双枪充电工况下直流充电桩功率分配策略分析

【摘 要】中国新能源汽车市场快速发展，市场规模持续扩大。随着电动汽车渗透率逐步增高，快速补能已成为各家新能源车企以及充电桩企重点关注的内容。文章主要介绍目前一体式双枪直流桩以及分体式直流桩功率分配原理，并依托中国充电工况项目（CCIC）实地采集不同型号、不同运营商和不同制造商的一体式双枪直流桩以及分体式直流桩在两辆车同时充电状态下充电电压、充电电流、充电功率变化情况，通过测试结果总结规律，分析一体式双枪直流桩以及分体式直流桩功率分配原理。

【关键词】电动汽车；直流充电；双枪充电；功率分配

中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：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，中国纯电动汽车保有量1401万辆，占新能源汽车总量的76.9%，中国新能源汽车尤其是纯电动汽车快速进入全面市场化拓展期。与此同时，中国公共充电设施发展迅猛，中国充电联盟内成员单位总计上报公共充电桩272.6万台，其中直流充电桩120.3万台，交流充电桩152.2万台。纯电动汽车与直流充电桩的比例大概是11.6∶1，为了解决直流充电桩无法满足市面上纯电动汽车快速补能的需求，各家充电桩运营商和制造商企业逐步扩大了一体式双枪直流桩以及分体式直流桩铺设占比。

通过中国充电工况项目组调研分析全国高速服务区直流桩结构结果可知，目前分体式直流充电桩占比58%，一体式双枪直流充电桩占比28%，一体式单枪直流充电桩占比14%，如图1所示。

根据充电桩铭牌显示的生产日期可总结出2015～2023年期间中国高速直流桩结构形式的发展历史和发展趋势：①2015年，绝大多数直流桩为一体式单枪，占比为83%，其余的14%为分体式直流桩；②2016～2019年，一体式双枪直流桩占比逐年提升至70%，一体式单枪直流桩占比逐年降至11%，分体式直流桩整体维持在20%水平；③2020～2023年，一体式单枪直流桩占比继续逐年下降至2%，各家运营商为进一步降低运营成本，一体式双枪直流桩占比开始逐年下降至49%，分体式直流桩占比逐年提升，到2023年占比已达47%。

根据保有量来看，一体式双枪依然是行业主流，但根据每年增量发展趋势来看，未来分体式将逐渐成为主流。面对越来越多双枪充电或多枪充电的工况，电动汽车企业越发关注直流充电桩是如何执行功率分配，同时也关注新双枪充电下充电桩输出电压、输出电流如何变化。本文将介绍一体式双枪直流桩以及分体式直流桩功率分配原理及方法，同时依托中国充电工况项目，实地采集一体式双枪直流桩以及分体式直流桩在已有车辆充电情况下，加入新的车辆进行充电后，正在充电的电动汽车充电功率、电流、电压等的变化情况。

2 一体式双枪直流桩以及分体式直流桩功率分配

2.1 直流充电桩功率分配方法概述

直流充电桩的功率分配策略是确保充电效率和满足不同用户需求的关键技术之一。目前国内一体式双枪直流桩以及分体式直流桩功率充电桩功率分配主要有以下几种策略。

1）模块化设计。直流充电桩采用模块化设计，能够根据用户需求灵活分配功率。通过获取车桩充电交互报文获取剩余预期充电时间和充电状态，确定每辆电动汽车的预计充电时间，并据此确定充电优先级，进而进行功率分配[1]。

2）柔性功率分配。柔性功率分配方法可以提高功率模块的利用率。在充电模块负载率大于预设阈值时，系统会计算剩余功率并切除空闲的功率模块，之后重新确定充电优先级和功率分配规则。柔性功率分配系统通常配备有智能控制单元，能够根据实时充电需求和电网状态自动调整功率分配，实现智能化管理[2]。

3）自动功率分配群充系统。这种系统能够实现动态功率分配，根据电动汽车的类型和充电需求，智能分配功率，具有高智能化、节能经济等优点，可以通过云平台或移动终端进行管理，实现真正的动态功率分配[3]。

4）分体式设计。分体式直流充电桩通过分体式结构，可以协同各个充电终端进行充电，主机可远离充电终端，减少噪声，提升用户体验。这种设计允许充电桩灵活配置输出功率，同时有助于简化充电桩的维护工作，因为电源柜和充电终端可以独立维护，便于快速定位和解决问题。

5）充电功率动态分配策略。通过结合快、慢充电双车位互补结构的充电站总体布局结构，允许充电站根据电动汽车的充电需求和电网条件，智能分配每个充电桩的功率，以满足不同充电需求并提高充电效率。

6）软件控制策略。充电桩通过设置多种充电模式进行控制策略优化，包括自动充满模式、按时间充电模式、按金额充电模式和按电量充电模式，以实现充电桩的经济最优控制方案[4]。

2.2 直流充电桩功率分配优势

通过直流充电桩功率分配策略和技术的应用，提升了充电桩的充电效率，降低运营成本，并提高用户的充电体验。随着电动汽车市场的快速发展，充电桩的智能化和功率分配技术将不断进步，以适应不断变化的市场需求。实现直流充电功率分配具有以下优势。

