一种双枪对一车充电系统方案设计与研究

许继电源有限公司 齐晓祥 刘苗苗 张逸群 王延明 牛高远 李 茁

随着电动汽车的普及与推广，用户对充电时间的要求越来越短，将导致对大功率充电设备的大量需求。大功率充电设备的充电电流和功率比较大，将会造成电池组温度升高过快，导致电池的使用寿命减少，并增加充电机设计成本和难度。针对此问题，本文设计一种双枪对一车充直流充电系统，为电动汽车提供大功率充电，缩短用户的充电时间，降低充电机设计成本。试制了一台样机，验证了方案的有效性和可行性。

根据2020年10月国务院印发的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》，到2025年新能源汽车新车销售量达到汽车销售总量的20%左右，新能源汽车保有量将超过2000万辆。随着新能源汽车的保有量增加，尤其是长续航版本占比不断增加，对充电桩需求将稳步增长。国内外学者研制出不同功率等级、不同充电接口的电动汽车充电机，王艳等设计一种具有功率自动分配功能的直流快速双充系统方案，能够实现两辆汽车同时充电。李成博等提出一种采用充电功率变换器和储能系统配合运行的方式，解决了充电功率大于供电端额定功率的电动汽车快速充电问题。吴伟亮等设计一种一机双充120kW电动汽车充电机具有两路独立的PWM整流器和Buck变换器，单枪充电可以输出120kW充电，双枪充电电路可以输出60kW，提高了充电机的使用率，能够输出较宽范围的直流电压满足电池工作电压。黄海永等公开了一种双枪直流充电桩，实现了充电桩的自动充电，给用户带来极大的方便，实现了第一充电枪与第二充电枪的轮充。上述文献所涉及的充电桩均能实现直流双充，但是均是对两辆电动汽车汽车进行充电，不能满足电动汽车大功率充电需求。快充要求的电流和功率比较大，有可能会造成电池组温度升高过快，从而减少电池的使用寿命。为满足大功率充电需求，本文所提出的直流双充充电系统能同时对一车进行充电，为电动汽车提供大功率充电，缩短用户的充电时间。

图1 双枪充电系统架构图

1 双枪充电系统方案设计

本文设计一种双枪充电系统，双枪充电系统功率在充电模块输出端分为两个直流输出回路，每个直流输出回路连接一个车辆插头，此双枪充电系统可同时为一车进行双接口充电。在充电过程中，双枪充电系统采用主辅控制，两充电枪的输出电流、功率和电量累加，再统一由主充电枪发送给BMS，是一般充电桩的两倍速度为车辆充电，缩短了电动汽车的充电时间，并可降低大功率充电机成本，双枪充电系统架构图如图1所示。

2 双枪充电系统充电流程

本文设计的双充电接口的直流充电机，可同时为两辆电动汽车充电，也可实现同时为一辆车进行快速充电，为实现双枪对一车充电，本文提出充电机采用主辅控制，充电流程与GB/T 18487.1-B.6不同，双枪充电流程图如图2所示。

图2 双充系统充电流程图

握手阶段流程设计：当两把枪均连接至同一车辆，主、辅充电枪同时启动充电，主辅充电枪锁电子锁，闭合K3/K4。主充电枪向车辆发送CHM充电机握手报文。当收到车辆向双充电枪发送的BHM车辆握手命令后，辅充电枪先进行绝缘检测，主充电枪等待辅充电机绝缘检测完成、泄放结束后，再开始绝缘检测。主充电机绝缘检测完成、泄放结束后，向车辆发送CRM SPN2560=0x00的充电机辨识报文，当收到车辆向双枪充电机发送的BRM车辆辨识报文后，主充电机向车辆发送CRM SPN2560=0xAA的充电机辨识报文。

配置阶段流程设计：车辆向双充电机发送BCP动力蓄电池充电参数报文，当主充电机接收到BCP报文后，向车辆发送CTS充时间同步信息报文和CML充电机最大输出能力报文。车辆接收到这两项报文后，向双充电机发送BRO SPN2829=0x00的电池充电准备就绪状态报文。车辆闭合K5/K6后，向双充电机发送BRO SPN2829=0xAA的电池充电准备就绪状态报文。主充电机接收到此报文后，向车辆发送CRO SPN2830=0x00的充电机输出准备就绪状态报文，双充电机开始进行电池电压的判断，电池电压达标后，启动充电模块开始预充电。

充电阶段流程设计：在整个充电阶段，BMS实时向双枪充电机发送BCL电池充电需求报文、BCS电池充电总状态报文、BSM动力蓄电池状态信息报文。

充电结束阶段流程设计：在此阶段BMS向充电机发送整个充电过程中的充电统计数据，主充电机收到BMS的充电统计数据后，向BMS发送整个充电过程中的输出电量、累计充电时间等信息，充电机断开低压辅电并解锁电子锁。

3 实验验证

根据上述理论分析，研制了一台双枪对一车充试验样机。图3、图4、图5为双枪对一车充实验图，主辅充电枪均为输出电压为680V，输出电流200A，为车辆提供双倍电流，实现大功率充电。

图3 双枪对一车充充电页面

图4 主充电枪电压电流值

图5 辅充电枪电压电流值

结语：本文设计了一种双枪充电系统，此双枪充电系统可同时为一车进行双接口充电，是一般充电桩的两倍速度为车辆充电，为电动汽车提供了大功率充电，缩短了用户的充电时间，降低了充电机设计成本，减小了网侧谐波电流。最后通过实验验证了该方案的可行性。