想象一下，在一个繁忙的电动汽车充电站里，众多车辆同时等待充电，如果充电桩的功率分配不合理，有的车辆可能要花费很长时间才能充满电，而有的充电桩却可能处于闲置状态。这不仅会影响用户的充电体验，还会降低整个充电站的运营效率。因此，深入了解充电桩功率分配矩阵的实现路径、常见方式以及价格差异原因，对于电动汽车行业的发展、充电桩的设计生产以及广大电动汽车用户来说，都具有极为重要的意义。
（一）功率分配矩阵功率分配矩阵在充电桩的内部结构中扮演着至关重要的角色，它是对功率模块单组进行调配的实现路径。形象地说，它就好比一个聪明的指挥官，合理地安排着每个士兵（功率模块）的任务，以满足不同战斗（充电枪）的需求。
它的核心作用是合理分配功率模块的输出。在实际的充电场景中，不同的电动汽车可能具有不同的充电需求，有的车辆需要快速充电，有的则可以接受较慢的充电速度。功率分配矩阵通过对功率模块的灵活调配，能够精准地将功率分配到各个充电枪上，从而提高充电桩的使用效率，实现对多个充电枪的高效供电。
例如，在一个繁忙的电动汽车充电站里，有一辆急需快速充电的电动汽车接入充电桩。此时，功率分配矩阵就可以迅速调配更多的功率模块为其供电，加快充电速度，满足车辆的紧急需求。而对于那些不着急的车辆，则可以分配相对较少的功率模块，以平衡整体的充电资源。
（二）PDUPDU 即充电桩内部对相同的分配方式进行封装，形成一个分配单元。它就像是一个标准化的积木块，使得功率分配更加模块化和标准化。
PDU可以使用一个或多个单元进行组合使用，单元内通过继电器或直流接触器的通断来形成模块组的分配。这种设计方式具有诸多优点，它便于充电桩的设计、生产和维护。
在设计阶段，工程师可以根据不同的需求选择合适数量和规格的分配单元 进行组合。例如，如果是设计一个小型的电动汽车停车场充电桩，可能只需要较少数量和较小规格的PDU；而如果是设计一个大型的公共充电站，则需要更多数量和更大规格的PDU来满足大量车辆的充电需求。
在生产过程中，标准化的PDU可以提高生产效率，降低生产成本。因为标准化的产品可以进行大规模生产，减少了生产过程中的定制化环节，提高了生产的自动化程度。
在维护方面，当某个PDU出现故障时，可以方便地进行更换，而不会影响整个充电桩的其他部分。这就好比一台电脑，如果某个零部件出现故障，只需要更换该零部件即可，而不会影响其他部件的正常运行。
缺点：受制于厂家配合，维修成本后期较高。
以下是功率分配矩阵常见的几种形式
（一）半矩阵
1. 实现原理
以12路半矩阵分配为例，它使用对应模块组的电流选择对应电压电流等级的直流接触器（无极性）来实现模块的分配。这就像是在一个复杂的电路网络中，通过合理地开关这些直流接触器，使得每组模块都有机会被分配到不同的充电枪上。
具体来说，当某个充电枪需要更多的功率时，半矩阵系统会根据其需求，通过控制直流接触器的通断，将相应的功率模块连接到该充电枪上。例如，当一辆电动汽车需要快速充电时，系统会检测到其需求，并迅速调整直流接触器的状态，将更多的功率模块分配给该车辆对应的充电枪。
2. 优缺点分析
优点：首先，每组模块都可以调用到任意一把枪，这极大地提高了模块的使用灵活性和充电枪的供电选择性。就好比一个资源丰富的仓库，里面的货物可以根据不同的订单需求灵活调配。其次，维护更换比较方便和自由，因为分配矩阵不受厂家售后限制，即使某个直流接触器出现故障，也可以相对容易地进行更换，降低了维修成本。这对于充电桩的长期稳定运行非常重要，减少了因维修困难而导致的停机时间。
缺点：成本较高是半矩阵方式的主要缺点。这是因为需要使用大量的直流接触器来实现模块的分配，而直流接触器的价格相对较高，此外充电堆的体积也会偏大，增加了整个充电桩的制造成本。对于一些对成本较为敏感的充电桩运营商来说，这可能是一个需要谨慎考虑的方案。
（二）全矩阵
1. 实现方式
对应的半矩阵（直流接触器补满）：这种方式基本在单极性直流接触器时使用，但目前均选择无极性直流接触器，不在用选择单极性直流接触器进行功率分配的桩企。这种方式理论上和半矩阵一样可以实现全部模块组的分配。
