充電樁布局規(guī)范

1、摘要:電動汽車充電站是發(fā)展電動汽車所必須的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施,對電動汽車的充電需求進(jìn)行了分析,提出了發(fā)展電動汽車對充電技術(shù)的要求,分析了影響電動汽車充電站規(guī)劃的幾方面因素,并對其布局規(guī)劃提出了原則性建議。建設(shè)電動汽車充電站是電動汽車產(chǎn)業(yè)推廣的前提和基石,在拓展電力市場需求的同時(shí),完善高效的能源供給網(wǎng)絡(luò)是電動汽車廣泛應(yīng)用的必要條件之一。電動汽車的充電系統(tǒng)是發(fā)展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)化過程中的重要環(huán)節(jié)。充電站的建設(shè)需要根據(jù)電動汽車的充電需求,結(jié)合電動汽車充電模式進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)1 我國充電站建設(shè)現(xiàn)狀2007 年12 月14 日, 國家發(fā)改委新修訂的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目

2、錄,在原有鼓勵(lì)建設(shè)燃?xì)馄嚰託庹竟こ痰幕A(chǔ)上,首次提出鼓勵(lì)建設(shè)新能源汽車充電站工程,為電動汽車產(chǎn)業(yè)化提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)。在2008 年8月初“首屆綠色能源汽車發(fā)展高峰論壇”上,科技部計(jì)劃通過連續(xù)3年,在國內(nèi)10 個(gè)以上有條件的大城市,進(jìn)行千輛新能源汽車的試驗(yàn),開展千輛級混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車以及能源供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模示范。2007 年6月,國家電網(wǎng)公司在國家電網(wǎng)公司“十一五”節(jié)能減排綜合性工作方案中就規(guī)劃在北京、上海等試點(diǎn)省市開展公交車、出租車、工程搶險(xiǎn)車、垃圾清運(yùn)車等電動化改造、試點(diǎn)運(yùn)營和建設(shè)充電站等工作。預(yù)計(jì)到“十一五”末,國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)電動公交車運(yùn)行將達(dá)到420 條

3、線路、4 200 輛車,電動出租車達(dá)到535 輛。國家電網(wǎng)籌建的首批“示范”電動汽車充電站,服務(wù)對象不僅僅是純電動公交車,還包括未來商業(yè)化前景更大的純電動轎車。一旦國家電網(wǎng)公司正式啟動電動汽車充電站全國網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),勢必會極大地推動我國電動汽車行業(yè)的發(fā)展。目前,我國有不少城市和地區(qū)已經(jīng)開始電動汽車充電站建設(shè),但還沒有形成一套成熟的布局規(guī)劃體系,更沒有形成充電站的規(guī)模建設(shè)。隨著電動汽車的不斷發(fā)展進(jìn)步,充電站的規(guī)劃和建設(shè)將步入規(guī)模化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代,進(jìn)行充電站布局研究2 影響電動汽車充電站布局的因素2. 1 電動汽車充電量的總體需求電動汽車充電量的總體需求是影響充電站布局的關(guān)鍵因素。只有充電量達(dá)到一定規(guī)

4、模之后, 充電站才可能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模布點(diǎn)。電動汽車充電量與電動汽車保有量及車輛的日均行駛里程、單位里程能耗水平等相關(guān)。以上海市為例,據(jù)預(yù)測,到2020 年電動汽車年電力需求樂觀預(yù)測將達(dá)到73. 7 億kW ·h,這將要求電動汽車充電站具有相當(dāng)規(guī)模才能滿足車輛的充電需要。2. 2 電動汽車運(yùn)行模式在不同的運(yùn)行模式下,電動汽車對其續(xù)駛能力和充電時(shí)間要求也不同,從而影響著充電的方式和電能的消耗,充電站建設(shè)方式和功率需求也將受到直接影響。根據(jù)不同的用戶類型,電動汽車可以分為以下幾類:(1 示范區(qū)用車。如果為示范運(yùn)行配備的車輛數(shù)有限,則為了提高車輛運(yùn)營效率,建議采用更換電池組的方式,但是這就

