雙向充電樁的關鍵技術

文/謝天寶

近年來，各個國家都開始抓緊綠色環保建設，加緊節能減排工作，能源危機范圍開始擴張，在能源危機的影響之下，中國也開始步入節能減排的大軍，加緊發展低碳經濟，很多國家自從開始發展低碳經濟之后，都開始對各行各業進行實踐，近年來，各國都將目光投向了電動汽車產業，因為目前汽車市場還在不斷擴張之中，電動汽車的市場還沒有大規模的被開發出來，很多國家都想搶占先機，占據這塊市場，但是電動汽車的發展需要和充電樁共同進行，因此要想搶占電動汽車市場，要先做好充電樁的研究工作，對充電樁的關鍵技術進行研究，這項研究具有非常重要的現實意義。

1 電動汽車國內外研究現狀

1.1 國外研究現狀

電動汽車產業在不斷發展，但是還沒有像汽車一樣實現全球普及，距離全球普及還有一段距離，還要不斷的進行技術創新，和電動汽車產業相配的充電產業也需要不斷的進行技術創新，只有充電產業普及開來之后才能保證電氣汽車普及，這種情況促進各國都在加緊開展對電動汽車充電網絡的研究，目前，電動汽車充電網絡較為發達的國家有日本、美國等，這些國家都將充電電樁設置在人們生活區域內，例如停車場、人們生活的小區內等，便于人們充電，這也給我國的充電網絡建設工作帶來了一定啟示，如果充電網絡設置的不合理，加劇了人們的麻煩，那么將非常不利于電動汽車的推廣。

1.2 國內研究現狀

電動汽車的研究在國內已經持續了幾年之久，充電樁的研究也緊隨著電動汽車的發展在不斷發展，目前已經取得了很大的突破，目前上汽、奇瑞等多款電動車已經可以實現量產，隨著技術的不斷成熟，電動車型號和數量都在不斷增加中。目前市面上的電動汽車主要有三類：純電動汽車、燃料電池電動汽車和混合動力電動汽車，國家目前正在大力推動電動汽車的研究，并且制定了“三步走”的計劃，其中第三步就是要在2015-2020年之間，完善好電動汽車的基礎設施網絡建設，電動汽車基礎設施網絡建設中也包括充電樁的建設，要想實現電動汽車廣泛推廣，一定要解決電車充電問題，實現電動汽車動力電池產業化是第三階段的主要任務之一。

2 雙向充電樁的概述

雙向充電樁主 要指在微網的控制下來實現車載電池系統與光伏電 網之間雙向通信的一種直流充電設施。我國早已經投入了對雙向充電樁的研究工作中，目前也已經取得了一些研究成果，我國將已經研究出來的和已經投入實際建設的充電樁進行了分類，主要分為充電站和充電樁兩類，這兩類主要是按照不同的服務目的來進行分類的，其中充電站的主要服務目的是給用戶提供快遞充電，用戶可以在充電站實現對電動汽車的快速充電，所需的充電時間比較短暫，而充電樁則相反，充電樁主要用于電動汽車的慢速充電，充電所需時間較長。可能有的人認為，應該所有人都會選擇充電時間較短的充電站來進行充電，所以充電樁研究出來的意義不大，但是實際上并不是如此，充電樁和充電站所適用的環境和場所不同，兩者都有存在的必要。兩種充電設施除去在充電時長上存在不同之外，對于環境要求、充電效率上也不同，兩者各有自己的優勢，在實際建設過程中需要考慮到實際情況進行選擇。相比較充電站來說，充電樁所占用的面積比較小，管理起來也比較方便，成本不高，所以對于一些小規模的充電場所，例如地下停車場或者一些住宅區的停車間，更適合修建充電樁，因為占地面積小，所以不會占據過多的汽車停放空間，而且在這些位置停車時間一般比較久，可以滿足充電所需的時長，而且充電樁所需的充電時間長，是因為充電樁采取的是慢充模式，電流較小，比較安全，對于住宅區這種人群密集的地方來說比較適合，而且小電流對電池的傷害較小，能夠延長電動汽車電池的壽命；而充電站的優點較為明顯，充電速度快，適合人們應急所需，而且占地面積更大，所以更適合建設在路途中，幫助半路沒電的車輛。

