测。

3.5 宽温工作范围

• 工作温度：-40°C 至 85°C，适应户外复杂环境。
• 稳定性：低温漂特性确保在极端温度下的测量精度。

3.6 机械适配性

• 穿孔设计：圆形穿孔（如 Φ23.0mm）适用于标准母排尺寸。
• 紧凑尺寸：58×68×50mm，适合充电桩内部的狭小空间。

3.7 CR1A在大功率充电桩的应用部署

最终 DC 输出母排

• 部署位置：逆变器输出端，连接充电线缆之前。
• 应用价值： 
  • 实时监测充电电流，确保不超过额定值（如 500A）。
  • 通过多匝穿孔法，扩展测量范围（例如，2 匝穿孔将 500A 转换为 250A 测量值）。
  • 为 BMS 提供精确数据，实现闭环控制。

DC-DC 变换模块

• 部署位置：功率模块的输入/输出母排。
• 应用价值： 
  • 监测 IGBT 的相电流，优化开关时序。
  • 检测过流或短路，保护功率器件。

不适用场景

• 绝缘故障检测：需使用专业的漏电流传感器。
• 充电枪/线缆：CR1A 体积过大，建议使用小型霍尔传感器。

CR1A 系列的应用价值总结

应用场景	适用性	传感器型号	部署方案
最终 DC 输出母排	★★★★★	CR1A 300 H00	多匝穿孔法
DC-DC 变换模块	★★★★☆	CR1A 200 H00	相电流监测
绝缘故障检测	★☆☆☆☆	专业传感器	不适用
充电枪/线缆	★☆☆☆☆	小型传感器	CR1A 体积过大

 

结论

在大功率充电桩中，CR1A 系列霍尔电流传感器的最佳应用场景集中在直流侧，特别是最终 DC 输出母排和DC-DC 变换模块。通过多匝穿孔法，CR1A 300 H00 可扩展其测量范围，满足高电流需求。而对于绝缘故障检测和充电枪/线缆监测，则需选择更专业的传感器。CR1A 系列凭借其高精度、非接触式测量和高绝缘性，成为大功率充电桩直流侧电流监测的理想选择。