許繼電源有限公司 齊曉祥 劉苗苗 張逸群 王延明 牛高遠(yuǎn) 李 茁

隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及與推廣，用戶(hù)對(duì)充電時(shí)間的要求越來(lái)越短，將導(dǎo)致對(duì)大功率充電設(shè)備的大量需求。大功率充電設(shè)備的充電電流和功率比較大，將會(huì)造成電池組溫度升高過(guò)快，導(dǎo)致電池的使用壽命減少，并增加充電機(jī)設(shè)計(jì)成本和難度。針對(duì)此問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)一種雙槍對(duì)一車(chē)充直流充電系統(tǒng)，為電動(dòng)汽車(chē)提供大功率充電，縮短用戶(hù)的充電時(shí)間，降低充電機(jī)設(shè)計(jì)成本。試制了一臺(tái)樣機(jī)，驗(yàn)證了方案的有效性和可行性。

根據(jù)2020年10月國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》，到2025年新能源汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)售量達(dá)到汽車(chē)銷(xiāo)售總量的20%左右，新能源汽車(chē)保有量將超過(guò)2000萬(wàn)輛。隨著新能源汽車(chē)的保有量增加，尤其是長(zhǎng)續(xù)航版本占比不斷增加，對(duì)充電樁需求將穩(wěn)步增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研制出不同功率等級(jí)、不同充電接口的電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)，王艷等設(shè)計(jì)一種具有功率自動(dòng)分配功能的直流快速雙充系統(tǒng)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)兩輛汽車(chē)同時(shí)充電。李成博等提出一種采用充電功率變換器和儲(chǔ)能系統(tǒng)配合運(yùn)行的方式，解決了充電功率大于供電端額定功率的電動(dòng)汽車(chē)快速充電問(wèn)題。吳偉亮等設(shè)計(jì)一種一機(jī)雙充120kW電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)具有兩路獨(dú)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(jī)的使用率，能夠輸出較寬范圍的直流電壓滿(mǎn)足電池工作電壓。黃海永等公開(kāi)了一種雙槍直流充電樁，實(shí)現(xiàn)了充電樁的自動(dòng)充電，給用戶(hù)帶來(lái)極大的方便，實(shí)現(xiàn)了第一充電槍與第二充電槍的輪充。上述文獻(xiàn)所涉及的充電樁均能實(shí)現(xiàn)直流雙充，但是均是對(duì)兩輛電動(dòng)汽車(chē)汽車(chē)進(jìn)行充電，不能滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)大功率充電需求?？斐湟蟮碾娏骱凸β时容^大，有可能會(huì)造成電池組溫度升高過(guò)快，從而減少電池的使用壽命。為滿(mǎn)足大功率充電需求，本文所提出的直流雙充充電系統(tǒng)能同時(shí)對(duì)一車(chē)進(jìn)行充電，為電動(dòng)汽車(chē)提供大功率充電，縮短用戶(hù)的充電時(shí)間。

圖1 雙槍充電系統(tǒng)架構(gòu)圖

1 雙槍充電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)一種雙槍充電系統(tǒng)，雙槍充電系統(tǒng)功率在充電模塊輸出端分為兩個(gè)直流輸出回路，每個(gè)直流輸出回路連接一個(gè)車(chē)輛插頭，此雙槍充電系統(tǒng)可同時(shí)為一車(chē)進(jìn)行雙接口充電。在充電過(guò)程中，雙槍充電系統(tǒng)采用主輔控制，兩充電槍的輸出電流、功率和電量累加，再統(tǒng)一由主充電槍發(fā)送給BMS，是一般充電樁的兩倍速度為車(chē)輛充電，縮短了電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間，并可降低大功率充電機(jī)成本，雙槍充電系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

2 雙槍充電系統(tǒng)充電流程

本文設(shè)計(jì)的雙充電接口的直流充電機(jī)，可同時(shí)為兩輛電動(dòng)汽車(chē)充電，也可實(shí)現(xiàn)同時(shí)為一輛車(chē)進(jìn)行快速充電，為實(shí)現(xiàn)雙槍對(duì)一車(chē)充電，本文提出充電機(jī)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(tǒng)充電流程圖

