電動(dòng)汽車快速充電站的設(shè)計(jì)措施

孔鮮龍　王勇

摘要：當(dāng)前電動(dòng)汽車市場正逐步受到人們的關(guān)注，由于其具有節(jié)省、環(huán)保等方面的優(yōu)點(diǎn)，在未來具有非常大的發(fā)展空間，但是在電動(dòng)汽車使用的過程中，面臨的首要問題是車輛的續(xù)航能力不足。為了保證車輛的正常使用，就需要設(shè)計(jì)出可以快速充電的充電站。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；快速充電站；充電站設(shè)計(jì)

中圖分類號：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）26-0013-02

在全世界的可用能源都在不斷損耗的背景下，具有綠色環(huán)保功能的電動(dòng)汽車有了很大的發(fā)展空間。但是電動(dòng)汽車要想大量的推廣使用，首先要解決的問題就是電動(dòng)汽車的充電問題。一般情況下，使用普通的充電器進(jìn)行充電，往往需要花費(fèi)非常長的時(shí)間，無法滿足日常生活的需要。為了可以使得電動(dòng)汽車被順利地推廣使用，就需要研制出可以快速充電的電動(dòng)汽車充電站。

1 電動(dòng)汽車充電站的發(fā)展概況

在美國和歐洲等國家，電動(dòng)汽車已經(jīng)得到廣泛的使用，在全球范圍中電動(dòng)汽車的銷量正在逐步提升。各種各樣的電動(dòng)汽車快速充電站也相繼出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中。而在國內(nèi)電動(dòng)汽車行業(yè)有了很大的發(fā)展，國家電網(wǎng)單位也正在把電動(dòng)汽車充電站作為重要的戰(zhàn)略要點(diǎn)進(jìn)行布置，以此來實(shí)現(xiàn)充電站代替石油站的目的，使電能成為主要的能源使用巨頭。在一些停車場、商業(yè)中心等場所已經(jīng)投資建設(shè)短路充電樁和充電站，雖然目前來說我國電動(dòng)汽車的使用率不高，電動(dòng)汽車快速充電站的布局也在逐步的摸索當(dāng)中。但是電動(dòng)汽車是我國新能源結(jié)構(gòu)和未來戰(zhàn)略發(fā)展的主要方向，為了使未來電動(dòng)汽車使用量得到爆發(fā)式的提高，首先要對電動(dòng)汽車快速充電站進(jìn)行布局。

2 電動(dòng)汽車對快速充電站的設(shè)計(jì)要求

2.1 快速充電站要具有通用性

由于不同的電動(dòng)汽車蓄電池的電壓等級和蓄電池等級是不同的，所以在公共場所使用的快速充電站需要使用各個(gè)電壓等級和蓄電池系統(tǒng)。要保證充電站充電的廣泛性，要可以根據(jù)不同類型的蓄電池使用不同的充電控制方法。所以在電動(dòng)汽車商業(yè)化前期，首先要制定對充電裝置、充電接口、接口協(xié)議和充電規(guī)范制定相對應(yīng)的管理措施。

2.2 要具備較快的充電速度

傳統(tǒng)的鉛酸類蓄電池和發(fā)展前景比較好的鎳氫和鋰離子動(dòng)力蓄電池對比，具有投入資金低、電池容量高、施工技術(shù)成熟、無記憶效應(yīng)、跟隨負(fù)荷輸出特性好等方面的優(yōu)點(diǎn)。但是鉛酸類蓄電池也存在著續(xù)航能力不高的缺點(diǎn)。為了延長電動(dòng)汽車的行駛路程，就需要建設(shè)出可以快速充電的充電站來對此問題進(jìn)行解決，進(jìn)而使得電動(dòng)汽車可以順利地推行使用。

2.3 對電能有比較高的轉(zhuǎn)化率

電動(dòng)汽車的運(yùn)行能源費(fèi)用和電動(dòng)汽車的能耗指標(biāo)是有著非常密切的聯(lián)系的，如何有效地提高電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、建設(shè)電動(dòng)汽車的能源消耗，是未來電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)順利發(fā)展的一個(gè)重要方面。在建設(shè)充電站的過程中，要對建設(shè)成本和電能的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行充分的考慮。要盡可能地選擇建設(shè)成本低廉、電能轉(zhuǎn)化率比較高的充電設(shè)施。