5、需要增加電池組的投資;如果配備的車輛能夠滿足運(yùn)營要求,建議采用整車充電方式,這樣就可以降低電池組的投資,減少電池更換操作造成的工作量。鑒于示范區(qū)用車數(shù)量少,運(yùn)行范圍相對集中,可以在示范區(qū)內(nèi)建立集中的大型充電站(電池更換點(diǎn) ,實(shí)現(xiàn)規(guī)?；\(yùn)作。(2 集團(tuán)車隊(duì)。建議采用整車充電方式。這是由于他們的行駛里程和路徑可預(yù)估,可充分利用夜間停運(yùn)時(shí)段進(jìn)行充電,滿足下一次的行駛里程需要。集團(tuán)車隊(duì)一般可充分利用集團(tuán)的固定停車場建立充電站,主要利用夜間谷電充電。(3 社會車輛。根據(jù)車輛運(yùn)營的目的采取適合的方式。比如,出租車和載客大巴車,需要及時(shí)快速補(bǔ)充電能,盡量增加運(yùn)營時(shí)間,獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益,建議在始發(fā)站點(diǎn)建立專

6、用充電站或電池更換點(diǎn),提高運(yùn)營效率;用于上下班的私家車,停放時(shí)間和位置相對確定,可充分利用停靠的時(shí)間進(jìn)行充電,因此,可以依托停車場所,建立簡易充電設(shè)施提供充電服務(wù),這樣,不用興建大規(guī)模的集中充電站,可以大大降低成本。(4 微型車輛。根據(jù)個(gè)體實(shí)際情況決定采用整車充電方式或電池組更換方式的充電方式。這類電池的容量較小,充電時(shí)間不會太長,電池的成本較低,補(bǔ)充電能的方式只要方便使用者即可。對于充電站而言,車輛進(jìn)入充電站的運(yùn)行機(jī)制也會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。這里特別要提及的是,電動車應(yīng)充分利用電網(wǎng)谷電階段進(jìn)行充電,對車輛所有者而言,最

7、大限度降低運(yùn)行成本,而電網(wǎng)公司則可借此調(diào)節(jié)電網(wǎng)的峰谷差。2. 3 電動汽車能源供給方式對于能源供給方式的選擇,現(xiàn)今普遍存在整車充電系統(tǒng)(包括常規(guī)充電、快速充電兩種模式 和地面充電系統(tǒng)兩種模式。(1 整車充電系統(tǒng):常規(guī)充電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24 h ,充電電流相當(dāng)?shù)?大小約為15 A , 這種充電方式稱為常規(guī)充電(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,一般充電時(shí)間為58 h, 甚至長達(dá)10 至20 多h。常規(guī)充電模式的優(yōu)點(diǎn)為:1 盡管充電時(shí)間較長,但所用功率和電流的額定值并不關(guān)鍵,因此充電器和安裝成本比較低;2 可充分利用電力低谷時(shí)段進(jìn)

8、行充電,降低充電成本;3 可提高充電效率和延長電池的使用壽命。常規(guī)充電模式的主要缺點(diǎn)為充電時(shí)間過長, 當(dāng)車輛有緊急運(yùn)行需求時(shí)難以滿足。(2 整車充電系統(tǒng):快速充電常規(guī)蓄電池的充電方法一般時(shí)間較長,給實(shí)際使用帶來許多不便。為了縮短蓄電池達(dá)到滿充狀態(tài)的時(shí)間,同時(shí),盡量降低蓄電池正負(fù)極板的極化,以提高蓄電池使用效率,國內(nèi)外一直都在不斷地研究和開發(fā)快速充電方法和技術(shù)?？焖俪潆婋姵氐某霈F(xiàn),為純電動汽車的商業(yè)化提供了技術(shù)支持。快速充電又稱應(yīng)急充電,是以較大電流短時(shí)間在電動汽車停車的20 m in2 h, 為其提供短時(shí)充電服務(wù),一般充電電流為150400 A 。快速充電模式的優(yōu)點(diǎn)為:1 充電時(shí)間短;2 充電

