電動(dòng)汽車充電模式與充電站建設(shè)分析研究

1、 電動(dòng)汽車充電模式與充電站建設(shè)研究電動(dòng)汽車是一種發(fā)展前景廣闊的綠色交通工具，是解決能源和環(huán)境問(wèn)題的重要手段。電動(dòng)汽車充簡(jiǎn)介 電站為電動(dòng)汽車運(yùn)行提供能量補(bǔ)給，是發(fā)展電動(dòng)汽車所必須的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施。本文首先對(duì)電動(dòng)汽車的充電需求進(jìn)行了分析，同時(shí)提出電動(dòng)汽車發(fā)展對(duì)充電技術(shù)的要求。在此基礎(chǔ)上，比較研究了幾種類型的充 電模式的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，從電能外部接入角度對(duì)充電站的建設(shè)做了初步研究。 一、引言，噪音低，是解決能源和環(huán)境問(wèn)題的重要手段。隨著石油資源的緊“電動(dòng)汽車以電代油，能夠?qū)崿F(xiàn)零排放”張和電池技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車在性能和經(jīng)濟(jì)性方面已經(jīng)接近甚至優(yōu)于傳統(tǒng)燃油汽車，并開始在世界范圍內(nèi)逐漸推廣應(yīng)用。以電動(dòng)汽車

2、為代表的新一代節(jié)能與環(huán)保汽車是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)已經(jīng)成為普遍共識(shí)。充電系統(tǒng)為電動(dòng)汽車運(yùn)行提供能量補(bǔ)給，是電動(dòng)汽車的重要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，也是電動(dòng)汽車商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。在充電系統(tǒng)中，充電站的建設(shè)需要根據(jù)電動(dòng)汽車的充電需求，結(jié)合電動(dòng)汽車充電外部接入和配套設(shè)施資金投入方面對(duì)充電站的建設(shè)做了初步本文主要從電能模式進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。 研究。 二、電動(dòng)汽車充電需求分析隨著電動(dòng)汽車融入社會(huì)生產(chǎn)和生活，其對(duì)電能的需求將影響城市現(xiàn)有的供配電體系，進(jìn)而影響著電動(dòng)汽車 充電系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展。電動(dòng)汽車充電站的建設(shè)方式、建設(shè)容量等主要受以下因素的影響： 電動(dòng)汽車充電量的總體需求2.1 電動(dòng)汽車充電量與

3、電動(dòng)汽車保有量及車輛的日均行駛歷程、單位里程能耗水平等相關(guān)。以上海市為例，根 1840萬(wàn)。kWh72020據(jù)有關(guān)資料分析顯示，到年電動(dòng)汽車市場(chǎng)預(yù)計(jì)達(dá)到萬(wàn)多輛，日電量總消費(fèi)達(dá)到 電動(dòng)汽車運(yùn)行模式2.2在不同的運(yùn)行模式下，電動(dòng)汽車對(duì)其續(xù)駛能力和充電時(shí)間要求也不同，直接影響充電站的建設(shè)方式和功率 需求。在公交運(yùn)行模式下，由于公交車通常都有專門的停車場(chǎng)所，因此可在公交首末站停車場(chǎng)所建設(shè)充電站，利用夜間低谷時(shí)段進(jìn)行常規(guī)充電；公交電動(dòng)車一次充電續(xù)駛里程至少應(yīng)滿足單程運(yùn)行里程，緊急情況下應(yīng)能 實(shí)現(xiàn)電能的快速補(bǔ)充。在出租車運(yùn)行模式下，根據(jù)其一次充電后的續(xù)駛里程，應(yīng)在其相應(yīng)的出行范圍內(nèi)提供必要的充電設(shè)施。在 營(yíng)

4、運(yùn)時(shí)段，應(yīng)能通過(guò)快速充電或電池組快速更換完成電能補(bǔ)充。在公務(wù)車或社會(huì)車輛運(yùn)行模式下，電動(dòng)車輛由單位、部門的駕駛員或社會(huì)大眾駕駛，應(yīng)在公務(wù)車集中的區(qū) 域或居民小區(qū)建設(shè)相應(yīng)的充電設(shè)施。此外，對(duì)于充電站而言，車輛進(jìn)入充電站的運(yùn)行機(jī)制也會(huì)影響著充電站功率需求。車輛進(jìn)入充電隊(duì)列時(shí)間 越集中，充電站電力負(fù)荷將越大，充電站功率需求將越大。 動(dòng)力電池特性2.3之間變化。電池系統(tǒng)額定電壓相同的2.0 C0.2不同種類動(dòng)力電池具有不同的充電特性，最佳充電率在情況下，最高充電電壓由于電池種類、結(jié)構(gòu)型式上的區(qū)別也體現(xiàn)出一定的差別。對(duì)于不同種類的電池，充1 電方法及充電控制策略也不同。應(yīng)根據(jù)其電池特性不同采用不同的充電