握手階段流程設(shè)計(jì)：當(dāng)兩把槍均連接至同一車(chē)輛，主、輔充電槍同時(shí)啟動(dòng)充電，主輔充電槍鎖電子鎖，閉合K3/K4。主充電槍向車(chē)輛發(fā)送CHM充電機(jī)握手報(bào)文。當(dāng)收到車(chē)輛向雙充電槍發(fā)送的BHM車(chē)輛握手命令后，輔充電槍先進(jìn)行絕緣檢測(cè)，主充電槍等待輔充電機(jī)絕緣檢測(cè)完成、泄放結(jié)束后，再開(kāi)始絕緣檢測(cè)。主充電機(jī)絕緣檢測(cè)完成、泄放結(jié)束后，向車(chē)輛發(fā)送CRM SPN2560=0x00的充電機(jī)辨識(shí)報(bào)文，當(dāng)收到車(chē)輛向雙槍充電機(jī)發(fā)送的BRM車(chē)輛辨識(shí)報(bào)文后，主充電機(jī)向車(chē)輛發(fā)送CRM SPN2560=0xAA的充電機(jī)辨識(shí)報(bào)文。

配置階段流程設(shè)計(jì)：車(chē)輛向雙充電機(jī)發(fā)送BCP動(dòng)力蓄電池充電參數(shù)報(bào)文，當(dāng)主充電機(jī)接收到BCP報(bào)文后，向車(chē)輛發(fā)送CTS充時(shí)間同步信息報(bào)文和CML充電機(jī)最大輸出能力報(bào)文。車(chē)輛接收到這兩項(xiàng)報(bào)文后，向雙充電機(jī)發(fā)送BRO SPN2829=0x00的電池充電準(zhǔn)備就緒狀態(tài)報(bào)文。車(chē)輛閉合K5/K6后，向雙充電機(jī)發(fā)送BRO SPN2829=0xAA的電池充電準(zhǔn)備就緒狀態(tài)報(bào)文。主充電機(jī)接收到此報(bào)文后，向車(chē)輛發(fā)送CRO SPN2830=0x00的充電機(jī)輸出準(zhǔn)備就緒狀態(tài)報(bào)文，雙充電機(jī)開(kāi)始進(jìn)行電池電壓的判斷，電池電壓達(dá)標(biāo)后，啟動(dòng)充電模塊開(kāi)始預(yù)充電。

充電階段流程設(shè)計(jì)：在整個(gè)充電階段，BMS實(shí)時(shí)向雙槍充電機(jī)發(fā)送BCL電池充電需求報(bào)文、BCS電池充電總狀態(tài)報(bào)文、BSM動(dòng)力蓄電池狀態(tài)信息報(bào)文。

充電結(jié)束階段流程設(shè)計(jì)：在此階段BMS向充電機(jī)發(fā)送整個(gè)充電過(guò)程中的充電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，主充電機(jī)收到BMS的充電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后，向BMS發(fā)送整個(gè)充電過(guò)程中的輸出電量、累計(jì)充電時(shí)間等信息，充電機(jī)斷開(kāi)低壓輔電并解鎖電子鎖。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)上述理論分析，研制了一臺(tái)雙槍對(duì)一車(chē)充試驗(yàn)樣機(jī)。圖3、圖4、圖5為雙槍對(duì)一車(chē)充實(shí)驗(yàn)圖，主輔充電槍均為輸出電壓為680V，輸出電流200A，為車(chē)輛提供雙倍電流，實(shí)現(xiàn)大功率充電。

圖3 雙槍對(duì)一車(chē)充充電頁(yè)面

圖4 主充電槍電壓電流值

圖5 輔充電槍電壓電流值

結(jié)語(yǔ)：本文設(shè)計(jì)了一種雙槍充電系統(tǒng)，此雙槍充電系統(tǒng)可同時(shí)為一車(chē)進(jìn)行雙接口充電，是一般充電樁的兩倍速度為車(chē)輛充電，為電動(dòng)汽車(chē)提供了大功率充電，縮短了用戶(hù)的充電時(shí)間，降低了充電機(jī)設(shè)計(jì)成本，減小了網(wǎng)側(cè)諧波電流。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的可行性。