- 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(jìn)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(dāng)?shù)?，大小約為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(diǎn)分析
常規(guī)充電模式的優(yōu)點(diǎn)為：盡管充電時間較長，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段進(jìn)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(diǎn)為充電時間過長，當(dāng)車輛有緊急運(yùn)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(yùn)營需要僅僅利用晚間停運(yùn)時間充電由于常規(guī)充電以相當(dāng)?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(jìn)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(jìn)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(shí)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。快速充電又稱應(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(diǎn)分析
快速充電模式的優(yōu)點(diǎn)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(dá)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(diǎn)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(fèi)設(shè)計也需特別考慮
(2)適用范圍
電動汽車?yán)m(xù)駛里程適中，即在車輛運(yùn)行的間隙進(jìn)行快速補(bǔ)充電，來滿足運(yùn)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(jī)械充電
機(jī)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(dá)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(qiáng)，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)。
(1)優(yōu)缺點(diǎn)
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；[page]
2)對更換下來的蓄電池可以利用低谷時段進(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(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。這種模式應(yīng)用面臨的幾個主要問題是：電池與電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)化；電動汽車的設(shè)計改進(jìn)、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(biāo)準(zhǔn)化和易更換；車輛運(yùn)營中需要及時更換電池來滿足運(yùn)行，充電站中電池充電和車輛可實(shí)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(jìn)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(diǎn)和適用范圍。因此，在應(yīng)用中，可以將上述3種方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到實(shí)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(shí)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(jìn)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(diǎn)，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(yuǎn)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(yù)測充電負(fù)荷，充電站周圍當(dāng)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(hù)等技術(shù)準(zhǔn)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(yùn)行”的純電動汽車補(bǔ)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(bǔ)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(dǎo)，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(xiàng)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(bǔ)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(dǎo)的電力公司每年編制超過1.1億法郎的預(yù)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(jì)；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(dāng)智能化，解決峰谷分時段計費(fèi)，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(fèi)的充電接頭，使用后交付停車費(fèi)及電費(fèi)，這種電費(fèi)要比換電池電費(fèi)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fèi)。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(jìn)行。
(5)維護(hù)車間。維護(hù)車間包括篩選和維護(hù)、充電間以及備用電池庫。電池進(jìn)入維護(hù)車間后，首先進(jìn)行電池的篩選.確定電池的好壞。不能使用的電池進(jìn)行恰當(dāng)處理，避免污染環(huán)境：可以繼續(xù)使用的電池進(jìn)行維護(hù)和活化。維護(hù)完的電池送充電間充滿電后，進(jìn)行裝箱，為編組準(zhǔn)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(jī)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(jī)的運(yùn)行情況、數(shù)據(jù)庫管理、報表打印等。
(3)充電機(jī)。充電機(jī)完成電池能量的補(bǔ)給。既可以滿足應(yīng)急性整車充電要求，也支持日常地面補(bǔ)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(jī)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(shí)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(jìn)一步研究。
