一種適用于純電動重型卡車補能的移動式一體化儲能充電裝置

關鍵詞：工程機械；重型電動汽車；移動充電；救援援助；液冷超充；儲充一體

0前言

當前，新能源重型卡車多采用185 kW·h 電池包，以滿足其長時間、高負荷的工作需求。然而，在裝載貨物期間，重型卡車通常需要等待充電，影響了工作效率。為解決這一問題，本文提出了一種適用于純電動重型卡車的480 kW/200 kW·h 移動式一體化儲能充電裝置。這種充電裝置可以為新能源重型卡車在裝載貨物期間提供便捷的移動充電服務，極大地減少了充電等待時間，提高了車輛的運營效率。

移動式一體化儲能充電裝置不僅具備高功率的快速充電能力，還集成了儲能系統(tǒng)，可在不同工作場景中靈活使用。這一創(chuàng)新設計可推廣到更多需要快速補能的場合，為新能源汽車的普及和應用提供了有力保障。本文將詳細介紹移動式一體化儲能充電裝置的設計理念、技術參數(shù)、實際應用效果，以及其對未來新能源重型卡車發(fā)展的重要意義。

1 技術方案

1. 1 設計理念

480 kW 移動式一體化儲能充電裝置由1 套219 kW·h 高壓電池儲能系統(tǒng)、1 套480 kW 直流-直流（DC-DC）整流柜和1 套雙槍600 A 液冷終端組成。經(jīng)過電池系統(tǒng)放電（350～550 V）至DC-DC 整流柜，整流柜設計為16 臺30 kW DC-DC 功率模塊，每2 臺并成一個回路輸出至終端；在監(jiān)控控制單元控制下，完成整個充電流程。480 kW 移動式一體化儲能充電裝置系統(tǒng)構成如圖1 所示。

1. 2 裝置特點

480 kW移動儲充系統(tǒng)由儲充系統(tǒng)柜、消防系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和電池系統(tǒng)4 個模塊組成，4 個模塊集成安裝在拖掛車廂，以便安裝、運輸和調(diào)試。車廂由480 kW 主柜配置1 套480 kW 終端柜組成。充電機從儲能側獲取直流電能，經(jīng)過DC-DC 模塊轉換把能量傳送到超充車輛。充電輸出電壓范圍為200～1000V，最大電流為600A。480kW 移動式一體化儲能充電裝置結構布局如圖2所示。

2 系統(tǒng)組成與功能

2. 1 儲能系統(tǒng)

該充電裝置電池系統(tǒng)采用3.7 V/58 A·h 電池，4P32S 作為1 個電池模塊單元（118.4 V/232 A·h），4 個電池模塊單元串聯(lián)形成1個電池簇（473.6 V/232 A·h），2 個電池簇并聯(lián)匯流在一個高壓箱（473.6 V/464 A·h）中后連接到480 kW 的DC-DC 模塊。

2. 1. 1電池系統(tǒng)設計

該充電裝置電池系統(tǒng)由2 個電池簇組成，1 個電池簇由4 個電池模塊單元組成，在匯流后連接到直流母排，從而與儲充系統(tǒng)整體相連。480 kW 移動式一體化儲能充電裝置電池系統(tǒng)架構如圖3所示。

2. 1. 2 EMS

在儲能系統(tǒng)中，EMS 通信拓撲分為2 層。頂層為整體集中監(jiān)控系統(tǒng)，底層設備包括儲能轉換器、電池管理系統(tǒng)（BMS）、計量儀表、環(huán)境監(jiān)控設備、空調(diào)或門禁系統(tǒng)等接入監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控主機完成現(xiàn)場測控系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡連接、轉換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)服務器等功能，實現(xiàn)大容量實時數(shù)據(jù)的高速采集和傳輸，確保主站系統(tǒng)能夠快速、準確地獲取所有監(jiān)控信息，并反饋網(wǎng)絡檢測到的系統(tǒng)異常和故障，從而快速定位和恢復。

（1） 運行實時監(jiān)控。EMS 可以收集所監(jiān)測的運行參數(shù)和狀態(tài)的實時及定時數(shù)據(jù)，并將重要的歷史數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，主要包括BMS 中每組電池的總電壓、電流、平均溫度、荷電狀態(tài)（SOC）、健康狀態(tài)（SOH）、充放電電流和功率限制、單電池最大電池電壓、單電池最高電池溫度、故障和報警信息、歷史充放電功率、歷史充放電功率和其他公共信息。運行數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求將系統(tǒng)所需的相關數(shù)據(jù)顯示在指定界面，已便查看實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，導出報表。