9、電池壽命長(可充電2 000 次以上 ;3 沒有記憶性,可以大容量充電及放電,在幾分鐘內(nèi)就可充電至70% 80%;4 由于充電在短時(shí)間內(nèi)(約為1015 min 就能使電池儲電量達(dá)到80% 90% , 與加油時(shí)間相仿,因此,建設(shè)相應(yīng)充電站時(shí)可不配備大面積停車場。但是,相對常規(guī)充電模式,快速充電也存在一定的缺點(diǎn):1 充電器充電效率較低,且相應(yīng)的工作和安裝成本較高;2 由于采用快速充電,充電電流大,這就對充電技術(shù)方法以及充電的安全性提出了更高的要求,同時(shí)計(jì)量收費(fèi)設(shè)計(jì)也需特別考慮。(3 地面充電系統(tǒng)又稱機(jī)械充電,通過電池租賃方式,直接更換電動汽車的電池組。蓄電池更換站為續(xù)駛里程長而又沒能及時(shí)充電的客戶

10、提供更換蓄電池的服務(wù),對卸載下的電池采用地面充電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充里程適中,滿足車輛技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和運(yùn)營的需要。在實(shí)際的運(yùn)行中,以一定的實(shí)際放電深度為基準(zhǔn),能滿足下一個(gè)往返需求的,則繼續(xù)行駛;電池容量不能滿足要求而時(shí)間允許的,可進(jìn)行快速充電;時(shí)間緊的,可進(jìn)行電池快速更換。但這種綜合運(yùn)行方案在電池剩余能量測量技術(shù)不成熟的情況下,必須建立每輛車的行駛檔案,以便估計(jì)車載電池的剩余電量情況。而多種方案相結(jié)合,對于運(yùn)營的組織和管理也將帶來一定的難度。2. 4 動力電池特性不同種類動力電池具有不同的充電特性,最佳充電率在0. 22. 0 C 之間。電池系統(tǒng)額定電壓相同的情況下,最高充電電壓由于電池種類、結(jié)構(gòu)型式上的

11、區(qū)別也體現(xiàn)出一定的差別。充電電流越大、充電電壓越高,單車充電功率需求越大,導(dǎo)致充電站容量需求越大。對于不同種類的電池,充電方法及充電控制充電。這種模式下,備用電池組存儲空間及如何真正實(shí)現(xiàn)電池快速更換是問題考慮的關(guān)鍵。由于電池組重量較大,更換電池的專業(yè)化要求較強(qiáng),更換站需配備專業(yè)人員借助專業(yè)機(jī)械來快速完成電池的更換、充電和維護(hù)。采用這種模式,具有如下優(yōu)點(diǎn):1 電動汽車用戶可租用充滿電的蓄電池,更換已經(jīng)耗盡的蓄電池,有利于提高車輛使用效率, 也提高了用戶使用的方便性和快捷性;2 對更換下來的蓄電池可以利用低谷時(shí)段進(jìn)行充電,降低了充電成本,提高了車輛運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性;3 從另一個(gè)方面看,解決了充電時(shí)間乃至

12、蓄存電荷量、電池質(zhì)量、續(xù)駛里程長及價(jià)格等難題;4 由于電池的更換、充電和維護(hù)工作由專業(yè)人員完成,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池組中單電池的問題, 進(jìn)行維修工作,對于電池的維護(hù)工作將具有積極意義,電池組放電深度的降低也將有利于提高電池的壽命。這種模式面臨的最大障礙不是技術(shù)上的,而是管理上的,要解決的幾個(gè)主要問題是:電池與電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)化;電動汽車的設(shè)計(jì)改進(jìn)、充電站的建設(shè)和管理,以及電池的流通管理等。以上3種充電模式各有自身的特點(diǎn)和適用范圍。在實(shí)際應(yīng)用中,可以將上述三種方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,以達(dá)到每天的行駛要求,即設(shè)計(jì)車輛續(xù)駛策略也不同。應(yīng)根據(jù)其電池特性不同采用不同的充電方法,如恒流法、恒壓法、恒流限壓法及特定曲線

13、法等。電池組充電控制的策略,無論側(cè)重于電池安全,還是保證最佳續(xù)駛里程,或是兩者間折中,確定的充電參數(shù)都存在一定差異。2. 5 充電時(shí)間不同運(yùn)行模式的電動汽車對充電時(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滿足。在對充電時(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,延長車輛的續(xù)駛里程,如夜間停止運(yùn)行的公交車輛、公務(wù)車、特種車輛或社會車輛等;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,如出租車和在線路上運(yùn)行的公務(wù)車或社會車輛等。2. 6 充電場所及其他環(huán)境條件動力電池充放電工作效率受充電場所及環(huán)境條件的影響,尤其是受環(huán)境溫度的影響。