3 雙向充電樁應用系統的相關技術

3.1 綜合監控平臺的技術指標

充電樁的位置要符合人們使用所需，因此他的位置不能過于集中，因此汽車需要位置停放，在某個停放點按照一定的所能停放的電動汽車數目安裝一定數量的雙向充電樁，根據電動汽車的停放地點，充電樁一般會安裝在停車場或者小區附近，這些位置都相對比較分散，而且安裝的充電樁數目比較多，因此對于監控裝備有一定要求，要保證監控設備之間有一定的數據通信服務功能，保證做好監控工作，同時，為了便于人們使用充電樁，要能夠實時顯示充電狀態，方便人們控制充電時間，除此之外，綜合監控平臺還需要有良好的人機界面，方便工作人員進行監管和操作，在顯示屏幕上要有每個充電樁的信息，每個充電樁處于休息狀態還是充電狀態都要有顯示，同時還要有計費系統，可以使用圖形或者表格的任一形式來展現這些信息，方便監控者或者用戶查詢或者進行其他操作。除了要做好監控工作、讓工作人員能夠獲取到上述信息之外，還要做好安全管理工作，保護好系統信息、用戶信息以及交易信息，不能有網絡風險，綜合監控平臺要有信息安全隔離功能。

具體的技術指標如下：系統的使用壽命不宜過短，因為更換起來代價過大其比較麻煩，因此系統壽命一般要在十年以上，并且系統的年利用率要保證在99.98%以上，具有高級應用策略的部署功能，充電樁出現故障的時間要比較少，能正常工作的時間要保證在40000小時以上。

3.2 雙向充電樁的技術指標

雙向充電樁的主要作用是為電動汽車提供充電服務，一般固定在電動汽車之外的位置，常見于停車場或者小區內，和電網連接在一起，雙向充電樁的設計是保證電動汽車充電的核心技術和關鍵設備，因此對于雙向充電樁的技術有較高要求。

正常使用的雙向充電樁設定的額定充放電功率為十二千瓦，電池端電壓的最大值為五百伏特，電流最大要控制在二十五安以下，保證充電線路的安全，充電樁輸出的電流是直流電。目前使用的電池種類大多是鋰電子蓄電池，充電方式主要有兩種：自動和手動。手動模式下，用戶需要自己手動設置有關參數，部分用戶汽車有特殊需求會使用手動來制定有關參數；自動模式下，用戶不能對充電參數進行調節，必須要接受電能質量控制系統的控制。

目前大部分的充電樁上都自帶有一個操作器來方便用戶操作，操作器的主要作用是規范用戶的行為，防止用戶錯誤操作導致充電故障，操作器可以實現用戶和充電樁之間的雙向交流，保證用戶可以順利完成充電行為，除去和用戶之間進行雙向交流的作用之外，操作器還可以在無人操作時實現自動信息化管理。

如果在充電過程中出現故障或者其他非正常情況要有報警裝置，讓管理人員了解到裝置出現了故障，并且要設有保護裝置，保護充電樁故障不對電動汽車產生危害。

3.3 電能質量治理系統的技術指標

電能質量治理系統的技術指標主要有以下幾點：

（1）電網頻率的有關規定。為了保證供電系統的電網平衡，要控制電網頻率波動在一定范圍之內，電網頻率波動過大會影響到充電，因此要將其控制在一定范圍之內，一般情況下，當電網頻率的最大值和最小值差別控制在0.4HZ之內時，就可以保證電網頻率波動對充電系統的不良影響。如果充電系統容量較小，那么頻率偏差限值就需要控制在±0.5HZ。

