【摘 要】中國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)快速發(fā)展，市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。隨著電動(dòng)汽車(chē)滲透率逐步增高，快速補(bǔ)能已成為各家新能源車(chē)企以及充電樁企重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。文章主要介紹目前一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁功率分配原理，并依托中國(guó)充電工況項(xiàng)目（CCIC）實(shí)地采集不同型號(hào)、不同運(yùn)營(yíng)商和不同制造商的一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁在兩輛車(chē)同時(shí)充電狀態(tài)下充電電壓、充電電流、充電功率變化情況，通過(guò)測(cè)試結(jié)果總結(jié)規(guī)律，分析一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁功率分配原理。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車(chē)；直流充電；雙槍充電；功率分配

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）10-0010-03

Analysis of Power Distribution Strategy for DC Charging Piles Under Dual Gun Charging Conditions*

WANG Zhaohui，LI Jin

（CATARC New Energy Vehicle Test Center（Tianjin）Co.，Ltd.，Tianjin 300130，China）

【Abstract】The Chinese new energy vehicle market is developing rapidly，and the market size continues to expand. As the penetration rate of electric vehicles gradually increases，rapid energy replenishment has become a key focus for various new energy vehicle companies and charging pile companies. This article introduces the current power distribution principles of integrated dual gun DC piles and split type DC piles，and relies on the China Charging Condition Project（CCIC）to collect the changes in charging voltage，charging current，and charging power of integrated dual gun DC piles and split type DC piles of different models，operators，and manufacturers under the simultaneous charging state of two vehicles. By summarizing the test results，the power distribution principles oXsdLilhW1XNHQxnPkLd1SxewegpiD2yyhE5r5g3Y5Ic=f integrated dual gun DC piles and split type DC piles are analyzed.

【Key words】electric vehicles；DC charging；double gun charging；power allocation

1 前言

截至2023年10月份，中國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)保有量1401萬(wàn)輛，占新能源汽車(chē)總量的76.9%，中國(guó)新能源汽車(chē)尤其是純電動(dòng)汽車(chē)快速進(jìn)入全面市場(chǎng)化拓展期。與此同時(shí)，中國(guó)公共充電設(shè)施發(fā)展迅猛，中國(guó)充電聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計(jì)上報(bào)公共充電樁272.6萬(wàn)臺(tái)，其中直流充電樁120.3萬(wàn)臺(tái)，交流充電樁152.2萬(wàn)臺(tái)。純電動(dòng)汽車(chē)與直流充電樁的比例大概是11.6∶1，為了解決直流充電樁無(wú)法滿足市面上純電動(dòng)汽車(chē)快速補(bǔ)能的需求，各家充電樁運(yùn)營(yíng)商和制造商企業(yè)逐步擴(kuò)大了一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁鋪設(shè)占比。

通過(guò)中國(guó)充電工況項(xiàng)目組調(diào)研分析全國(guó)高速服務(wù)區(qū)直流樁結(jié)構(gòu)結(jié)果可知，目前分體式直流充電樁占比58%，一體式雙槍直流充電樁占比28%，一體式單槍直流充電樁占比14%，如圖1所示。

根據(jù)充電樁銘牌顯示的生產(chǎn)日期可總結(jié)出2015～2023年期間中國(guó)高速直流樁結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢(shì)：①2015年，絕大多數(shù)直流樁為一體式單槍?zhuān)急葹?3%，其余的14%為分體式直流樁；②2016～2019年，一體式雙槍直流樁占比逐年提升至70%，一體式單槍直流樁占比逐年降至11%，分體式直流樁整體維持在20%水平；③2020～2023年，一體式單槍直流樁占比繼續(xù)逐年下降至2%，各家運(yùn)營(yíng)商為進(jìn)一步降低運(yùn)營(yíng)成本，一體式雙槍直流樁占比開(kāi)始逐年下降至49%，分體式直流樁占比逐年提升，到2023年占比已達(dá)47%。

根據(jù)保有量來(lái)看，一體式雙槍依然是行業(yè)主流，但根據(jù)每年增量發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)分體式將逐漸成為主流。面對(duì)越來(lái)越多雙槍充電或多槍充電的工況，電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)越發(fā)關(guān)注直流充電樁是如何執(zhí)行功率分配，同時(shí)也關(guān)注新雙槍充電下充電樁輸出電壓、輸出電流如何變化。本文將介紹一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁功率分配原理及方法，同時(shí)依托中國(guó)充電工況項(xiàng)目，實(shí)地采集一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁在已有車(chē)輛充電情況下，加入新的車(chē)輛進(jìn)行充電后，正在充電的電動(dòng)汽車(chē)充電功率、電流、電壓等的變化情況。

