- 電動汽車充電模式比較研究
- 電動汽車充電方案解析
- 公用充電站
- 私家車庫充電
電動汽車充電站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)化過程中的重要環(huán)節(jié)。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，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行相應(yīng)的規(guī)劃和設(shè)計。
1電動汽車充電模式比較研究
根據(jù)電動汽車動力電池組的技術(shù)和使用特性，電動汽車的充電模式存在一定的差別。對于充電方案的選擇，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)3種模式。
1.1 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24h)，充電電流相當?shù)停笮〖s為15A，這種充電叫做常規(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，一般充電時間為5~8h，甚至10~20h。
(1)優(yōu)缺點分析
常規(guī)充電模式的優(yōu)點為：盡管充電時間較長，但因為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；可充分利用電力低谷時段進行充電，降低充電成本；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為充電時間過長，當車輛有緊急運行需求時難以滿足。
(2)適用范圍
設(shè)計電動汽車的續(xù)駛里程盡可能大，需滿足車輛一天運營需要僅僅利用晚間停運時間充電由于常規(guī)充電以相當?shù)偷碾娏鳛樾铍姵爻潆?，因此在家里、停車場和公共充電站都可以進行；常規(guī)充電站一般規(guī)模較大，以便能夠同時為多輛電動汽車進行充電。
1.2 快速充電
常規(guī)蓄電池的充電方法一般時間較長，給實際使用帶來許多不便?？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?？焖俪潆娪址Q應(yīng)急充電，是以較大電流短時
間在電動汽車停車的20min~2h內(nèi)，為其提供短時充電服務(wù)，一般充電電流為150~400A。
(1)優(yōu)缺點分析
快速充電模式的優(yōu)點為：充電時間短；充電電池壽命長(可充電2000次以上)；沒有記憶性，可以大容量充電及放電，在幾min內(nèi)就可充70%~80%的電；由于充電在短時間內(nèi)(約為10~15min)就能使電池儲電量達到80%~90%，與加油時間相仿，因此，建設(shè)相應(yīng)充電站時可不配備大面積停車場。缺點在于：充電器充電效率較低，且相應(yīng)的工作和安裝成本較高；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，同時計量收費設(shè)計也需特別考慮
(2)適用范圍
電動汽車續(xù)駛里程適中，即在車輛運行的間隙進行快速補充電，來滿足運營需要；由于相應(yīng)的大電流需求可能會對公用電網(wǎng)產(chǎn)生有害的影響，因而快速充電模式只適用于專用的充電站。
1.3 機械充電
機械充電即電池組快速更換系統(tǒng)，是通過直接更換電動汽車的電池組來達到為其充電的目的。由于電池組重量較大，更換電池的專業(yè)化要求較強，需配備專業(yè)人員借助專業(yè)機械來快速完成電池的更換、充電和維護。
(1)優(yōu)缺點
采用這種模式，具有如下優(yōu)點：
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；[page]
2)對更換下來的蓄電池可以利用低谷時段進行充電，降低了充電成本，提高了車輛運行經(jīng)濟性；
3)從另一個側(cè)面來看，也解決了充電時間乃至蓄存電荷量、電池質(zhì)量、續(xù)駛里程長及價格等難題；
4)可以及時發(fā)現(xiàn)電池組中單電池的問題，進行維修工作，對于電池的維護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。這種模式應(yīng)用面臨的幾個主要問題是：電池與電動汽車的標準化；電動汽車的設(shè)計改進、充電站的建設(shè)和管理，以及電池的流通管理等。
(2)適用范圍
車輛電池組設(shè)計標準化和易更換；車輛運營中需要及時更換電池來滿足運行，充電站中電池充電和車輛可實現(xiàn)專業(yè)化快速分開；由于電池組快速更換需要專業(yè)化進行，因而電池組快速更換模式只適用于專用的充電站。
綜上所述，以上3種充電模式各有自身的特點和適用范圍。因此，在應(yīng)用中，可以將上述3種方法進行有機結(jié)合，以達到實際的行駛要求。
2電動汽車充電方案
電動汽車要上路，首先要解決充電的問題。目前充電方式按實際使用情況來分可分為兩大類，一種是采用公用充電站來充電，另一種則是通過家用充電設(shè)施進行私家車的充電。
2.1公用充電站
公用的電動汽車充電站是指為電動汽車充電的站點，與現(xiàn)在的加油站相似。電動汽車充電站是電動汽車行業(yè)發(fā)展的主要環(huán)節(jié)之一，必須與電動汽車其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)共同協(xié)調(diào)發(fā)展。同時還應(yīng)該從長遠發(fā)展來充分考慮多方面的因素。如：充電站的布局規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃，預測充電負荷，充電站周圍當前電網(wǎng)狀況以及未來發(fā)展趨勢，考慮其選址與其他相關(guān)配套設(shè)施的狀況。
