大功率充電在電動客車行業中的技術演進路線

穆曉鵬，栗文濤

大功率充電在電動客車行業中的技術演進路線

穆曉鵬，栗文濤

(特來電新能源有限公司，山東 青島 266000)

無論是在國際上還是在國內，大功率充電均發軔于電動客車行業。相對封閉的應用場景，使得大功率充電在該行業的推廣和普及已經具備了一定的規模。通過新型充電連接裝置已經實現了360 kW以上功率的充電，接下來的充電功率仍會提升，并且伴隨著智能化和自動化水平的不斷提高。

第二接口；充電弓；場站調度；接近識別；雙電極

0 引言

大功率充電一直以來都是充電設施行業發展的一個重點和熱點，大功率充電首先要解決的就是充電慢的問題，對于乘用車市場尤其如此，大功率配合車載動力電池的高倍率可以縮短電動汽車充電時間，提升用戶體驗，最終實現大功率充電站像普通加油站一樣便利。目前，采用液冷方式的下一代大功率充電標準正在實踐和評估測試中。

相比于乘用車，電動客車或類似的特種車輛則有著自身的一些特點，正是由于這些特征，使得電動客車走另一條大功率充電技術路線。

電動客車一般是專用車輛，不為個人所有，而歸屬于公交公司或類似組織，車輛運營范圍相對固定。基于此，配套的充電設施是服務于特定的組織、機構和運營車輛。在這樣一個相對封閉的生態環境中，互操作性方面的要求比較寬松，有利于大功率充電的落地實施。

電動客車動輒數百千瓦時的電池容量即便采用未來的液冷方式也難以滿足，所以充電系統在標準的充電接口之外，開辟出了第二充電接口——充電弓。

1 電動客車大功率充電的現狀

大功率充電以“第二接口”的形式率先在電動客車行業投入商用。

充電弓作為一種新型的連接器，在解決大功率充電的同時，通過自動連接的方式也解決了操作便利性的問題[1]，其整體的充電系統現狀如下。

1.1 充電弓

充電弓是大功率充電系統的核心部件，在充電設施側，采用自動下壓的方式和電動客車頂部的充電弓對接端傳導連接[1]。

連接器無外殼，非密閉連接，一共有4個極，DC+和DC-、CP和PE。其關鍵技術指標有：

(1) DC+、DC-通電流能力大于1 000 A；

(2) 下壓次數不低于10萬次；

(3) 定位允差前后、左右大于200 mm；

(4) 充電設施/電動客車雙向連接檢測。

連接器平面圖如圖1所示。

為了保證充電弓四極都能良好的接觸，充電弓會采用一定的彈性形變補償方式來彌補充電過程中車輛和弓體振動引起的輕微位移變化，同時電機采用壓力跟隨策略，可以做到毫秒級的壓力跟隨保持。

圖1 充電弓接口

1.2 充電流程

由于是非人操作傳導連接，那么相比傳統充電增加的是連接前要先建立通信，采用的方式是WIFI，將原本兩側的有線CAN無線化，透明傳輸。充電流程如圖2所示[2-3]。

圖2 充電流程

2 電動客車大功率充電的技術演進路線

2.1 場站調度

場站調度是指，當電動客車進入充電場站后，會自動接入場站的充電調度中心，調度中心根據當前電力容量負荷情況、各充電車位是否空閑、在充車輛的預計時間、待調度車輛的數量及位置，根據算法計算出最佳策略及路徑[4-5]，并將此信息無線傳遞給客車，結合著車輛的自動泊車功能，進入相應的充電車位。

圖3 通信網絡拓撲結構

電動客車與充電設施的聯網方式采用“傳染式”自組網技術，可以采用ZIGBEE或者BLE MESH組網，有效完成車輛、充電設施的互聯。

2.2 接近識別

當車輛進入車位時，通信的方式需要變成一對一，以完成后續充電中的持續通信。此時充電弓需要檢測到車輛，啟動一對一模式，同時還要知道車輛的身份，以識別和確立SSID[6]。

通過遠距離的RFID技術可以實現以上需求，充電弓上安裝RFID讀寫器，標簽貼在電動客車上，當車輛進入充電車位時即被檢測到，同時讀到標簽里的SSID信息，進而自動完成一對一的通信連接[7]。

圖4 RFID讀取原理

2.3 自調整連接

電動客車的停靠會有一定的偏差，當前的連接器尺寸做的比較大，通過留足允差的方式解決了這個問題，然而從長遠來看，連接器的小型化會更有利于車頂安裝，也有利于防護。

充電弓的3軸移動、自調整的對接可以滿足連接器的小型化需求。

2.4 雙電極充電

當充電電流超過1 000 A，單DC母線回路承受的溫升壓力已經很大，回路上的開關器件選型也變得困難，此時如果要實現更大功率的充電，雙DC電極是一個比較可行的方案。兩路DC甚至可以獨立控制，以各自回路上的溫升來動態調整電流的大小，實現安全的大功率充電[8-9]。

圖5 三軸移動示意圖

3 結論

綜上，可以看到，電動客車大功率的技術演進路線主要是朝著更大功率、更加智能的方向發展。

1) 雙電極的方案可以使現在的方案功率翻倍，實現MW級的超大功率充電[10-11]。

2) 通信的無線化，在電動客車進入充電場站后即可實現聯網，根據接收到的調度信息進入指定充電車位進行充電[12-14]。

3) 三軸自調整連接會使得連接器更加小型化和友好。

通過充電場站的調度，配合著自動泊車實現電動客車自動入位、充電設施的RFID識別到車輛身份，無需人工干預即可實現全自動化的大功率充電[15]。

[1] Position paper of charging interface initiative e.V. Automatic connection device interface for automatic conductive charging[EB/OL]. [2019-05-10]. www.charinev. org.

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[10]電動汽車非車載傳導式充電機技術條件: NBT 33001— 2018[S].

[11] 電動汽車充電設備檢驗試驗規范第1部分: 非車載充電機: NBT 33008.1—2018[S].

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GUO Wei, YIN Xintao, WANG Junxia, et al. Design of long-distance operation and maintenance system of charging pile based on Manhattan distance method[J]. Power System Protection and Control, 2018, 46(13): 135-138.

Roadmap of high power charging in electric bus industry

MU Xiaopeng, LI Wentao

(TGOOD NEW ENERGY CO., LTD, Qingdao 266000, China)

High power charging is originated from electric bus industry in the world. It becomes more and more popular in a determined application scenario. The charging power of more than 360 kW has been realized through a new type of connecting device. The charging power will increase in the future with the continuous improvement of intelligence and automation.

second interface; pantograph; charging station scheduling; positioning and pairing; dual DC bus

2019-08-25

穆曉鵬(1982—)，男，研究方向為電力配電及電動汽車充電集群的應用；E-mail: muxp@teld.cn

栗文濤(1981—)，男，研究方向為電動汽車充電系統的設計。E-mail: liwt@teld.cn