- 電動(dòng)汽車(chē)充電模式比較研究
- 電動(dòng)汽車(chē)充電方案解析
- 公用充電站
- 私家車(chē)庫(kù)充電
電動(dòng)汽車(chē)充電站是電動(dòng)汽車(chē)的重要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，也是電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。建設(shè)電動(dòng)汽車(chē)充電站是電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)推廣的前提和基石，在拓展電力市場(chǎng)需求的同時(shí)，完善高效的能源供給網(wǎng)絡(luò)是電動(dòng)汽車(chē)廣泛應(yīng)用的必要條件之一。電動(dòng)汽車(chē)的充電系統(tǒng)是發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的重要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，也是電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。充電站的建設(shè)需要根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的充電需求，結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)充電模式進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。
1電動(dòng)汽車(chē)充電模式比較研究
根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組的技術(shù)和使用特性，電動(dòng)汽車(chē)的充電模式存在一定的差別。對(duì)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(guò)24h)，充電電流相當(dāng)?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(shí)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(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(chē)輛有緊急運(yùn)行需求時(shí)難以滿(mǎn)足。
(2)適用范圍
設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程盡可能大，需滿(mǎn)足車(chē)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铩⑼＼?chē)場(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(chē)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(shí)間較長(zhǎng)，給實(shí)際使用帶來(lái)許多不便。快速充電電池的出現(xiàn)，為純電動(dòng)汽車(chē)的商業(yè)化提供了技術(shù)支持。快速充電又稱(chēng)應(yīng)急充電，是以較大電流短時(shí)
間在電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)的20min~2h內(nèi)，為其提供短時(shí)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(shí)間短；充電電池壽命長(zhǎng)(可充電2000次以上)；沒(méi)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(shí)間內(nèi)(約為10~15min)就能使電池儲(chǔ)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(chē)場(chǎng)。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(duì)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
(2)適用范圍
電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程適中，即在車(chē)輛運(yùn)行的間隙進(jìn)行快速補(bǔ)充電，來(lái)滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)需要；由于相應(yīng)的大電流需求可能會(huì)對(duì)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(zhuān)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(guò)直接更換電動(dòng)汽車(chē)的電池組來(lái)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(zhuān)業(yè)化要求較強(qiáng)，需配備專(zhuān)業(yè)人員借助專(zhuān)業(yè)機(jī)械來(lái)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(dòng)汽車(chē)用戶(hù)可租用充滿(mǎn)電的蓄電池，更換已經(jīng)耗盡的蓄電池，有利于提高車(chē)輛使用效率，也提高了用戶(hù)使用的方便性和快捷性；[page]
2)對(duì)更換下來(lái)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(chē)輛運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；
3)從另一個(gè)側(cè)面來(lái)看，也解決了充電時(shí)間乃至蓄存電荷量、電池質(zhì)量、續(xù)駛里程長(zhǎng)及價(jià)格等難題；
4)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池組中單電池的問(wèn)題，進(jìn)行維修工作，對(duì)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(gè)主要問(wèn)題是：電池與電動(dòng)汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)化；電動(dòng)汽車(chē)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。
(2)適用范圍
車(chē)輛電池組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化和易更換；車(chē)輛運(yùn)營(yíng)中需要及時(shí)更換電池來(lái)滿(mǎn)足運(yùn)行，充電站中電池充電和車(chē)輛可實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)化快速分開(kāi)；由于電池組快速更換需要專(zhuān)業(yè)化進(jìn)行，因而電池組快速更換模式只適用于專(zhuān)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(dòng)汽車(chē)充電方案
電動(dòng)汽車(chē)要上路，首先要解決充電的問(wèn)題。目前充電方式按實(shí)際使用情況來(lái)分可分為兩大類(lèi)，一種是采用公用充電站來(lái)充電，另一種則是通過(guò)家用充電設(shè)施進(jìn)行私家車(chē)的充電。
2.1公用充電站