14、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。低溫時(shí)電池放電效率降低,在同樣的運(yùn)行機(jī)制和行駛里程下,車輛能耗高、電池放電深度大。同樣,在低溫下動力電池充電效率也降低。因此,隨環(huán)境溫度降低,充電站功率需求將增加。建設(shè)充電站時(shí)應(yīng)盡可能保證其環(huán)境溫度有利于電池充電要求。2. 7 充電技術(shù)發(fā)展對充電站的要求(1 充電快速化助子系統(tǒng)而存在的,但是隨著電動汽車技術(shù)的不在目前動力電池不能直接提供更多續(xù)駛里程斷成熟,本著子系統(tǒng)小型化和多功能化的要求,以的情況下,如果能夠?qū)崿F(xiàn)電池充電快速化,從某種及電池可靠性和穩(wěn)定性要求的提高,充電系統(tǒng)將意義上也就解決了電動汽車?yán)m(xù)駛里程短這個(gè)致命和

15、電動汽車能量管理系統(tǒng)集成為一個(gè)整體,集成弱點(diǎn)。對電動車用動力蓄電池的充電快速化要求傳輸晶體管、電流檢測和反向放電保護(hù)等功能,無不同于對常規(guī)蓄電池的要求,它應(yīng)具有充電時(shí)間需外部組件即可實(shí)現(xiàn)體積更小、集成化更高的充短、充電效率高以及對蓄電池使用壽命影響小的電解決方案,從而為減少充電站的設(shè)備占地,提高特點(diǎn)。充電站單位土地面積的充電服務(wù)效率。(2 充電通用性3 充電規(guī)劃原則在未來相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi),電動汽車用蓄電池仍將是多種類型電池共存的局面。各種電動汽車充電站布局包括“需求”和“可能汽車所采用的電池中有鉛酸電池,鋰離子電池、鎳性”兩個(gè)因素。衡量充電站需求的主要指標(biāo)是交氫類電池,還會有其他種類的電池。

16、此外,即使是在于交通、環(huán)保及區(qū)域配電能力等外部環(huán)境條件與該地區(qū)的建設(shè)規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃。3. 1 充電站分布與電動汽車交通密度和充電需通量與服務(wù)半徑兩個(gè)要素,決定可能性與否關(guān)鍵同一類型的電池,也存在不同的電壓等級。求的分布盡可能一致公共場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)各種電壓等級的能力系統(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,可與各類電動汽車上的不同蓄,即充電交通密度是指在單位長度車道上,某一瞬間電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充電特性匹配,能夠針對不同的電所存在的車輛數(shù),一般用輛車道表示。根據(jù)定義, 池進(jìn)行充電。在電動汽車商業(yè)化的早期,就應(yīng)該密度基本上是在一段道路上測得的瞬時(shí)值,它

17、不制定相關(guān)政策措施,規(guī)范公共場所用充電裝置與僅隨時(shí)間的變化而變動,也隨測定區(qū)間的長度而電動汽車的充電接口、充電規(guī)范和接口協(xié)議等。變化。為此,常將瞬時(shí)密度用某總計(jì)時(shí)間的平均(3 充電智能化值表示。該區(qū)域的電動汽車交通密度越大,說明制約電動汽車發(fā)展及普及的最關(guān)鍵問題之一在區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的電動汽車數(shù)量越大,從而對充電是儲能電池的性能和應(yīng)用水平。與電動車身、驅(qū)站點(diǎn)的需求也會越大。動電機(jī)、控制技術(shù)等方面的發(fā)展相比,電池的充、充電需求是指一定數(shù)量的電動汽車在特定時(shí)放電技術(shù)仍很落后,需要在優(yōu)化現(xiàn)有電池智能化間和特定地點(diǎn)對充電的需求。充電需求和交通密充電方法和開發(fā)新型高性能電池等方面努力。優(yōu)度密切相關(guān),但又受到電