1）提高功率模块利用率。通过功率分配方法，可以提高功率模块的利用率，减少功率模块的空闲状态，从而提升充电桩的运行效率。

2）灵活性和适应性。直流充电桩可以根据电动汽车的充电需求和电池状态，动态调整充电功率，实现更加智能化的充电过程。

3）减少充电时间。大功率直流充电桩能够提供更高的充电功率，显著减少电动汽车的充电时间，尤其适合对充电时间有较高要求的应用场景，如出租车、公交车和物流车等。

4）兼容性和扩展性。自动功率分配群充系统可以实现多枪轮充，对多辆不同类型汽车同时充电，并根据车辆需求、电网限制等进行智能功率分配，保证了充电模块的充分利用，同时满足了用户多样化的充电需求。

5）节能经济。直流充电桩可以利用低谷电、低价电进行充电，降低充电成本。同时，由于设备利用率高，可以减少投资和运营成本。

3 双枪充电工况下直流充电桩功率输出变化情况

3.1 “中国充电工况”项目介绍

“中国充电工况”项目收集了全面充电桩静态数据、实采数据及测试数据，精确遴选出各型代表充电桩所在点位，支持车企绝对高效的实现车桩全面充电兼容测试，快速发现车型在“中国充电工况”下的充电问题。项目通过大规模数据采集和精确采样，确保充电工况数据的真实性和准确性，为各方提供可靠的测试基准和参考依据，同时能提供多维度、多角度的充电工况数据分析，帮助用户全面了解充电性能、行为特征以及潜在问题，为产品优化、系统设计和政策制定提供支持，平台展示如图2所示。

3.2 测试条件

测试团队驾驶的车辆为800V平台纯电动轿车，直流额定充电电流250A，额定工作电压726V，测试照片如图3所示，其余测试车辆为社会车辆。

3.3 测试内容

在高速服务区的充电站，将试验车辆接入正在进行充电的充电桩，记录试验车启动充电后，正在充电的车辆电压、电流、功率变化情况。

4 测试结果分析

如图4所示，从测试结果可以看出，有10台充电桩在有车辆进行充电的情况下，第2辆车开始充电后，前后功率变化范围在±1%以内，此10台充电桩均是第2辆车启动充电后，正在充电的车辆充电电流未发生改变，前后功率发生变化的原因是车辆在充电过程中电压逐渐升高，充电功率逐渐增大，功率会有微小变化；有7台充电桩功率降低1%～10%，此7台充电桩均是第2辆车启动充电后，正在充电的车辆充电电流降低5～10A；有10台充电桩功率降低10%～56%，此10台充电桩均是第2辆车启动充电后，正在充电的车辆充电电流降低20～100A。

车辆SOC与功率变化比例关系如图5所示，从图中可以看出，车辆SOC与功率变化比例无明显关系。同时，即便是相同车型，功率变化比例也有较大差异。

通过采用不同型号的交直流充电桩对电动汽车进行接触电流测试可知，正常充电情况下的接触电流最大值为0.08mA，远小于PE线中断情况下的0.79mA。交流充电中，接触电流交流分量大于直流分量，直流充电中，接触电流直流分量大于交流分量。由于充电过程中，充电设施与电动汽车处于同一充电回路中，充电设施自身内部也会产生接触电流，导致电动汽车与不同型号充电桩进行充电会产生不同的接触电流结果。为保证测试的结果为正确接触电流值，后续测试将在电动汽车和充电设备之间增加一个霍尔传感器用来测量供电设备的接触电流，从而得到更加精准的接触电流值。

5 结束语

综上所述，本文对一体式双枪直流桩以及分体式直流桩功率分配原理进行了介绍，并依托中国充电工况项目（CCIC）对多台不同类型的充电桩在两辆车同时充电状态下的充电电压、充电电流、充电功率变化情况进行了实地采集与分析。研究结果表明，不同充电桩的功率变化范围差异较大，即使相同型号充电桩在双枪充电工况下，因软件版本不同导致控制策略不同，表现也有较大差异。此外，车辆SOC与功率变化比例无明显关系，即便是相同车型，功率变化比例也存在较大差异。因此，在未来的研究方面，可以进一步深入探讨不同软件版本控制策略对充电桩功率分配的影响机制，以及寻找更加稳定和高效的充电桩功率分配方案，以满足日益增长的电动汽车充电需求。

参考文献：

[1] 陈新星，娄柯，刘世林，等. 电动汽车充电站充电功率动态分配策略的研究[J]. 重庆理工大学学报（自然科学），2019，33（9）：25-32.

[2] 南斌，徐成司，董树锋，等. 考虑多充电模式的充电桩优化控制策略[J]. 电力工程技术，2021，40（5）：1-9.

[3] 梁锦华，原增泉，韩华春，等. 电动汽车充电站功率和时间分配控制策略[J]. 电力建设，2015，36（7）：101-106.

[4] 王毅，麻秀，万毅，等. 基于分时充放电裕度的电动汽车有序充放电引导策略[J]. 电网技术，2019，43（12）：4353-4361.

（编辑 凌 波）