一種雙槍對一車充電系統方案設計與研究

許繼電源有限公司 齊曉祥 劉苗苗 張逸群 王延明 牛高遠 李 茁

隨著電動汽車的普及與推廣，用戶對充電時間的要求越來越短，將導致對大功率充電設備的大量需求。大功率充電設備的充電電流和功率比較大，將會造成電池組溫度升高過快，導致電池的使用壽命減少，并增加充電機設計成本和難度。針對此問題，本文設計一種雙槍對一車充直流充電系統，為電動汽車提供大功率充電，縮短用戶的充電時間，降低充電機設計成本。試制了一臺樣機，驗證了方案的有效性和可行性。

根據2020年10月國務院印發的《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035）》，到2025年新能源汽車新車銷售量達到汽車銷售總量的20%左右，新能源汽車保有量將超過2000萬輛。隨著新能源汽車的保有量增加，尤其是長續航版本占比不斷增加，對充電樁需求將穩步增長。國內外學者研制出不同功率等級、不同充電接口的電動汽車充電機，王艷等設計一種具有功率自動分配功能的直流快速雙充系統方案，能夠實現兩輛汽車同時充電。李成博等提出一種采用充電功率變換器和儲能系統配合運行的方式，解決了充電功率大于供電端額定功率的電動汽車快速充電問題。吳偉亮等設計一種一機雙充120kW電動汽車充電機具有兩路獨立的PWM整流器和Buck變換器，單槍充電可以輸出120kW充電，雙槍充電電路可以輸出60kW，提高了充電機的使用率，能夠輸出較寬范圍的直流電壓滿足電池工作電壓。黃海永等公開了一種雙槍直流充電樁，實現了充電樁的自動充電，給用戶帶來極大的方便，實現了第一充電槍與第二充電槍的輪充。上述文獻所涉及的充電樁均能實現直流雙充，但是均是對兩輛電動汽車汽車進行充電，不能滿足電動汽車大功率充電需求?？斐湟蟮碾娏骱凸β时容^大，有可能會造成電池組溫度升高過快，從而減少電池的使用壽命。為滿足大功率充電需求，本文所提出的直流雙充充電系統能同時對一車進行充電，為電動汽車提供大功率充電，縮短用戶的充電時間。

圖1 雙槍充電系統架構圖

1 雙槍充電系統方案設計

本文設計一種雙槍充電系統，雙槍充電系統功率在充電模塊輸出端分為兩個直流輸出回路，每個直流輸出回路連接一個車輛插頭，此雙槍充電系統可同時為一車進行雙接口充電。在充電過程中，雙槍充電系統采用主輔控制，兩充電槍的輸出電流、功率和電量累加，再統一由主充電槍發送給BMS，是一般充電樁的兩倍速度為車輛充電，縮短了電動汽車的充電時間，并可降低大功率充電機成本，雙槍充電系統架構圖如圖1所示。

2 雙槍充電系統充電流程

本文設計的雙充電接口的直流充電機，可同時為兩輛電動汽車充電，也可實現同時為一輛車進行快速充電，為實現雙槍對一車充電，本文提出充電機采用主輔控制，充電流程與GB/T 18487.1-B.6不同，雙槍充電流程圖如圖2所示。

圖2 雙充系統充電流程圖

握手階段流程設計：當兩把槍均連接至同一車輛，主、輔充電槍同時啟動充電，主輔充電槍鎖電子鎖，閉合K3/K4。主充電槍向車輛發送CHM充電機握手報文。當收到車輛向雙充電槍發送的BHM車輛握手命令后，輔充電槍先進行絕緣檢測，主充電槍等待輔充電機絕緣檢測完成、泄放結束后，再開始絕緣檢測。主充電機絕緣檢測完成、泄放結束后，向車輛發送CRM SPN2560=0x00的充電機辨識報文，當收到車輛向雙槍充電機發送的BRM車輛辨識報文后，主充電機向車輛發送CRM SPN2560=0xAA的充電機辨識報文。

配置階段流程設計：車輛向雙充電機發送BCP動力蓄電池充電參數報文，當主充電機接收到BCP報文后，向車輛發送CTS充時間同步信息報文和CML充電機最大輸出能力報文。車輛接收到這兩項報文后，向雙充電機發送BRO SPN2829=0x00的電池充電準備就緒狀態報文。車輛閉合K5/K6后，向雙充電機發送BRO SPN2829=0xAA的電池充電準備就緒狀態報文。主充電機接收到此報文后，向車輛發送CRO SPN2830=0x00的充電機輸出準備就緒狀態報文，雙充電機開始進行電池電壓的判斷，電池電壓達標后，啟動充電模塊開始預充電。

充電階段流程設計：在整個充電階段，BMS實時向雙槍充電機發送BCL電池充電需求報文、BCS電池充電總狀態報文、BSM動力蓄電池狀態信息報文。

充電結束階段流程設計：在此階段BMS向充電機發送整個充電過程中的充電統計數據，主充電機收到BMS的充電統計數據后，向BMS發送整個充電過程中的輸出電量、累計充電時間等信息，充電機斷開低壓輔電并解鎖電子鎖。

3 實驗驗證

根據上述理論分析，研制了一臺雙槍對一車充試驗樣機。圖3、圖4、圖5為雙槍對一車充實驗圖，主輔充電槍均為輸出電壓為680V，輸出電流200A，為車輛提供雙倍電流，實現大功率充電。

圖3 雙槍對一車充充電頁面

圖4 主充電槍電壓電流值

圖5 輔充電槍電壓電流值

結語：本文設計了一種雙槍充電系統，此雙槍充電系統可同時為一車進行雙接口充電，是一般充電樁的兩倍速度為車輛充電，為電動汽車提供了大功率充電，縮短了用戶的充電時間，降低了充電機設計成本，減小了網側諧波電流。最后通過實驗驗證了該方案的可行性。