汽車充換電站建設(shè)的影響因素

符桂豪

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

關(guān)鍵字：電動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，國際汽油價格不斷高漲，價高時比價低時要高出幾倍， 目前價格徘徊在每桶100美元左右。在高油價和低碳經(jīng)濟的雙重推動下，新能源汽車被各國提上重要議程，電動汽車由此得到人們的關(guān)注。

目前，阻礙電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是充電問題，因為汽車充換電站不普及，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)在電動汽車廣泛應(yīng)用中越來越顯得緊迫與重要。而電動汽車的充換電系統(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)。充換電站的建設(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?？紤]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，政府可從低碳的角度提供財政補貼，以便電動汽車行業(yè)的迅速推廣。

2 影響電動汽車充換電站建設(shè)的因素

2．1 電動汽車充電量的總體需求

電動汽車充電量的總體需求是影響充電站布局的關(guān)鍵因素。只有充電量達到一定規(guī)模之后，充電站才可能實現(xiàn)經(jīng)濟地大規(guī)模布點。電動汽車充電量與電動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 電動汽車運行模式

在不同的運行模式下，電動汽車對其續(xù)駛能力和充電時間要求也不同，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)?，大小約為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，一般充電時間為5~8 小時，甚至長達10至20多小時。

常規(guī)充電模式的優(yōu)點為：

1)充電時間較長，充電器和安裝成本比較低；

2)可充分利用電力低谷時段進行充電，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間較長，給實際使用帶來許多不便。為了縮短蓄電池達到滿充狀態(tài)的時間，同時，盡量降低蓄電池正負極板的極化，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)?？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20 min～2 h，為其提供短時充電服務(wù)，一般充電電流為150—400 A。

快速充電模式的優(yōu)點為：

1)充電時間短；

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)由于充電在短時間內(nèi)(約為10～15 min)就能使電池儲電量達到80％ 一90％ ，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。

但是，相對常規(guī)充電模式，快速充電也存在一定的缺點：

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，同時計量收費設(shè)計也需特別考慮。

(3)地面充電系統(tǒng)

又稱機械充電，通過電池租賃方式，直接更換電動汽車的電池組。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)進行補充充電。這種模式下，備用電池組存儲空間及如何真正實現(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，更換站需配備專業(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。

采用這種模式，具有如下優(yōu)點：

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段進行充電，降低了充電成本，提高了車輛運行經(jīng)濟性從另一個方面看，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)由于電池的更換、充電和維護工作由專業(yè)人員完成，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；

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

綜上所述，以上各種充電模式各有特點，因此，在日常應(yīng)用推廣中，我們要結(jié)合實際情況，綜合考慮、有機結(jié)合地進行選擇和實施。達到實際的行駛要求。

2．4 動力電池特性

不同種類動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。目前部分電動汽車使用了磷酸鐵鋰電池與錳酸鋰電池作為高能動力電池

其主要參數(shù)如下：

電池型號 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，隨著環(huán)境溫度的降低，其充電接受能力逐漸降低。低溫時電池放電效率降低，在同樣的運行機制和行駛里程下，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

電動汽車充電站屬于諧波源負荷，會產(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)汽車充換電站時要將諧波監(jiān)測點作為充電設(shè)施接入點，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)定進行設(shè)計。目前常采用有源濾波技術(shù)在低壓母線集中補償。

其補償容量計算方法為：

式中，表示需要補償?shù)娜萘俊檎w修正系數(shù)（一般選擇0.5~0.8）。表示充電機可靠系數(shù)（一般取1.05~1.20）；表示充電機的充電效率；表示充電機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）；表示單臺充電機功率。

3.結(jié)束語

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

參考文獻

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。