2.4 充電站要可以進(jìn)行智能化充電

電動(dòng)汽車蓄電池的應(yīng)用水平和電池性能對電動(dòng)汽車的普及和發(fā)展造成了非常大的影響，推行充電站的智能化充電主要是為了實(shí)現(xiàn)可以對電池的放電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，防止出現(xiàn)過放電的情況，盡可能地在無損電池的情況下對電池進(jìn)行充電，提高電池的使用年限。在充電站的建設(shè)過程中，充電智能化技術(shù)主要可以從以下三個(gè)方面體現(xiàn)出來，具體為：（1）要可以對電池的電量進(jìn)行智能化管理，對電量進(jìn)行指導(dǎo)和計(jì)算；（2）對充電機(jī)、充電技術(shù)和充電站進(jìn)行優(yōu)化；（3）可以自動(dòng)對蓄電池進(jìn)行維護(hù)并可以自動(dòng)診斷出電池的故障。

2.5 充電站要具有集成化的特點(diǎn)

在充電站的建設(shè)過程中，電動(dòng)汽車的能力管理系統(tǒng)要可以和充電系統(tǒng)組成一個(gè)整體，要對電流檢測、集成傳輸晶體管、反向放電保護(hù)等功能進(jìn)行集成。要盡可能地實(shí)現(xiàn)高度集成化的充電站建設(shè)，節(jié)省出電動(dòng)汽車內(nèi)部零件，節(jié)省系統(tǒng)成本，對充電效果進(jìn)行優(yōu)化，提高電池的使用

年限。

3 充電站的設(shè)計(jì)措施

3.1 充電站配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

充電站的配電系統(tǒng)主要分為測控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)兩個(gè)方面。主要是用來實(shí)現(xiàn)充電站配電系統(tǒng)監(jiān)控保護(hù)功能和監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)，利用充電站后臺(tái)系統(tǒng)和通信管理機(jī)達(dá)到對數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的目的。

配電系統(tǒng)主要是由監(jiān)控屏、微機(jī)保護(hù)測控一體化裝置、公用測控裝置、通信管理裝置等裝置組成。其中微機(jī)保護(hù)功能裝置要具有對進(jìn)線變開關(guān)的遙控功能、測量進(jìn)線變的功能和進(jìn)線變的保護(hù)功能。公用測控裝置是用來對充電站配電系統(tǒng)進(jìn)行測控的，主要是用來收集出線開關(guān)的負(fù)荷電流和信號、0.5kV母線的電壓，同時(shí)還具備遙控聯(lián)絡(luò)開關(guān)和低壓進(jìn)線開關(guān)的作用。一般情況下，會(huì)在0.5kV側(cè)配置分段安裝自投裝置，從而對配電系統(tǒng)的自動(dòng)化進(jìn)行提升，達(dá)到無人值守的目的。

3.2 充電站控制功能的設(shè)計(jì)措施

（1）要確?？刂频奈ㄒ恍?，同一個(gè)操作人員在同一時(shí)間只可以對一個(gè)對象進(jìn)行控制。（2）可以對機(jī)械設(shè)備采取控制的保護(hù)措施，可以通過云臺(tái)對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)要具備時(shí)間定制功能。（3）為了可以從多個(gè)方面、多個(gè)視角對攝像機(jī)的焦距進(jìn)行調(diào)整，所有的攝像機(jī)都可以被操作人員控制，如果云臺(tái)自身具有預(yù)置功能，操作人員可以對云臺(tái)進(jìn)行操作和預(yù)制，要將景深和光圈進(jìn)行調(diào)整。（4）要對職能設(shè)備和消防主機(jī)進(jìn)行復(fù)歸。（5）需要安裝門禁系統(tǒng)，這樣可以方便具有相關(guān)權(quán)限的人員將門鎖打開和站內(nèi)刷卡開門。