5、方法。 充電時(shí)間 2.4不同運(yùn)行模式的電動(dòng)汽車對(duì)充電時(shí)間提出了不同的要求，而充電時(shí)間的不同需要不同的充電方式來(lái)滿足。在電動(dòng)汽車對(duì)充電時(shí)間要求不高的情況下，可在停運(yùn)時(shí)間利用電力低谷進(jìn)行常規(guī)充電，延長(zhǎng)車輛的續(xù)駛里程；在充電時(shí)間較為緊迫的情況下，需要采用快速充電或電池組快速更換及時(shí)實(shí)現(xiàn)電能補(bǔ)充。 1 / 6 充電場(chǎng)所及其他環(huán)境條件2.5動(dòng)力電池充放電工作效率受充電場(chǎng)所及其他環(huán)境條件的影響，尤其是受環(huán)境溫度的影響。在常溫下，電池充電接受能力較強(qiáng)，隨著環(huán)境溫度的降低，其充電接受能力逐漸降低。因此，隨環(huán)境溫度降低，充電站功2 率需求將增加。因而，建設(shè)充電站時(shí)應(yīng)盡可能保證其環(huán)境不受人為溫度條件的影響。 三、

6、電動(dòng)汽車發(fā)展對(duì)充電技術(shù)的要求盡管電動(dòng)汽車的充電站建設(shè)受到上述因素的不同影響，其建設(shè)方式和建設(shè)要求需根據(jù)實(shí)際情況而確定。但隨著電動(dòng)汽車的逐步推廣和產(chǎn)業(yè)化以及電動(dòng)汽車技術(shù)的日益發(fā)展，電動(dòng)汽車對(duì)充電站的技術(shù)要求表現(xiàn)出了 一致的趨勢(shì)，要求充電站盡可能向以下目標(biāo)靠近： 充電快速化 3.1相比發(fā)展前景良好的鎳氫和鋰離子動(dòng)力蓄電池而言，傳統(tǒng)鉛酸類蓄電池以其技術(shù)成熟、成本低、電池容量大、跟隨負(fù)荷輸出特性好和無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，但同樣存在著比能量低、一次充電續(xù)駛里程短的問(wèn)題。因此，在目前動(dòng)力電池不能直接提供更多續(xù)駛里程的情況下，如果能夠?qū)崿F(xiàn)電池充電快速化，從某種意義上 也就解決了電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短這個(gè)致命弱點(diǎn)。

7、充電通用化 3.2在多種類型蓄電池、多種電壓等級(jí)共存的市場(chǎng)背景下，用于公共場(chǎng)所的充電裝置必須具有適應(yīng)多種類型蓄電池系統(tǒng)和適應(yīng)各種電壓等級(jí)的能力，即充電系統(tǒng)需要具有充電廣泛性，具備多種類型蓄電池的充電控制算法，可與各類電動(dòng)汽車上的不同蓄電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充電特性匹配，能夠針對(duì)不同的電池進(jìn)行充電。因此，在電動(dòng)汽車商業(yè)化的早期，就應(yīng)該制定相關(guān)政策措施，規(guī)范公共場(chǎng)所用充電裝置與電動(dòng)汽車的充電接口、 充電規(guī)范和接口協(xié)議等。 充電智能化 3.3制約電動(dòng)汽車發(fā)展及普及的最關(guān)鍵問(wèn)題之一是儲(chǔ)能電池的性能和應(yīng)用水平。優(yōu)化電池智能化充電方法的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)無(wú)損電池的充電，監(jiān)控電池的放電狀態(tài)，避免過(guò)放電現(xiàn)象，從而達(dá)到延長(zhǎng)電池

8、的使用壽命和節(jié) 能的目的。充電智能化的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下方面： 優(yōu)化的、智能充電技術(shù)和充電機(jī)、充電站； 電池電量的計(jì)算、指導(dǎo)和智能化管理； 電池故障的自動(dòng)診斷和維護(hù)技術(shù)等。 3.4 電能轉(zhuǎn)換高效化電動(dòng)汽車的能耗指標(biāo)與其運(yùn)行能源費(fèi)緊密相關(guān)。降低電動(dòng)汽車的運(yùn)行能耗，提高其經(jīng)濟(jì)性，是推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素之一。對(duì)于充電站，從電能轉(zhuǎn)換效率和建造成本上考慮，應(yīng)優(yōu)先選擇具有電能轉(zhuǎn)換效 率高，建造成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)的充電裝置，如集中隔離型充電裝置等。 3.5 充電集成化本著子系統(tǒng)小型化和多功能化的要求，以及電池可靠性和穩(wěn)定性要求的提高，充電系統(tǒng)將和電動(dòng)汽車能量管理系統(tǒng)集成為一個(gè)整體，集成傳輸晶體