公用的電動(dòng)汽車(chē)充電站是指為電動(dòng)汽車(chē)充電的站點(diǎn)，與現(xiàn)在的加油站相似。電動(dòng)汽車(chē)充電站是電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的主要環(huán)節(jié)之一，必須與電動(dòng)汽車(chē)其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)共同協(xié)調(diào)發(fā)展。同時(shí)還應(yīng)該從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)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(cè)充電負(fù)荷，充電站周?chē)?dāng)前電網(wǎng)狀況以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，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(chē)與中國(guó)工信部合作，日產(chǎn)汽車(chē)將為工信部提供電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的大規(guī)模使用。國(guó)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(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)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(lái)解決電動(dòng)車(chē)充電難題，范圍僅限于深圳主城區(qū)。這類(lèi)自建充電站的局限是無(wú)法兼容其它品牌電動(dòng)車(chē)。以動(dòng)力補(bǔ)給為特性的新能源配套設(shè)施是電動(dòng)汽車(chē)普及的最大攔路虎。要推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展，充電站的建設(shè)速度必須與電動(dòng)車(chē)推廣相匹配。
國(guó)外在充電站的建設(shè)方面走在前列，已形成政府主導(dǎo)，車(chē)企、電廠(chǎng)合力開(kāi)發(fā)的景象。在日本，日本最大電力公司東電與各汽車(chē)廠(chǎng)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(kāi)發(fā)了大型快速充電站，使得充電時(shí)間大大縮短，每10min完整充電，所能行駛的路程為60km。同時(shí)計(jì)劃通過(guò)一項(xiàng)大型基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)工程，在超市停車(chē)場(chǎng)、便利店及郵政局等公共場(chǎng)所附近陸續(xù)建設(shè)充電站。使人們?cè)谙萝?chē)購(gòu)物、辦事之余完成為汽車(chē)補(bǔ)充能源的任務(wù)。這些都大大推動(dòng)了電動(dòng)車(chē)的普及。在法國(guó)，以法國(guó)電力公司為主導(dǎo)的電力公司每年編制超過(guò)1.1億法郎的預(yù)算(占該公司營(yíng)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(gè)充電站，凡重要停車(chē)場(chǎng)都設(shè)有充電站，配置電動(dòng)汽車(chē)充電的專(zhuān)用插頭。
2.2私家車(chē)庫(kù)充電
在私家車(chē)庫(kù)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(dòng)車(chē)充電可以享受用電量低谷期的電價(jià)折扣，既省時(shí)又經(jīng)濟(jì)；慢速充電還能延長(zhǎng)電池壽命。據(jù)專(zhuān)家測(cè)算，目前中國(guó)的低谷電足夠供應(yīng)3000萬(wàn)輛以上純電動(dòng)轎車(chē)的能耗，根本不需要為純電動(dòng)汽車(chē)增設(shè)額外的發(fā)電設(shè)施，獲得圍家和個(gè)人的雙贏(yíng)。公共場(chǎng)所和大型住宅停車(chē)庫(kù)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(shí)段計(jì)費(fèi)，安全報(bào)警，防盜等問(wèn)題。
3充電站的結(jié)構(gòu)
3.1充電站組成部分
(1)停車(chē)場(chǎng)及電源插頭。為滿(mǎn)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(kāi)辟車(chē)輛充電停放地圾相應(yīng)電源插頭。同樣，在其它各地停車(chē)場(chǎng)也應(yīng)設(shè)置帶電表計(jì)費(fèi)的充電接頭，使用后交付停車(chē)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(dòng)小型吊車(chē)或吊架裝置，可由現(xiàn)有汽車(chē)修配廠(chǎng)等處常用的類(lèi)似設(shè)備改裝或?qū)ｉT(mén)設(shè)計(jì)批量生產(chǎn).電池須用專(zhuān)門(mén)的(多層)周轉(zhuǎn)車(chē)或傳送帶進(jìn)出充電庫(kù)房，在專(zhuān)門(mén)臺(tái)架上或周轉(zhuǎn)車(chē)上接上電源充電。
(3)電池充電及存放的庫(kù)房。充電站內(nèi)可采用電腦控制的大型充電設(shè)備，可同時(shí)為幾十至幾百個(gè)不同型號(hào)電池按各自最佳的標(biāo)準(zhǔn)化電流程序同時(shí)充電，手動(dòng)或自動(dòng)識(shí)別電池種類(lèi)，按電荷量計(jì)費(fèi)。小型充電站可采用較簡(jiǎn)單的充電設(shè)備，但必須保證能對(duì)各類(lèi)型電池充足電.
(4)工作人員休息和操作監(jiān)控室及車(chē)輛檢修站。由于電池的易取放也使充電與修車(chē)能很方便地分開(kāi)同時(shí)進(jìn)行。
(5)維護(hù)車(chē)間。維護(hù)車(chē)間包括篩選和維護(hù)、充電間以及備用電池庫(kù)。電池進(jìn)入維護(hù)車(chē)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(mǎn)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(guò)變壓器等設(shè)備供給充電機(jī)充電；后者用于滿(mǎn)足照明、控制設(shè)備的供電。配電站配備計(jì)量設(shè)備。計(jì)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(kù)管理、報(bào)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(mǎn)足應(yīng)急性整車(chē)充電要求，也支持日常地面補(bǔ)充充電。
(4)充電平臺(tái)。用于擺放卸載下來(lái)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(dòng)汽車(chē)是未來(lái)新能源汽車(chē)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(duì)于未來(lái)規(guī)劃和建設(shè)充電站有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文只討論了充電站的外部結(jié)構(gòu)，對(duì)于內(nèi)部電路系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)將在后續(xù)工作中進(jìn)一步研究。