2 一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁功率分配

2.1 直流充電樁功率分配方法概述

直流充電樁的功率分配策略是確保充電效率和滿足不同用戶需求的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前國(guó)內(nèi)一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁功率充電樁功率分配主要有以下幾種策略。

1）模塊化設(shè)計(jì)。直流充電樁采用模塊化設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)用戶需求靈活分配功率。通過(guò)獲取車(chē)樁充電交互報(bào)文獲取剩余預(yù)期充電時(shí)間和充電狀態(tài)，確定每輛電動(dòng)汽車(chē)的預(yù)計(jì)充電時(shí)間，并據(jù)此確定充電優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而進(jìn)行功率分配[1]。

2）柔性功率分配。柔性功率分配方法可以提高功率模塊的利用率。在充電模塊負(fù)載率大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算剩余功率并切除空閑的功率模塊，之后重新確定充電優(yōu)先級(jí)和功率分配規(guī)則。柔性功率分配系統(tǒng)通常配備有智能控制單元，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)充電需求和電網(wǎng)狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整功率分配，實(shí)現(xiàn)智能化管理[2]。

3）自動(dòng)功率分配群充系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)功率分配，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的類(lèi)型和充電需求，智能分配功率，具有高智能化、節(jié)能經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)云平臺(tái)或移動(dòng)終端進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)真正的動(dòng)態(tài)功率分配[3]。

4）分體式設(shè)計(jì)。分體式直流充電樁通過(guò)分體式結(jié)構(gòu)，可以協(xié)同各個(gè)充電終端進(jìn)行充電，主機(jī)可遠(yuǎn)離充電終端，減少噪聲，提升用戶體驗(yàn)。這種設(shè)計(jì)允許充電樁靈活配置輸出功率，同時(shí)有助于簡(jiǎn)化充電樁的維護(hù)工作，因?yàn)殡娫垂窈统潆娊K端可以獨(dú)立維護(hù)，便于快速定位和解決問(wèn)題。

5）充電功率動(dòng)態(tài)分配策略。通過(guò)結(jié)合快、慢充電雙車(chē)位互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的充電站總體布局結(jié)構(gòu)，允許充電站根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的充電需求和電網(wǎng)條件，智能分配每個(gè)充電樁的功率，以滿足不同充電需求并提高充電效率。

6）軟件控制策略。充電樁通過(guò)設(shè)置多種充電模式進(jìn)行控制策略優(yōu)化，包括自動(dòng)充滿模式、按時(shí)間充電模式、按金額充電模式和按電量充電模式，以實(shí)現(xiàn)充電樁的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)控制方案[4]。

2.2 直流充電樁功率分配優(yōu)勢(shì)

通過(guò)直流充電樁功率分配策略和技術(shù)的應(yīng)用，提升了充電樁的充電效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，并提高用戶的充電體驗(yàn)。隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展，充電樁的智能化和功率分配技術(shù)將不斷進(jìn)步，以適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)需求。實(shí)現(xiàn)直流充電功率分配具有以下優(yōu)勢(shì)。

1）提高功率模塊利用率。通過(guò)功率分配方法，可以提高功率模塊的利用率，減少功率模塊的空閑狀態(tài)，從而提升充電樁的運(yùn)行效率。

2）靈活性和適應(yīng)性。直流充電樁可以根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的充電需求和電池狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電功率，實(shí)現(xiàn)更加智能化的充電過(guò)程。

3）減少充電時(shí)間。大功率直流充電樁能夠提供更高的充電功率，顯著減少電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間，尤其適合對(duì)充電時(shí)間有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)景，如出租車(chē)、公交車(chē)和物流車(chē)等。

4）兼容性和擴(kuò)展性。自動(dòng)功率分配群充系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多槍輪充，對(duì)多輛不同類(lèi)型汽車(chē)同時(shí)充電，并根據(jù)車(chē)輛需求、電網(wǎng)限制等進(jìn)行智能功率分配，保證了充電模塊的充分利用，同時(shí)滿足了用戶多樣化的充電需求。

5）節(jié)能經(jīng)濟(jì)。直流充電樁可以利用低谷電、低價(jià)電進(jìn)行充電，降低充電成本。同時(shí)，由于設(shè)備利用率高，可以減少投資和運(yùn)營(yíng)成本。