9、管、電流檢測(cè)和反向放電保護(hù)等功能，無(wú)需外部組件即可實(shí)現(xiàn)體積更小、集成化更高的充電解決方案，從而為電動(dòng)汽車其余部件節(jié)約出布置空間，大大降低系統(tǒng)成本，并 可優(yōu)化充電效果，延長(zhǎng)電池壽命。 四、電動(dòng)汽車充電模式比較研究根據(jù)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組的技術(shù)和使用特性，電動(dòng)汽車的充電模式存在一定的差別。對(duì)于充電方案的選4 擇，現(xiàn)今普遍存在常規(guī)充電、快速充電和電池組快速更換系統(tǒng)三種模式。2 / 6 4.1 常規(guī)充電 概念），充電電流相當(dāng)?shù)?，大小約為蓄電池在放電終止后，應(yīng)立即充電在特殊情況下也不應(yīng)超過(guò)24h普通充電）。常規(guī)蓄電池的充電方法都采用小電流的恒壓或恒流充電，一15A，這種充電叫做常規(guī)充電 般充電時(shí)間為多個(gè)小

10、時(shí)。1O8小時(shí)，甚至長(zhǎng)達(dá)至205 優(yōu)缺點(diǎn) 常規(guī)充電模式的優(yōu)點(diǎn)為： 盡管充電時(shí)間較長(zhǎng)，但因?yàn)樗霉β屎碗娏鞯念~定值并不關(guān)鍵，因此充電器和安裝成本比較低； 可充分利用電力低谷時(shí)段進(jìn)行充電，降低充電成本； 可提高充電效率和延長(zhǎng)電池的使用壽命。 常規(guī)充電模式的主要缺點(diǎn)為充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)車輛有緊急運(yùn)行需求時(shí)難以滿足。 適用范圍 這種充電模式通常適用于： 設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程盡可能大，需滿足車輛一天運(yùn)營(yíng)需要，僅僅利用晚間停運(yùn)時(shí)間充電； 由于常規(guī)充電以相當(dāng)?shù)偷碾娏鳛樾铍姵爻潆姡虼嗽诩依?、停車?chǎng)和公共充電站都可以進(jìn)行； 常規(guī)充電站一般規(guī)模較大，以便能夠同時(shí)為多輛電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。 4.2快速充電 概念常規(guī)

11、蓄電池的充電方法一般時(shí)間較長(zhǎng)，給實(shí)際使用帶來(lái)許多不便?？焖俪潆婋姵氐某霈F(xiàn)，為純電動(dòng)汽車的 商業(yè)化提供了技術(shù)支持。小時(shí)內(nèi)，為其提供短時(shí)充電2快速充電又稱應(yīng)急充電，是以較大電流短時(shí)間在電動(dòng)汽車停車的20分鐘至 服務(wù)，一般充電電流為150400A。 優(yōu)缺點(diǎn) 快速充電模式的優(yōu)點(diǎn)為： 充電時(shí)間短； 可充電充電電池壽命長(zhǎng)2000次以上）； 沒有記憶性，可以大容量充電及放電，在幾分鐘內(nèi)就可充70%的電；80%，與加油時(shí)間相仿，因 90%分鐘）就能使電池儲(chǔ)電量達(dá)到由于充電在短時(shí)間內(nèi) 綜合考慮，可采取雙路高壓電源進(jìn)線單母線分段的外部接線方式。 獨(dú)立設(shè)備對(duì)于獨(dú)立充電設(shè)備，如居民小區(qū)停車場(chǎng)、社會(huì)停車場(chǎng)等處安裝的電動(dòng)

12、汽車充電終端等，其供電可靠性要求要低于獨(dú)立充電設(shè)施，并且從實(shí)際情況考慮，往往不具備條件新建專門的供電變壓器等，只能利用原有的供電配套設(shè)施進(jìn)行改造。必須根據(jù)充電設(shè)備安裝點(diǎn)現(xiàn)有的負(fù)荷容量來(lái)考慮，包括谷電的負(fù)荷。具體方案應(yīng) 根據(jù)實(shí)際的供電設(shè)施、小區(qū)的建筑環(huán)境具體來(lái)確定。 充電站電力配套資金的投入5.3 常規(guī)充電 典型常規(guī)充電站的規(guī)模輛電動(dòng)汽車來(lái)配置一個(gè)充電站，這種配置是考慮根據(jù)目前電動(dòng)汽車常規(guī)充電的數(shù)據(jù)資料，一般以2040輛電動(dòng)來(lái)6080充分利用晚間谷電進(jìn)行充電，缺點(diǎn)是充電設(shè)備利用率低。在高峰時(shí)也考慮充電，則可以 配制一個(gè)充電站，缺點(diǎn)是充電成本上升，增加高峰負(fù)荷。 前提充電柜具有諧波等處理功能）充電