18、動汽車的運(yùn)行方式的制化電池智能化充電方法的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)無損電池約。例如,對于電動公交車來說,其起(終點(diǎn)站的充電,監(jiān)控電池的放電狀態(tài),避免過放電現(xiàn)象, 為其充電需求區(qū)域,會增加其運(yùn)營線路上的電動從而達(dá)到延長電池的使用壽命和節(jié)能的目的。同汽車交通密度;企業(yè)班車以企業(yè)所在地為其充電時(shí),對電池進(jìn)行實(shí)時(shí)的或定期自動檢測、診斷和維修區(qū)域,會增加其行駛線路上的電動汽車交通護(hù),最大限度的保證電池的可靠運(yùn)行。密度。(4 電能轉(zhuǎn)換高效化充電站網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量控制應(yīng)考慮與充電需求的分提高充電裝置的電能轉(zhuǎn)換效率,采用高效充布盡可能保持一致,應(yīng)與各區(qū)域的電動汽車交通電裝置對降低電動汽車運(yùn)行能耗具有重要意義。密度成正比。不同類型

19、充電裝置機(jī)的電能轉(zhuǎn)換效率存在巨大差3. 2 充電站的布局應(yīng)符合充電站服務(wù)半徑要求別。對于充電站,從電能轉(zhuǎn)換效率和建造成本上電動汽車充電站的分布可 以參考建設(shè)部 城考慮,應(yīng)優(yōu)先選擇具有電能轉(zhuǎn)換效率高,建造成 本市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范 (1995中的加油站服低等諸多優(yōu)點(diǎn) 的充電裝置,如集中隔離型充電裝務(wù)半徑規(guī)定 ,結(jié)合電動汽車自 身的運(yùn)行特點(diǎn)以及置等。 各區(qū)域的計(jì)算服務(wù)半徑按實(shí)際需要設(shè)定。 由于各充電集成化交通區(qū)域的交通密度不一樣,反映充電站網(wǎng)點(diǎn) 密目前電動汽車充電系統(tǒng)是作為一個(gè)獨(dú)立的輔度的服務(wù)半徑也 各不相同。動力電池的續(xù)駛能力是影響充電站服務(wù)半徑 的另一大因素。目前,電動汽車動力電池的理論單次

20、充電行 駛里程在 150200 km 左右,實(shí)際上, 考慮電池的壽命老化、 交通擁堵等現(xiàn)實(shí)因素,從保證電動汽車使用者連續(xù)行駛角度出發(fā), 充電站的服務(wù)半徑應(yīng)以電動汽車單次充電行駛里程 100 km (甚 至更短計(jì)算。 只有這樣才能有效保障電動汽車的持續(xù)行駛能力。 3. 3 充電站的設(shè)置應(yīng)滿足城市總體規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃要 求充電站布局是對不同區(qū)域的充電站需求條件分析后得出的結(jié) 果,但是充電站具體選址定點(diǎn)還須考慮其實(shí)施的可能條件。充電 站的選址定點(diǎn)應(yīng)結(jié)合地區(qū)建設(shè)規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃,以網(wǎng)點(diǎn)總體布局 規(guī)劃為宏觀控制依據(jù),經(jīng)過對布局網(wǎng)點(diǎn)及其周圍地區(qū)規(guī)劃選址方 案的比較,確定網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置用地。從長遠(yuǎn)考慮, 方式及導(dǎo)線、開關(guān) 電器和變壓器等設(shè)施的選擇,以保證供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。 3. 4 充電規(guī)劃應(yīng)充分考慮電動汽車未來發(fā)展趨勢隨著國 家強(qiáng)力推動,電動汽車行業(yè)將會出現(xiàn)長足發(fā)展。在進(jìn)行電動汽車 充電站布局規(guī)劃時(shí)應(yīng)充分考慮到電動汽車的推廣應(yīng)用對充電站 建設(shè)的推動作用,規(guī)劃應(yīng)具有前瞻性和全局性,應(yīng)留有潛力,能夠 適應(yīng)未來數(shù)年內(nèi)電動汽車的發(fā)展要求。 以充電機(jī)整流模塊( PUM 設(shè)計(jì)為例,目前該模塊的安裝尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),從技術(shù)上看,既可以 安裝在車內(nèi),也可集成于地面充電機(jī)內(nèi)。 作為充電,從經(jīng)濟(jì)角度來 說,當(dāng)然希望將 PUM 低車輛的有效載荷,同時(shí),這部分成本將轉(zhuǎn) 嫁到電和路網(wǎng)規(guī)劃相匹配的統(tǒng)籌規(guī)劃。