使用板载分配单元：即使用板载继电器进行功率分配，如果对板载分配单元进行封装，则被称为PDU。然而，该方式受限于板载继电器的电压和电流大小。一般来说，板载继电器额定电压较低，无法带电压切换，而且电流受限，一般只能在150A以下。通过查看使用该方式的桩企的继电器选型，我们可以判断每路切换最大电流。从而了解其单模块切换时的最大模块输出限制参数。
说明：此方案使用板载继电器方案比较多，一些PDU采用插拔方式，也有采用铜牌连接方式，在同一组分配单元内，进行功率分配。
本例为10组模块分5把枪模式，PDU内部，对10组模块进行继电器的通断来分配，目前市场上有4路，6路，8路，10路，12路，15路，20路等分配方式受限于板载继电器大小，一般为单模块一组。
2. 优缺点分析
优点：对于40KW以下功率模块，均可以实现单模块进行切换，这使得功率分配更加精准。同时，整桩体积较小，成本略低于半矩阵，适合一些对空间和成本有要求的应用场景。例如，在一些小型的电动汽车停车场或者对安装空间有限制的地方，全矩阵方式的充电桩就具有很大的优势。
缺点：不满足设计规范是其主要问题。由于板载继电器的性能限制，可能无法满足一些严格的安全和性能要求。
（三）交叉环形
1. 实现原理
交叉环形从实现逻辑上说算是半矩阵或者全矩阵的简化版本。它通过对模块分组和相互连接和对应连接方式的优化，减少了每路输出调用的模块分组数。就像是对一个复杂的迷宫进行了简化，使得电流的流动更加简洁明了。
2、如果在交叉环形较大的环里面如果继续套环呢？
在交叉环形矩阵里面，可以进一步对未进行相互连接的模块组之间继续加装直流接触器来进行功率调动，当增加的越多时，其实越接近于半矩阵模式。
3.优缺点分析
优点：满足大部分使用场景，且成本较低。在大多数情况下，交叉环形方式可以在保证基本充电需求的前提下，对充电效率上影响较少。对于一些普通的电动汽车停车场或者社区充电站来说，这种方式既经济又实用。
缺点：在一些极端充电条件下，可能有枪无法调用其他模块情况。例如，当多个充电枪同时在特定位置充电时，可能会出现部分模块空闲但无法被有效调用，导致功率上不去的情况，但在实际使用中这种感觉可能不是很明显。不过，对于一些对充电功率调度要求较高的用户来说，这可能还是会带来一定的不便。
（一）并柜的原因
前面提到的分配方式都是在单个主机内进行模块组的调动，但充电桩的分配模式并不能无限扩大，一个是在调配模块组上，一个是在体积上。随着模块组数量和枪数的增加，直流接触器和铜牌以及钣金的成本会成倍增加，软件上的分配策略和模块组的调度策略以及接触器的数量都会更复杂。模块仓和分配单元布局占用的体积也会进一步增大，运输也会变得不方便。
因此，为了在较小的体积内实现更大、更多枪的充电需求，有些桩企会采用并柜的方式或者集装箱总成模式。这就好比一个房间，如果要容纳更多的物品，就需要将多个房间合并起来。
（二）并柜的几种情况
1. 多分组单独使用
实现一个更大的柜体，各分组之间互不关联。这种方式简单直接，每个分组可以独立运行，适用于对充电需求相对独立的场景。不需要太大功率充电的情况。例如市场上常见功率480KW主机，多组放一起或者放一个集装箱内进行使用。
2. 两套分组主机并联使用
采用主机内并联和终端并联两种方式。通过并联可以提高充电系统的整体功率和供电能力，满足更多车辆同时充电的需求。这就像是将两条河流合并成一条更大的河流，增加了水流的流量。单并联主要还是一定枪的输出电流的提升，而不是所有枪输出电流的一种提升。
3. 三套及三套以上单组主机柜进行并柜
一般采用主机内并柜方式。如果多主机柜之间都可以相互进行调用，那总成本会较高，调度也会非常复杂，功率切换周期会比较长，所以一般会个别枪进行多机柜调用，来满足超充需求，其他枪则在本单元内进行分配。这种方式可以在满足超充需求的同时，合理控制成本。
（三）判断并柜方式的方法
要判断具体采用哪种并柜方式，需要看对应厂家的功率分配拓扑和并柜拓扑，也可以从对应设备进行查看，主要看模块组如何通过线路输出到达想要的枪上。能到的枪数越多，说明该成本比高，如果到枪数少，价格自然要低些，所以价格贵一些也就合理了。这就像是在一个复杂的交通网络中，通过观察道路的连接方式和车辆的行驶路线，来判断不同交通方案的成本和效率。