3 雙槍充電工況下直流充電樁功率輸出變化情況

3.1 “中國(guó)充電工況”項(xiàng)目介紹

“中國(guó)充電工況”項(xiàng)目收集了全面充電樁靜態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)采數(shù)據(jù)及測(cè)試數(shù)據(jù)，精確遴選出各型代表充電樁所在點(diǎn)位，支持車(chē)企絕對(duì)高效的實(shí)現(xiàn)車(chē)樁全面充電兼容測(cè)試，快速發(fā)現(xiàn)車(chē)型在“中國(guó)充電工況”下的充電問(wèn)題。項(xiàng)目通過(guò)大規(guī)模數(shù)據(jù)采集和精確采樣，確保充電工況數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，為各方提供可靠的測(cè)試基準(zhǔn)和參考依據(jù)，同時(shí)能提供多維度、多角度的充電工況數(shù)據(jù)分析，幫助用戶全面了解充電性能、行為特征以及潛在問(wèn)題，為產(chǎn)品優(yōu)化、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和政策制定提供支持，平臺(tái)展示如圖2所示。

3.2 測(cè)試條件

測(cè)試團(tuán)隊(duì)駕駛的車(chē)輛為800V平臺(tái)純電動(dòng)轎車(chē)，直流額定充電電流250A，額定工作電壓726V，測(cè)試照片如圖3所示，其余測(cè)試車(chē)輛為社會(huì)車(chē)輛。

3.3 測(cè)試內(nèi)容

在高速服務(wù)區(qū)的充電站，將試驗(yàn)車(chē)輛接入正在進(jìn)行充電的充電樁，記錄試驗(yàn)車(chē)啟動(dòng)充電后，正在充電的車(chē)輛電壓、電流、功率變化情況。

4 測(cè)試結(jié)果分析

如圖4所示，從測(cè)試結(jié)果可以看出，有10臺(tái)充電樁在有車(chē)輛進(jìn)行充電的情況下，第2輛車(chē)開(kāi)始充電后，前后功率變化范圍在±1%以內(nèi)，此10臺(tái)充電樁均是第2輛車(chē)啟動(dòng)充電后，正在充電的車(chē)輛充電電流未發(fā)生改變，前后功率發(fā)生變化的原因是車(chē)輛在充電過(guò)程中電壓逐漸升高，充電功率逐漸增大，功率會(huì)有微小變化；有7臺(tái)充電樁功率降低1%～10%，此7臺(tái)充電樁均是第2輛車(chē)啟動(dòng)充電后，正在充電的車(chē)輛充電電流降低5～10A；有10臺(tái)充電樁功率降低10%～56%，此10臺(tái)充電樁均是第2輛車(chē)啟動(dòng)充電后，正在充電的車(chē)輛充電電流降低20～100A。

車(chē)輛SOC與功率變化比例關(guān)系如圖5所示，從圖中可以看出，車(chē)輛SOC與功率變化比例無(wú)明顯關(guān)系。同時(shí)，即便是相同車(chē)型，功率變化比例也有較大差異。

通過(guò)采用不同型號(hào)的交直流充電樁對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行接觸電流測(cè)試可知，正常充電情況下的接觸電流最大值為0.08mA，遠(yuǎn)小于PE線中斷情況下的0.79mA。交流充電中，接觸電流交流分量大于直流分量，直流充電中，接觸電流直流分量大于交流分量。由于充電過(guò)程中，充電設(shè)施與電動(dòng)汽車(chē)處于同一充電回路中，充電設(shè)施自身內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生接觸電流，導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)與不同型號(hào)充電樁進(jìn)行充電會(huì)產(chǎn)生不同的接觸電流結(jié)果。為保證測(cè)試的結(jié)果為正確接觸電流值，后續(xù)測(cè)試將在電動(dòng)汽車(chē)和充電設(shè)備之間增加一個(gè)霍爾傳感器用來(lái)測(cè)量供電設(shè)備的接觸電流，從而得到更加精準(zhǔn)的接觸電流值。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁功率分配原理進(jìn)行了介紹，并依托中國(guó)充電工況項(xiàng)目（CCIC）對(duì)多臺(tái)不同類(lèi)型的充電樁在兩輛車(chē)同時(shí)充電狀態(tài)下的充電電壓、充電電流、充電功率變化情況進(jìn)行了實(shí)地采集與分析。研究結(jié)果表明，不同充電樁的功率變化范圍差異較大，即使相同型號(hào)充電樁在雙槍充電工況下，因軟件版本不同導(dǎo)致控制策略不同，表現(xiàn)也有較大差異。此外，車(chē)輛SOC與功率變化比例無(wú)明顯關(guān)系，即便是相同車(chē)型，功率變化比例也存在較大差異。因此，在未來(lái)的研究方面，可以進(jìn)一步深入探討不同軟件版本控制策略對(duì)充電樁功率分配的影響機(jī)制，以及尋找更加穩(wěn)定和高效的充電樁功率分配方案，以滿足日益增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車(chē)充電需求。

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（編輯 凌 波）