電動汽車充換電站綜述

1、電動汽車充換電站綜述 【摘要】在倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的背景下，電動汽車作為一種新興的綠色環(huán)保交通工具，在未來汽車市場將占據(jù)重要地位。充換電站作為電動汽車能量補(bǔ)給站，是發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。本文僅就充換電站工程特別部分作一略述以供參考。 【關(guān)鍵詞】電池箱；電動車；充換電站； 1.前言 在能源危機(jī)和氣候變暖的雙重挑戰(zhàn)下，電動汽車成為發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、落實(shí)節(jié)能減排政策的重要途徑。電動汽車作為一種新型交通工具，是緩解我國石油資源緊張、城市大氣污染嚴(yán)重問題的重要手段，是推進(jìn)交通發(fā)展模式轉(zhuǎn)變的有效載體。 電動汽車充換電設(shè)施為電動汽車運(yùn)行提供能量補(bǔ)給，是電動汽車的重要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，也是電動汽車商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過程中的重

2、要環(huán)節(jié)。電動汽車充換電設(shè)施建設(shè)，符合國家創(chuàng)建環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的和諧社會需求，并且能有效地為促進(jìn)新能源電動汽車的快速發(fā)展提供最根本的基礎(chǔ)設(shè)施的保障。 2.充換電站主要組成 電動汽車充換電站一般由電池箱、電池更換系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)及配套的建構(gòu)筑物所組成。 圖1 典型充換電站布置圖（1電池箱及充電系統(tǒng)；2電池箱堆垛及更換機(jī)器人；3機(jī)器人行車軌道；4半自動換電裝置） 2.1 動力電池 動力電池是電動汽車的關(guān)鍵元器件，目前主要采用的是鋰電池，其特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、工作電壓高、循環(huán)壽命長、自放電率低、無污染、安全性高。主要分為酸鋰電池及磷酸鐵鋰電池。通過電池串聯(lián)，可提高電壓，容量保持不變；

3、電池并聯(lián)，可抬高容量，電壓保持不變。 2.2 電池更換系統(tǒng) 電池更換系統(tǒng)是充換電站的核心組成部分，由電池箱堆垛設(shè)備、電池箱更換設(shè)備、暫存架以及電池箱等組成。 電池更換系統(tǒng)工作流程：將電動汽車沿車輛導(dǎo)引裝置開到指定位置，無需車輛硬連接固定，由電池箱更換設(shè)備（機(jī)器人）將汽車兩側(cè)上的電池逐個卸下，再將準(zhǔn)備好已充滿電的電池，推入汽車內(nèi)，完成更換。電池箱堆垛設(shè)備將更換下的電池逐個搬入電池架進(jìn)行充電。 為了保證在換電設(shè)備發(fā)生意外故障停運(yùn)或充換電站內(nèi)停電無法運(yùn)行等突發(fā)情況下依然可以進(jìn)行換電服務(wù)，一般充換電站均配置有半自動換電裝置，其采用機(jī)械助力方式，單人可輕松快捷完成電池箱的更換。 2.3 充電系統(tǒng) 充電系

4、統(tǒng)包括充電機(jī)和充電架。 目前電池充電常采用三段充電法：預(yù)處理、恒流充電、恒壓充電。開始以預(yù)定的恒流充電，電池電壓逐漸升高，當(dāng)充到接近充電終止電壓時，恒流充電結(jié)束，接著以充電終止電壓恒壓充電，充電電流不斷下降，當(dāng)降至0.1c時，表示電池已充滿，終止充電。 充電機(jī)主要有兩大類：相控式、高頻開關(guān)式。 相控式采用大功率晶閘管為開關(guān)器件，交流輸入電壓經(jīng)工頻隔離變壓器降壓/升壓后，利用晶閘管整流后，經(jīng)輸出濾波電路得到穩(wěn)定的直流電流/電壓。特點(diǎn)：單機(jī)功率大，技術(shù)成熟，易維修，但對電網(wǎng)有一定的諧波干擾。 高頻開關(guān)式采用功率晶體管、mos管、igbt等為開關(guān)器件，交流輸入電壓經(jīng)整流濾波后得到脈動的直流電壓，經(jīng)高

