【摘 要】中國新能源汽車市場快速發(fā)展，市場規(guī)模持續(xù)擴大。隨著電動汽車滲透率逐步增高，快速補能已成為各家新能源車企以及充電樁企重點關注的內容。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，并依托中國充電工況項目（CCIC）實地采集不同型號、不同運營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同時充電狀態(tài)下充電電壓、充電電流、充電功率變化情況，通過測試結果總結規(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。

【關鍵詞】電動汽車；直流充電；雙槍充電；功率分配

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：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，中國純電動汽車保有量1401萬輛，占新能源汽車總量的76.9%，中國新能源汽車尤其是純電動汽車快速進入全面市場化拓展期。與此同時，中國公共充電設施發(fā)展迅猛，中國充電聯(lián)盟內成員單位總計上報公共充電樁272.6萬臺，其中直流充電樁120.3萬臺，交流充電樁152.2萬臺。純電動汽車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法滿足市面上純電動汽車快速補能的需求，各家充電樁運營商和制造商企業(yè)逐步擴大了一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁鋪設占比。

通過中國充電工況項目組調研分析全國高速服務區(qū)直流樁結構結果可知，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)日期可總結出2015～2023年期間中國高速直流樁結構形式的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢：①2015年，絕大多數(shù)直流樁為一體式單槍，占比為83%，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%，各家運營商為進一步降低運營成本，一體式雙槍直流樁占比開始逐年下降至49%，分體式直流樁占比逐年提升，到2023年占比已達47%。

根據(jù)保有量來看，一體式雙槍依然是行業(yè)主流，但根據(jù)每年增量發(fā)展趨勢來看，未來分體式將逐漸成為主流。面對越來越多雙槍充電或多槍充電的工況，電動汽車企業(yè)越發(fā)關注直流充電樁是如何執(zhí)行功率分配，同時也關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，同時依托中國充電工況項目，實地采集一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁在已有車輛充電情況下，加入新的車輛進行充電后，正在充電的電動汽車充電功率、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鍵技術之一。目前國內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）模塊化設計。直流充電樁采用模塊化設計，能夠根據(jù)用戶需求靈活分配功率。通過獲取車樁充電交互報文獲取剩余預期充電時間和充電狀態(tài)，確定每輛電動汽車的預計充電時間，并據(jù)此確定充電優(yōu)先級，進而進行功率分配[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。在充電模塊負載率大于預設閾值時，系統(tǒng)會計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)實時充電需求和電網(wǎng)狀態(tài)自動調整功率分配，實現(xiàn)智能化管理[2]。

3）自動功率分配群充系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠實現(xiàn)動態(tài)功率分配，根據(jù)電動汽車的類型和充電需求，智能分配功率，具有高智能化、節(jié)能經(jīng)濟等優(yōu)點，可以通過云平臺或移動終端進行管理，實現(xiàn)真正的動態(tài)功率分配[3]。

4）分體式設計。分體式直流充電樁通過分體式結構，可以協(xié)同各個充電終端進行充電，主機可遠離充電終端，減少噪聲，提升用戶體驗。這種設計允許充電樁靈活配置輸出功率，同時有助于簡化充電樁的維護工作，因為電源柜和充電終端可以獨立維護，便于快速定位和解決問題。

5）充電功率動態(tài)分配策略。通過結合快、慢充電雙車位互補結構的充電站總體布局結構，允許充電站根據(jù)電動汽車的充電需求和電網(wǎng)條件，智能分配每個充電樁的功率，以滿足不同充電需求并提高充電效率。

6）軟件控制策略。充電樁通過設置多種充電模式進行控制策略優(yōu)化，包括自動充滿模式、按時間充電模式、按金額充電模式和按電量充電模式，以實現(xiàn)充電樁的經(jīng)濟最優(yōu)控制方案[4]。

2.2 直流充電樁功率分配優(yōu)勢

通過直流充電樁功率分配策略和技術的應用，提升了充電樁的充電效率，降低運營成本，并提高用戶的充電體驗。隨著電動汽車市場的快速發(fā)展，充電樁的智能化和功率分配技術將不斷進步，以適應不斷變化的市場需求。實現(xiàn)直流充電功率分配具有以下優(yōu)勢。

