汽車充換電站建設(shè)的影響因素

符桂豪

摘要：在高油價(jià)和低碳經(jīng)濟(jì)的雙重推動(dòng)下，電動(dòng)汽車的發(fā)展和推廣也日益受到人們的重視。電動(dòng)汽車充換電站的建設(shè)是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)推廣的前提和基石。本文主要介紹電動(dòng)汽車充換電站的布局規(guī)劃的影響因素。

關(guān)鍵字：電動(dòng)汽車充換電站布局規(guī)劃影響因素

1 汽車充電站建設(shè)的重要性和發(fā)展前景

近年來，國際汽油價(jià)格不斷高漲，價(jià)高時(shí)比價(jià)低時(shí)要高出幾倍， 目前價(jià)格徘徊在每桶100美元左右。在高油價(jià)和低碳經(jīng)濟(jì)的雙重推動(dòng)下，新能源汽車被各國提上重要議程，電動(dòng)汽車由此得到人們的關(guān)注。

目前，阻礙電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是充電問題，因?yàn)槠嚦鋼Q電站不普及，便利性與加油站有一定距離。因此，完善高效的能源供給網(wǎng)絡(luò)在電動(dòng)汽車廣泛應(yīng)用中越來越顯得緊迫與重要。而電動(dòng)汽車的充換電系統(tǒng)是發(fā)展電動(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)化過程中的重要環(huán)節(jié)。充換電站的建設(shè)需要根據(jù)電動(dòng)汽車的充電需求，結(jié)合電動(dòng)汽車充電模式進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。考慮到汽車充換電站的初期投入較高，有關(guān)專家呼吁汽車生產(chǎn)商和政府采用共同籌建的方式，同時(shí)，政府可從低碳的角度提供財(cái)政補(bǔ)貼，以便電動(dòng)汽車行業(yè)的迅速推廣。

2 影響電動(dòng)汽車充換電站建設(shè)的因素

2．1 電動(dòng)汽車充電量的總體需求

電動(dòng)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)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(dòng)汽車充電量與電動(dòng)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)。

2．2 電動(dòng)汽車運(yùn)行模式

在不同的運(yùn)行模式下，電動(dòng)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。

2．3 電動(dòng)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。

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)停笮〖s為l5 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5~8 小時(shí)，甚至長達(dá)10至20多小時(shí)。

常規(guī)充電模式的優(yōu)點(diǎn)為：

1)充電時(shí)間較長，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)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。

(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)。快速充電電池的出現(xiàn)，為純電動(dòng)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(dòng)汽車停車的20 min～2 h，為其提供短時(shí)充電服務(wù)，一般充電電流為150—400 A。

快速充電模式的優(yōu)點(diǎn)為：

1)充電時(shí)間短；

2)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％；

3)由于充電在短時(shí)間內(nèi)(約為10～15 min)就能使電池儲(chǔ)電量達(dá)到80％ 一90％ ，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)電池使用壽命縮短；

3)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(dòng)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)充充電。這種模式下，備用電池組存儲(chǔ)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) 電池采用標(biāo)準(zhǔn)化組件，可以保證產(chǎn)業(yè)規(guī)模，避開技術(shù)壁壘；

2) 電動(dòng)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；

3)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)性從另一個(gè)方面看，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；

5) 所有換電站的配電容量不需要增容，并可充分利用太陽能和風(fēng)能。

該模式關(guān)鍵要解決以下幾個(gè)主要問題是：電池及相關(guān)配件的標(biāo)準(zhǔn)化；電動(dòng)汽車充電技術(shù)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。

綜上所述，以上各種充電模式各有特點(diǎn)，因此，在日常應(yīng)用推廣中，我們要結(jié)合實(shí)際情況，綜合考慮、有機(jī)結(jié)合地進(jìn)行選擇和實(shí)施。達(dá)到實(shí)際的行駛要求。

2．4 動(dòng)力電池特性

不同種類動(dòng)力電池具有不同的充電特性，最佳充電率在0.2~2.0C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。目前部分電動(dòng)汽車使用了磷酸鐵鋰電池與錳酸鋰電池作為高能動(dòng)力電池

其主要參數(shù)如下：

電池型號(hào) 磷酸鐵鋰電池 錳酸鋰電池

單節(jié)電池 3.2V90AH 3.6V90AH

單節(jié)放電終止電壓 2.8V 3.5V

單節(jié)充電終止電壓 3.6V 4.5V

對于不同種類的電池，充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方法，如恒流法、恒壓法、恒流限壓法及特定曲線法等。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充電場所及其他環(huán)境條件

動(dòng)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。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(dòng)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。

2．6 諧波源的防治

電動(dòng)汽車充電站屬于諧波源負(fù)荷，會(huì)產(chǎn)生諧波電流注入公用電網(wǎng)，影響電網(wǎng)電能質(zhì)量水平。因此建設(shè)汽車充換電站時(shí)需要考慮抑制和消除其諧波電流問題。

為此，建設(shè)汽車充換電站時(shí)要將諧波監(jiān)測點(diǎn)作為充電設(shè)施接入點(diǎn)，按照國標(biāo)GB/T14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》及GB/Z17625.6-2003《電磁兼容 限值 對額定電流大于16A的設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電流的限制》的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前常采用有源濾波技術(shù)在低壓母線集中補(bǔ)償。

其補(bǔ)償容量計(jì)算方法為：

式中，表示需要補(bǔ)償?shù)娜萘俊檎w修正系數(shù)（一般選擇0.5~0.8）。表示充電機(jī)可靠系數(shù)（一般取1.05~1.20）；表示充電機(jī)的充電效率；表示充電機(jī)在交流電源輸入端產(chǎn)生的諧波電流含有率（取輸出電壓范圍內(nèi)的最大值）；表示單臺(tái)充電機(jī)功率。

3.結(jié)束語

電動(dòng)汽車充換電站是電動(dòng)汽車發(fā)展所必須的基礎(chǔ)設(shè)施。布局合理的電動(dòng)汽車充換電站規(guī)劃對電動(dòng)汽車的普及發(fā)展將起到不可替代的作用。

參考文獻(xiàn)

［1］張煜,張春潤,資新運(yùn),姜大海.電動(dòng)汽車核心技術(shù)及其發(fā)展趨勢.汽車電器.2004,(09).

［2］徐凡,俞國勤,顧臨峰,張華. 電動(dòng)汽車充電站布局規(guī)劃淺析[J].華東電力,2009,(10):1678-1682

［3］4]麻友良,陳全世.我國電動(dòng)汽車發(fā)展問題探討[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,(3):280-283.

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。