（一）多路快 + 多路慢组合
这种方式是将多路快充枪和多路慢充枪结合使用。在超充或者大电流枪对应接触器调用模块组别较多，以满足快速充电的需求；而在慢充路上则使用少数几组模块单元进行分配。这样可以根据不同的充电需求合理分配模块，达到节约成本的目的。例如，对于充电需求功率较高的用户，可以选择使用充电功率较快枪，在可以长时间补电的车可以选择功率较小的枪。
（二）MW 级充电的减枪
在MW级充电场景中，减少充电枪的数量也会减少一定的功率分配成本。因为充电枪数量的减少意味着所需的功率分配元件数量也会相应减少，从而降低了整体成本。另外再MW级充电系统中，很少再采用单模块分组切换模块，分配颗粒度（最小功率分配单元）也会增加，例如在360KW拖八系统中（颗粒度40KW），可以并柜到720KW拖16，同样的方案如果颗粒度变成80KW，则整个系统会扩展为1440KW拖16组合，整体的软件架构和电气架构是未变的。
不过，这种方式需要在满足充电需求和降低成本之间进行权衡，不能盲目地加减充电枪的数量，一般根据充电需求情况的平均枪需求功率，和总的功率之间进行对应枪数的匹配。例如，如果在社会场站，可按单枪平均功率60KW进行考虑；如果在重卡使用场站，可能会选择80~160KW的单枪平均功率。
不同的分配方式使用的元器件不同，如继电器/接触器、铜牌/铝牌等。继电器和接触器的性能和价格差异较大，高质量的继电器和接触器可以提高功率分配的可靠性和稳定性，但价格也相对较高。铜牌的导电性优于铝牌，但成本也更高。
因此，元器件的选择会直接影响充电桩的价格。使用高质量的继电器和接触器以及铜牌的充电桩，其价格可能会比使用普通元器件和铝牌的充电桩高出很多。
（二）每路枪能调用的最大模块组数
一般来说，每路枪能调用的模块组别越多，成本越高。如果每把枪能调用整套系统的全部模块组，则成本最高。这是因为更多的模块调用意味着需要更复杂的功率分配矩阵和更多的功率分配元件，从而增加了成本。
（三）并柜的实现逻辑和分柜之间调用情况
并柜的实现逻辑和分柜之间的调用情况也会导致价格差异。例如，多主机柜之间相互调用枪数越多，成本就越高。因为这需要更复杂的控制逻辑和更多的连接线路，增加了系统的复杂度和成本。所以在比较大的MW系统中，交叉环形可以做的很大功率系统，但是调用模块数量却不多，如果增加调用模块数量，接触器和铜牌成本则会增加很多。
这就像是在一个大型的企业中，如果不同部门之间的协作和沟通非常复杂，那么就需要更多的管理成本和协调资源。例如，一个多主机柜之间可以相互自由调用的充电桩系统，其价格可能会比一个各主机柜相对独立的系统高出很多。
充电桩的功率分配矩阵是一个复杂而关键的技术领域，不同的实现方式各有优缺点，适用于不同的应用场景。半矩阵方式灵活性高但成本高，全矩阵方式在小功率模块切换上有优势但可能不满足设计规范，交叉环形方式成本低但在极端情况下有局限性，而并柜则是解决大规模大功率充电需求的有效方式。此外，特殊的分配方式和降成本办法可以在一定程度上降低成本。
了解这些功率分配方式和价格差距原因，对于充电桩的设计、生产和使用者来说都具有重要意义。对于充电桩的设计者来说，可以根据不同的应用场景和成本要求，选择最合适的功率分配方式；对于生产者来说，可以通过合理选择元器件和优化设计，降低生产成本，提高产品的竞争力；对于使用者来说，可以根据自己的需求和预算，选择更合适的充电桩方案，提高充电效率和降低成本。
在未来，随着电动汽车技术的不断发展，充电桩的功率分配技术也将不断创新和完善。例如，随着新材料和新技术的应用，可能会出现更加高效、低成本的功率分配元器件；随着智能控制技术的发展，充电桩的功率分配可能会更加智能化和自动化，能够根据不同的车辆和充电需求，实时调整功率分配方案。这些创新和完善将为电动汽车的普及提供更好的支持，推动电动汽车行业的持续健康发展。我们有理由相信，在不久的将来，充电桩的功率分配技术将迎来更加美好的明天，为电动汽车的发展注入新的动力。