1）提高功率模塊利用率。通過功率分配方法，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行效率。

2）靈活性和適應性。直流充電樁可以根據(jù)電動汽車的充電需求和電池狀態(tài)，動態(tài)調整充電功率，實現(xiàn)更加智能化的充電過程。

3）減少充電時間。大功率直流充電樁能夠提供更高的充電功率，顯著減少電動汽車的充電時間，尤其適合對充電時間有較高要求的應用場景，如出租車、公交車和物流車等。

4）兼容性和擴展性。自動功率分配群充系統(tǒng)可以實現(xiàn)多槍輪充，對多輛不同類型汽車同時充電，并根據(jù)車輛需求、電網(wǎng)限制等進行智能功率分配，保證了充電模塊的充分利用，同時滿足了用戶多樣化的充電需求。

5）節(jié)能經(jīng)濟。直流充電樁可以利用低谷電、低價電進行充電，降低充電成本。同時，由于設備利用率高，可以減少投資和運營成本。

3 雙槍充電工況下直流充電樁功率輸出變化情況

3.1 “中國充電工況”項目介紹

“中國充電工況”項目收集了全面充電樁靜態(tài)數(shù)據(jù)、實采數(shù)據(jù)及測試數(shù)據(jù)，精確遴選出各型代表充電樁所在點位，支持車企絕對高效的實現(xiàn)車樁全面充電兼容測試，快速發(fā)現(xiàn)車型在“中國充電工況”下的充電問題。項目通過大規(guī)模數(shù)據(jù)采集和精確采樣，確保充電工況數(shù)據(jù)的真實性和準確性，為各方提供可靠的測試基準和參考依據(jù)，同時能提供多維度、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題，為產(chǎn)品優(yōu)化、系統(tǒng)設計和政策制定提供支持，平臺展示如圖2所示。

3.2 測試條件

測試團隊駕駛的車輛為800V平臺純電動轎車，直流額定充電電流250A，額定工作電壓726V，測試照片如圖3所示，其余測試車輛為社會車輛。

3.3 測試內容

在高速服務區(qū)的充電站，將試驗車輛接入正在進行充電的充電樁，記錄試驗車啟動充電后，正在充電的車輛電壓、電流、功率變化情況。

4 測試結果分析

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

車輛SOC與功率變化比例關系如圖5所示，從圖中可以看出，車輛SOC與功率變化比例無明顯關系。同時，即便是相同車型，功率變化比例也有較大差異。

通過采用不同型號的交直流充電樁對電動汽車進行接觸電流測試可知，正常充電情況下的接觸電流最大值為0.08mA，遠小于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。由于充電過程中，充電設施與電動汽車處于同一充電回路中，充電設施自身內部也會產(chǎn)生接觸電流，導致電動汽車與不同型號充電樁進行充電會產(chǎn)生不同的接觸電流結果。為保證測試的結果為正確接觸電流值，后續(xù)測試將在電動汽車和充電設備之間增加一個霍爾傳感器用來測量供電設備的接觸電流，從而得到更加精準的接觸電流值。

5 結束語

綜上所述，本文對一體式雙槍直流樁以及分體式直流樁功率分配原理進行了介紹，并依托中國充電工況項目（CCIC）對多臺不同類型的充電樁在兩輛車同時充電狀態(tài)下的充電電壓、充電電流、充電功率變化情況進行了實地采集與分析。研究結果表明，不同充電樁的功率變化范圍差異較大，即使相同型號充電樁在雙槍充電工況下，因軟件版本不同導致控制策略不同，表現(xiàn)也有較大差異。此外，車輛SOC與功率變化比例無明顯關系，即便是相同車型，功率變化比例也存在較大差異。因此，在未來的研究方面，可以進一步深入探討不同軟件版本控制策略對充電樁功率分配的影響機制，以及尋找更加穩(wěn)定和高效的充電樁功率分配方案，以滿足日益增長的電動汽車充電需求。

參考文獻：

[1] 陳新星，婁柯，劉世林，等. 電動汽車充電站充電功率動態(tài)分配策略的研究[J]. 重慶理工大學學報（自然科學），2019，33（9）：25-32.

[2] 南斌，徐成司，董樹鋒，等. 考慮多充電模式的充電樁優(yōu)化控制策略[J]. 電力工程技術，2021，40（5）：1-9.

[3] 梁錦華，原增泉，韓華春，等. 電動汽車充電站功率和時間分配控制策略[J]. 電力建設，2015，36（7）：101-106.

[4] 王毅，麻秀，萬毅，等. 基于分時充放電裕度的電動汽車有序充放電引導策略[J]. 電網(wǎng)技術，2019，43（12）：4353-4361.

（編輯 凌 波）