（2） 運行策略。與常規(guī)變電站的經(jīng)濟運行分析相比，EMS 主要用于監(jiān)測BMS 運行過程中各部件的狀態(tài)，同時在電池放電電流過大，溫度超出閾值時切斷BMS 開關，實現(xiàn)對電池的保護。

（3） 故障報警。EMS 為各級事件提供記錄和查詢功能，并使用顏色區(qū)分事件類型和重要性。EMS 與BMS 的交互策略如下：① BMS 由甲方提供；②甲方根據(jù)乙方提供的通信矩陣，BMS 上報當前電池狀態(tài)與熱管理請求；③ BMS 上下電流程和充電流程執(zhí)行EMS 下發(fā)的相關指令。

2. 2 直流充電機

RUISU100030-DD 充電模塊采用全球領先的電源技術和工藝，專門為電動汽車整車充電的功率變換設備而設計，其恒功率輸出電壓范圍較大，具有有源功率因數(shù)校正、高功率密度、高可靠性、智能化控制和造型美觀等特點。該模塊采用智能風冷的散熱方式，功率密度高，占用空間小，支持熱插拔，具備電池防反灌功能，并機簡便。

2. 2. 1 移動充電模塊設計

RUISU100030-DD充電模塊由單相有源PFC、DC-DC 變換、輔助電源、輸入輸出檢測及保護電路組成。移動充電模塊工作原理如圖4所示。

控制器局域網(wǎng)（CAN）總線用于實現(xiàn)模塊與控制模塊的通信和多個模塊之間的均流。移動充電模塊的主要特點：① 功率密度高達45 W/in3 （1 in=25.4 mm）；② 采用灌膠工藝，加強模塊自身防護，延長模塊使用壽命；③ 采用發(fā)光二極管（LED）顯示，人機操作方便，可顯示電壓、電流、組別、協(xié)議、地址、手動或自動及故障信息；④ 內(nèi)置防電池電流反灌保護電路，支持熱插拔；⑤ 支持地址自動識別和手動設置功能；⑥ 內(nèi)置輸出電壓泄放電路。

2. 3 充電機功率分配單元

480 kW移動式一體化儲能充電裝置采用矩形開關方式進行功率分配調(diào)度，通過開關監(jiān)控單元根據(jù)充電終端需求自適應調(diào)配。開關矩陣示意圖如圖5 所示。

功率分配單元可實現(xiàn)以下功能：每個回路輸出功率為240 kW，2 個終端合計輸出功率480 kW；當超充終端有充電需求時，調(diào)度16 個回路中空閑回路至超級終端輸出，輸出功率最大可達480 kW。

2. 4 充電終端

480 kW 移動式一體化儲能充電裝置配置1 個200～1 000 V DC/600 A 雙槍充電液冷終端，1 個200～1 000 V DC/1 200 A 超級充電終端，可以兼容三電平（NPC）模式充電終端和大功率充電（HPC）模式充電終端，終端采用雙槍模式。

終端控制系統(tǒng)采用DDC-RSA10-S 系列直流充電控制器。充電控制模塊由計費控制組件和充電控制組件2 個部分構成，充電控制組件包括充電連接控制導引、直流采集與控制、BMS 通信等電路，計費控制組件包括加密解密、平臺通信、計量計費等電路。終端控制系統(tǒng)具有以下功能特點：① 液冷超充，單槍全功率輸出；② 標配充電機控制單元（TCU），樁與平臺間的對接更順暢，可遠程升級；③ 高配版配置21.5 in（1 in=25.4 mm）觸控交互彩屏，集廣告宣傳與充電操作于一體；④ 長條形狀態(tài)指示燈，設備狀態(tài)更直觀；⑤ 發(fā)光燈帶，炫酷美觀，吸引人氣；⑥ 可選攝像頭，用于刷臉支付或日常運營監(jiān)控。

3 結語

該480 kW 移動式一體化儲能充電裝置具有業(yè)內(nèi)領先的充電技術，綠色環(huán)保設計，從整車動力到整個儲能單元全部采用儲能電池以及4C 倍率電芯，并通過自研電池系統(tǒng)設計實現(xiàn)高效充電；兼容800 V 和400 V 平臺，可以提供480 kW/600 A電流的快速充電；具有靈活的能源供給通道，通過并聯(lián)可以滿足不同場景的需求；尤其適用于建設工程機械需要快速補能的場景，一經(jīng)投放市場便受到廣大新能源電車業(yè)主的青睞。