3.3 充電站計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

充電站的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主要是由計(jì)費(fèi)部分和計(jì)量部分組成，其中計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主要是由服務(wù)器和計(jì)費(fèi)工作站構(gòu)成，計(jì)量系統(tǒng)主要是由直流電表、關(guān)口電表、充電計(jì)量管理機(jī)和交流電表構(gòu)成。在充電站上直流電表、管口電表、交流電表的電量信息是由采集終端進(jìn)行收集。充電站的充電信息和充電站的總電量的數(shù)據(jù)是通過以太網(wǎng)和計(jì)費(fèi)工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換，后臺(tái)在對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，會(huì)把對應(yīng)的計(jì)費(fèi)信息和電量信息保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。為了保證上級系統(tǒng)可以及時(shí)地獲得充電站的電量信息，要使用用電信息收集系統(tǒng)和每次充電完成用電信息的收集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的互通。

3.4 充電站系統(tǒng)交流電樁的設(shè)計(jì)

交流電樁主要是用來對電動(dòng)汽車提供充電的交流電源。系統(tǒng)占地面積一般不大，也相對比較簡單、容易安裝，可以在居民居住區(qū)的小區(qū)停車廠、電動(dòng)汽車充電站、公共的停車場、室外或室內(nèi)場所、大型商場的停車場等場所進(jìn)行安裝，操作使用都非常的方便，是非常關(guān)鍵的電動(dòng)汽車充電設(shè)備。一般情況下交流充電樁要具備下面六個(gè)方面的功能，具體為：（1）交流電樁要具有漏電、過流、短路、欠壓、過壓等方面的保護(hù)功效；（2）交流電樁要具有提供6kW/15kW，AC220V交流電的能力；（3）交流電樁上要安裝操作按鍵和急停開關(guān)等重要的操作接口；（4）為了清晰地顯示出點(diǎn)樁的運(yùn)行狀態(tài)，交流電樁上要安裝觸摸屏和指示燈；（5）為了對交流充電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，要在交流電樁上安裝多功能交流電度表；（6）交流電樁要具有數(shù)據(jù)小票的打印功能，可以設(shè)置幾種不同類型的費(fèi)用支付方法，并安裝打印機(jī)。

3.5 充電站直流電機(jī)的設(shè)計(jì)

直流充電機(jī)主要有控制單元、功率單元、通信接口、電氣接口四個(gè)方面的內(nèi)容，通過利用整流設(shè)施為電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。一般情況下，直流充電機(jī)的電壓變化和輸出電流都比較大，可以為各種類型的電動(dòng)汽車的蓄電池進(jìn)行充電。一般情況下，直流電機(jī)分為三個(gè)種類：（1）可輸出最大電流為30A，輸出電壓為DC155～355V的小型電機(jī)，單臺(tái)電機(jī)的最大功率為10kW；（2）可輸出最大電流為220A，輸出電壓為DC350～550V的中型電機(jī)，單臺(tái)電機(jī)的最大功率為150kW；（3）可輸出最大電流為420A，輸出電壓為DC350～550V的大型電機(jī)，單臺(tái)電機(jī)的最大功率為250kW。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選取，也可以將多個(gè)直流充電機(jī)進(jìn)行并聯(lián)使用，來對輸出功率進(jìn)行

提升。

4 結(jié)語

電動(dòng)汽車作為一種綠色、無污染的新型動(dòng)力設(shè)備，在未來有非常大的發(fā)展空間，但是由于其具有續(xù)航能力差等方面的缺點(diǎn)，電動(dòng)汽車要想在市場上被順利地推廣開來，其中一個(gè)關(guān)鍵的因素就是快速充電站的布置。本文通過對快速充電站的設(shè)計(jì)措施進(jìn)行簡單的分析，希望可以為快速充電站的設(shè)計(jì)起到一定的參考作用。

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作者簡介：孔鮮龍（1977—），男，山西陽城人，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心試驗(yàn)技術(shù)部工程師，在職研究生，研究方向：航天測控；王勇（1965—），男，四川仁壽人，四川大學(xué)電子信息學(xué)院副教授，博士，研究方向：教學(xué)。