13、站電力配套的典型配置 a方案：出線。380V22建造配電站設(shè)計(jì)路10KV電纜進(jìn)線配3*70mm電纜），臺(tái)500KVA變壓器，24路回路），二路為機(jī)械充電或備用出線，4其中二路為快速充電專用出線配4*120mm電纜、50M長(zhǎng)、 50M其余為常規(guī)充電出線配4*70mm電纜、長(zhǎng)、20回路） 方案：b出配設(shè)計(jì)2路10KV電纜線3*70mm電纜），設(shè)置2臺(tái)500KVA用戶箱變，每臺(tái)箱變配4路380V配線配4*240mm回路），每路出線設(shè)置一臺(tái)84回路電纜分支箱向充電柜供電電纜、20M長(zhǎng)、 回路）。50M長(zhǎng)、244*70mm電纜、 快速充電 典型快速充電站的規(guī)模 根據(jù)目前電動(dòng)汽車快速充電的數(shù)據(jù)資料，一般以

14、同時(shí)向8輛電動(dòng)汽車充電來(lái)配置一個(gè)充電站。 充電站電力配套的典型配置路3*70mm配電纜），2臺(tái)500KVA變壓器，1010KVa方案、建造配電站設(shè)計(jì)2路電纜進(jìn)線 電纜、50M回路）。長(zhǎng)、10配380V出線4*120mm路4臺(tái)配10KV電纜線3*70mm電纜），設(shè)置2500KVA用戶箱變，每臺(tái)箱變配路方案、設(shè)計(jì)b2 回路）。850M4*120mm380V出線，供充電站配電纜、長(zhǎng)、 機(jī)械充電 機(jī)械充電站的規(guī)模5 / 6 小型機(jī)械充電站可以結(jié)合常規(guī)充電站建設(shè)同時(shí)考慮，可以根據(jù)需要選擇更大容量的變壓器。大型機(jī)械充電組充電電池同時(shí)充電配置一個(gè)大型機(jī)械充電站，主要適用于出租車行業(yè)或電池租賃行站一般以801

15、00 400組電池的充電。業(yè)，一天不間斷充可以完成對(duì) 大型機(jī)械充電站）充電站電力配套的典型配置配380V出線 1022配電站路10KV電纜進(jìn)線配3*240mm電纜），臺(tái)1600KVA變壓器，路 10回路）。電纜、4*240mm50M長(zhǎng)、 便攜式充電 別墅10mm2具備三相四線表計(jì)，獨(dú)立的停車庫(kù)，可以利用已有的住宅供電設(shè)施，從住宅配電箱專門放一路 16mm2的線路至車庫(kù)的專用插座，來(lái)提供便攜式充電電源?；?一般住宅充電安全考慮），可以利用小區(qū)原有的供電配套設(shè)施進(jìn)行具有固定的集中停車庫(kù)，一般要求地下停車庫(kù)改造，必須根據(jù)小區(qū)已有的負(fù)荷容量來(lái)考慮，包括谷電的負(fù)荷。具體方案應(yīng)根據(jù)小區(qū)的供電設(shè)施、方案以 及小區(qū)的建筑環(huán)境具體來(lái)確定。 六、結(jié)束語(yǔ)本文對(duì)電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)建設(shè)的影響因素進(jìn)行了初步分析，總結(jié)出電動(dòng)汽車充電技術(shù)發(fā)展的幾大趨勢(shì)，然后分析了常規(guī)充電、快速充電、機(jī)械充電這三種主要充電模式各自的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)以及適用范圍。最后，根 據(jù)充電站的類型、規(guī)模等各方面綜合規(guī)劃，給出了幾種可供選擇的電能外部接入方式。電動(dòng)汽車是未來(lái)新能源汽車的主要發(fā)展方向，而充電體系的建立是其發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。本文希望通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車充電方式及充電站建設(shè)的研究，對(duì)電動(dòng)汽車充電體系進(jìn)行初步探討，為將來(lái)電網(wǎng)企業(yè)參與電動(dòng)汽 車充電體系建設(shè)提供思路和理論基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn).2005.8 1