（2）在充電時要控制電壓偏差，電壓偏差過大會影響到充電因此在系統負載變化時，要控制好電壓偏差，不同的供電電壓有不同的偏差范圍，一般采用的標準如下：如果供電電壓在220V，那么電壓偏差就需要控制在標準電壓的+7%和-10%；如果供電電壓控制在20KV以下，那么電壓偏差就需要控制在+7%和—-7%。

（3）三相電壓不平衡。為了保證電網的正常運行，負序電壓的不平衡度要控制在2%之內，短時不能超過4%。

（4）公用電網諧波。不同的電壓下不同公用電網的總諧波畸變率不同，這電網電壓的數值大小有直接關系，例如6-10 KV時為4%，35-66 KV為時3%。用戶在使用充電樁進行充電時，諧波電流的允許值需要在固定范圍之內，如果超過固定范圍，那么就很有可能導致充電樁故障。

（5）間諧波有一定指標規定。公用電間諧波主要在電力系統運行過程中產生，為了保證公共電器正常運行，國家對間諧波進行了規定，保證充電設備能夠正常運行，間諧波的含有率和電壓有很大關系，國家也是根據不同的電壓來對間諧波含有率進行規定的，雙向充電樁也是如此。所以國家對于間諧波電壓含有率制定了一個標準，例如：當電壓在1000V以下時，頻率小于100 HZ為0.2%，100-800 HZ為0.5%。

（6）電網波動和閃變也會影響到雙向充電樁工作。電網波動時，充電系統會受到干擾，因此無法正常進行工作，所以對于電網波動和閃變，也有一定的技術要求。

4 雙向充電樁應用系統的技術難點

4.1 綜合監控平臺的設計要點

監控平臺的主要作用是監控，實時對充電樁進行監控可以保證充電樁安全工作，如果出現了故障可以及時得到解決，綜合監控平臺的主要功能是為了實現對電能質量的監控，保證充電樁正常工作，還要對充電樁的各項數據進行監控，以便在充電樁出現故障時維修人員可以及時得到消息趕到現場進行維修，為了實現綜合監控平臺的功能，監控平臺要實現對所有設備進行統一化的管理，保證從綜合監控平臺中可以獲取到所有雙向充電樁的數據，對數據進行統一的采集、分析，能實時的對設備運行情況進行監控，出現故障要及時警告，并且對故障產生原因進行分析。利用好監控系統，實現檢測數據和事件信息，實現設備集中遠程監控，當設備出現損害時，監控系統可以給出設備的有關數據，幫助維修工人完成設備故障原因分析工作，也為電站綜合管理提供全面的數據和統計報表。

除去以上基礎的監控功能之外，綜合監控平臺要便于設備接入，監控設備需要不斷進行更新，如果每次進行設備更新或者更換損壞設備時都要對監控平遙進行二次開發，那么將是一個非常復雜的工作，為了避免這種情況發生，要保證實現在不進行二次開發條件下能順利完成新增監控設備的接入。新的監控設備接入到系統中之后，要保證其能夠正常進行工作，要對新舊監控設備監控到的數據進行分級存儲，根據不同的類別對其進行分類匯總，方便后續統計工作。

4.2 雙向充電樁的技術設計要點

目前雙向充電樁中主要使用的是鋰電池，鋰電池是目前使用較為頻繁的蓄電池種類之一，性能較其他蓄電池更好，所以被用來當做雙向充電樁的電源，充電機為電動汽車的低壓輔助電源，低壓輔助電源應為12V和24V，可以根據需要切換不同的檔位。同時還利用TCP/IP將數據上傳到管理系統中，讓能量管理系統可以實時獲取到充電樁的信息，實現對充電系統的控制。

5 結語

總而言之，雙向充電樁對于推動電動汽車市場的發展來說有著非常重要的意義，因此一定要加強雙向充電樁的建設工作，但是目前雙向充電樁的關鍵技術還存在一些問題，這些問題亟待解決，本文主要簡單介紹了雙向充電樁的整體設計方案和一些關鍵技術，希望能夠給相關從業人員帶來一些啟示。