5、頻逆變、高頻隔離變壓器、整流濾波后輸出穩(wěn)定的直流電流/電壓。特點(diǎn)：系統(tǒng)效率高、體積小、諧波干擾小、系統(tǒng)可靠性高。 充電機(jī)可動態(tài)調(diào)整充電參數(shù)、自動完成充電過程，并具備通過總線方式與電池管理系統(tǒng)通信的功能，獲得電池箱參數(shù)及充電電池的狀態(tài)參數(shù)。 充電機(jī)能判斷電池箱是否連接正確。與電池箱正確連接后，充電機(jī)才能允許啟動充電過程。當(dāng)充電機(jī)檢測到與電池箱的連接不正常時，必須立即停止充電。 2.4 供配電系統(tǒng) 充換電站按設(shè)計規(guī)模，一般采用10kv電壓等級供電，站內(nèi)設(shè)置有附屬配電所。供配電系統(tǒng)包括：高壓配電裝置、400v配電裝置、配電變壓器、配電保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)、計量計費(fèi)系統(tǒng)。 （1）配電變壓器 考慮電動汽車充換

6、電站負(fù)荷變化大、空載時間長，宜選用樹脂澆注干式變壓器，其容量可根據(jù)充電設(shè)施內(nèi)充電機(jī)的輸入容量、充電機(jī)數(shù)量、充電機(jī)同時系數(shù)及變壓器最佳負(fù)荷率、功率因數(shù)定。 式中，sn變壓器容量（kva）；kx充電機(jī)同時系數(shù)，取0.6；p充電機(jī)輸出功率（kw）；cos功率因數(shù)，取0.95；充電機(jī)工作效率，高頻開關(guān)整流充電機(jī)取0.9；se除去充電機(jī)外其它設(shè)施總負(fù)荷容量（kva）；m變壓器最佳負(fù)荷率，取0.65。 （2）有源濾波無功補(bǔ)償裝置 電動汽車充電屬于諧波源負(fù)荷，會產(chǎn)生諧波電流注入公用電網(wǎng)，影響電網(wǎng)電能質(zhì)量水平。因此需要采取措施抑制其諧波電流注入，以確保電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。充換電站一般考慮在40

7、0v母線配置有源濾波器以抑制諧波，其容量可按下式計算。 式中，s補(bǔ)有源濾波器容量（kva）；kx整體修正系數(shù)，一般選擇0.50.8；ki（i=1，2，3）充電機(jī)可靠系數(shù)，一般取1.051.20； i（i=1，2，3）充電機(jī)的充電效率； i（i=1，2，3）充電機(jī)在交流電源輸入端產(chǎn)生的諧波電流含有率（取輸出電壓范圍內(nèi)的最大值）； si（i=1，2，3）單臺充電機(jī)容量（kva）。 （3）監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)是充換電站自動化系統(tǒng)的核心，主要包括監(jiān)控后臺、充電機(jī)控制系統(tǒng)、配電系統(tǒng)監(jiān)控、電池更換監(jiān)控系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、安防系統(tǒng)及通訊管理機(jī)等。 充電機(jī)控制系統(tǒng)是充電機(jī)的一部分，是充電機(jī)的控制中心和通信樞紐。負(fù)責(zé)

8、與后臺系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)；完成充電機(jī)的充電控制；獲取電池狀態(tài)和運(yùn)行信息；完成充電過程的聯(lián)動控制。 （4）計量計費(fèi)系統(tǒng) 計量計費(fèi)系統(tǒng)由計量部分和計費(fèi)部分組成，計量部分由關(guān)口電表、直流電表、交流電表以及用電采集終端組成；計費(fèi)部分由計費(fèi)工作站與服務(wù)器組成。 充換電站由用電采集終端采集各個關(guān)口電表、直流電表、交流電表的實(shí)時電量信息，通過本地工業(yè)以太網(wǎng)與計費(fèi)工作站通訊，將整個電站的電量信息傳送至后臺并儲存。 3.結(jié)語 隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，充換電站在國內(nèi)也迎來建設(shè)高潮。充換電站作為一個新類型的工程擺在各參與建設(shè)單位面前，特別是設(shè)計單位，應(yīng)熟悉了解充換電站內(nèi)所使用的設(shè)備、工藝流程、工程特點(diǎn)，方能很好地完成設(shè)計工作。 參考文獻(xiàn)： 1汪奐伶；吳尚潔；田立亭；許守平. 電動汽車充換電站諧波水平分析及治理.西安：