今年4月，日產(chǎn)汽車與中國工信部合作，日產(chǎn)汽車將為工信部提供電動汽車發(fā)展的相關(guān)信息，制定包括電池充電網(wǎng)絡(luò)建立和維護等技術(shù)準則的綜合規(guī)劃，以推動電動汽車的大規(guī)模使用。國家電網(wǎng)公司已經(jīng)發(fā)文，明確支持在上海、北京、天津等大城市加快電動汽車充電站建設(shè)。首批充電站在幾大城市建成后，將成為“示范運行”的純電動汽車補充電力的基站。據(jù)悉，比亞迪公司已經(jīng)在深圳建設(shè)一批充電樁來解決電動車充電難題，范圍僅限于深圳主城區(qū)。這類自建充電站的局限是無法兼容其它品牌電動車。以動力補給為特性的新能源配套設(shè)施是電動汽車普及的最大攔路虎。要推動電動汽車市場的發(fā)展，充電站的建設(shè)速度必須與電動車推廣相匹配。
國外在充電站的建設(shè)方面走在前列，已形成政府主導，車企、電廠合力開發(fā)的景象。在日本，日本最大電力公司東電與各汽車廠商建立了密切伙伴合作關(guān)系。該電力公司在不久前成功地開發(fā)了大型快速充電站，使得充電時間大大縮短，每10min完整充電，所能行駛的路程為60km。同時計劃通過一項大型基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)工程，在超市停車場、便利店及郵政局等公共場所附近陸續(xù)建設(shè)充電站。使人們在下車購物、辦事之余完成為汽車補充能源的任務(wù)。這些都大大推動了電動車的普及。在法國，以法國電力公司為主導的電力公司每年編制超過1.1億法郎的預算(占該公司營業(yè)收入0.05%)，投入電池、充電裝置的研發(fā)。在巴黎設(shè)有幾百個充電站，凡重要停車場都設(shè)有充電站，配置電動汽車充電的專用插頭。
2.2私家車庫充電
在私家車庫里使用普通插座慢速充電，利用夜間電，持續(xù)7～8h。夜間給電動車充電可以享受用電量低谷期的電價折扣，既省時又經(jīng)濟；慢速充電還能延長電池壽命。據(jù)專家測算，目前中國的低谷電足夠供應(yīng)3000萬輛以上純電動轎車的能耗，根本不需要為純電動汽車增設(shè)額外的發(fā)電設(shè)施，獲得圍家和個人的雙贏。公共場所和大型住宅停車庫充電站可設(shè)置快慢兩種充電模式，但充電站設(shè)施應(yīng)當智能化，解決峰谷分時段計費，安全報警，防盜等問題。
3充電站的結(jié)構(gòu)
3.1充電站組成部分
(1)停車場及電源插頭。為滿足使用自帶電池和不急于更換電池的顧客充電需要，應(yīng)開辟車輛充電停放地圾相應(yīng)電源插頭。同樣，在其它各地停車場也應(yīng)設(shè)置帶電表計費的充電接頭，使用后交付停車費及電費，這種電費要比換電池電費略便宜些.
(2)電池更換及周轉(zhuǎn)接待處.蓄電池沉重，更換須用半自動小型吊車或吊架裝置，可由現(xiàn)有汽車修配廠等處常用的類似設(shè)備改裝或?qū)ｉT設(shè)計批量生產(chǎn).電池須用專門的(多層)周轉(zhuǎn)車或傳送帶進出充電庫房，在專門臺架上或周轉(zhuǎn)車上接上電源充電。
(3)電池充電及存放的庫房。充電站內(nèi)可采用電腦控制的大型充電設(shè)備，可同時為幾十至幾百個不同型號電池按各自最佳的標準化電流程序同時充電，手動或自動識別電池種類，按電荷量計費。小型充電站可采用較簡單的充電設(shè)備，但必須保證能對各類型電池充足電.
(4)工作人員休息和操作監(jiān)控室及車輛檢修站。由于電池的易取放也使充電與修車能很方便地分開同時進行。
(5)維護車間。維護車間包括篩選和維護、充電間以及備用電池庫。電池進入維護車間后，首先進行電池的篩選.確定電池的好壞。不能使用的電池進行恰當處理，避免污染環(huán)境：可以繼續(xù)使用的電池進行維護和活化。維護完的電池送充電間充滿電后，進行裝箱，為編組準備電池。
3.2充電站主體結(jié)構(gòu)
充電站的主體是一封閉式充電間。充電間的主要部分及功能如下：
(1)配電站。充電站的配電站包括高壓配電和照明及其它用電配電兩部分。前者將10kV供電電網(wǎng)通過變壓器等設(shè)備供給充電機充電；后者用于滿足照明、控制設(shè)備的供電。配電站配備計量設(shè)備。計量輸入電量。
(2)監(jiān)控室。監(jiān)控室用于監(jiān)控充電機的運行情況、數(shù)據(jù)庫管理、報表打印等。
(3)充電機。充電機完成電池能量的補給。既可以滿足應(yīng)急性整車充電要求，也支持日常地面補充充電。
(4)充電平臺。用于擺放卸載下來的電池。內(nèi)有充電插座、電池管理系統(tǒng)供電、電池管理系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、與充電機之間的通訊網(wǎng)絡(luò)等接口。
電動汽車是未來新能源汽車的主要發(fā)展方而充電體系的建立是其發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。而充電站的建設(shè)剛剛起步，因而明確充電站的充電模式和充電站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對于未來規(guī)劃和建設(shè)充電站有一定的實際應(yīng)用價值。本文只討論了充電站的外部結(jié)構(gòu)，對于內(nèi)部電路系統(tǒng)分析設(shè)計將在后續(xù)工作中進一步研究。
