電動汽車充換電設施的電能計量及其溯源方法

余佳

摘 要：電動汽車是近年來全球倡導交通工具節(jié)能減排的新興產(chǎn)物，它的零排放和高能效使其使其成為社會和科學領域都熱議和研究的話題，具有著相當可觀的社會需求與發(fā)展前景。但是，電動汽車由于自身動力電池儲存量小，所以存在壽命短的缺陷，這也是短時期內(nèi)電動汽車無法大規(guī)模普及市場的關鍵。本文主要針對電動汽車充換電設施電能計量進行分析和討論。

關鍵詞：電動汽車；充換電；設施；電能；計量方式

電池充電技術是電動汽車的核心技術，但也是目前電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，因為在電池儲量與充電技術等關鍵技術環(huán)節(jié)上還未能實現(xiàn)突破。我國電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其充換電設施用電特性具有非線性、沖擊性特點，傳統(tǒng)電能表已難以滿足此類負荷準確計量的要求，而且缺乏相應檢定溯源手段。

1 電動汽車發(fā)展

在科學技術不斷進步的今天，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，人類給自然環(huán)境帶來的破壞也越來越大，致使地球資源短缺，環(huán)境污染嚴重。空氣質(zhì)量低下、全球溫室效應、沙塵暴、霧霾等現(xiàn)象已經(jīng)是屢見不鮮了，給人們生活帶來了許多不便。為了促進資源的合理利用，促使人們走上持續(xù)發(fā)展道路，交通工具必須做出相應的改革，電動汽車作為新型的交通工具，受到了社會各界人士的青睞。電動汽車運作噪音低、污染小，其運作核心是充換電設施，因此，對電動汽車充換電設施經(jīng)營模式的研究，是促使電動汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效手段，對電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著積極的意義。

我國目前純電動汽車，其運行的原理是單一由蓄電池供給電能驅(qū)動的。其主要優(yōu)點是：首先是電能為二次能源，幾乎所有的能源包括風能，水能、地熱能等都可以轉(zhuǎn)換為電能，使汽車向使用多種礦物能源發(fā)展；其次是電動汽車機構簡單，成本低，價格低廉。再次，電動汽車基本實現(xiàn)“零排放”，有效緩解城市環(huán)境污染問題。目前電動汽車的能量補給方式主要分為充電和換電兩種，所謂充電是指使用外部交流或直流電源通過交流或直流充電口直接對整車動力電池進行充電；換電則是指用充滿電能的動力電池替換電動車上電能已耗盡的動力電池來完成電能的補充。我國電動汽車充換電設施建設已具有相當規(guī)模，但目前政府沒有制定相應的服務價格機制。為促進電動汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，推進電動汽車充換電服務網(wǎng)絡建設，亟需對適合我國國情的充電服務定價機制進行研究。

2 電動汽車電池充換方式

電動汽車發(fā)展形成一定規(guī)模后，電動汽車電能消耗相應增加，電能占終端能源的比例提升。電動汽車運營模式選擇、充換電設施規(guī)劃布點，以及服務網(wǎng)絡運營管理方式等均會城市電網(wǎng)帶來影響。

2.1 交流充電

就我國現(xiàn)今電動汽車電池充換方式來看，運用較廣的就是交流充電。交流充電是不需要專業(yè)人員的指導，用戶通過交流電樁就可以自主的對電動汽車進行充電，這種充電方式操作簡單、易行，且對汽車電池影響較小，能延長電池的使用壽命。交流充電的充電量比較小，通常情況下，利用交流充電，充電時間都較長，一般五到八小時左右才能完成。

2.2 直流充電

與交流充電相對應的直流充電，在充電運作過程中，電動汽車借助電動機將交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏?，從而供電。其充電量大、充電速度快，通常情況下，直流充電的電流量可以達到3.0C左右，而僅需半小時左右就能充滿電，但直流充電也有其缺點，龐大電流短時間內(nèi)極速充電，對電池的影響很大，大大縮小了電池的使用壽命，與此同時，直流充電對電網(wǎng)配置也有影響，會干擾電網(wǎng)設施正常運用。

2.3 電池更換

通過充換電站集中對標準電池進行充電，并為電動汽車用戶快速更換電池。更換時間通常在3～5min。快速更換電池方式在充電時間、電池流通管理、充電安全等方面具有明顯優(yōu)勢。該模式是由充換電站統(tǒng)一管理電池，使電池得到定期檢修和維護，充分發(fā)揮電池的使用壽命，提高利用率，減少用戶的維護負擔。充電站可以有效利用低谷時段對電池進行統(tǒng)一充電，對電網(wǎng)起到了良好的削峰填谷的作用。

3 充換電設施電能準確計量和溯源方法的具體探析

在能源危機和氣候變暖的雙重挑戰(zhàn)下，電動汽車成為發(fā)展低碳經(jīng)濟、落實節(jié)能減排政策的重要途徑。電動汽車作為一種新型交通工具，是緩解我國石油資源緊張、城市大氣污染嚴重問題的重要手段，是推進交通發(fā)展模式轉(zhuǎn)變的有效載體。電動汽車的動力來源為裝載于車體內(nèi)部的動力蓄電池。當動力電池的電能消耗到一定程度時，就必須對其進行能量補充，以保證電動汽車能夠持續(xù)循環(huán)使用。

3.1 直流電能計量方式

在電動汽車充電站運行中，電動汽車充電車輛的相關信息和充電的狀態(tài)的起伏變化，都會對電流形成一定的影響，并且會對電能計量的準確性造成一定的影響。電動汽車的充換電設備在是使用直流電壓充電的過程中，主要是采用直流計量的方式，換言之，需要配置直流電能計量設備，還要進行直流收費。假設不對充電機損耗的狀況進行考慮的話，交流電能表和直流電能表計量的電量是一樣的。如果不考慮充電機消耗的電能，那么交流計量中的充電電量要大于直流計量的充電數(shù)值。

3.2 諧波環(huán)境下的電能計量方式

諧波在不同環(huán)境下根據(jù)其組成負載結構來看可以分為兩種，其一是線性結構，這種負載結構的電流量隨電壓平頻率和電流強弱的變化而改變，另一種是非線性結構，這種結構顧名思義就是不隨負載參數(shù)的變化而改變。不同形式負載下的諧波分析電力系統(tǒng)中的負載根據(jù)其特性可分為線性負載和非線性負載。線性負載參數(shù)不隨電壓或電流變化而變化，而非線性負載參數(shù)則會隨電壓或電流變化而變化。在諧波分析中，最長使用的是傅里葉變化方式。這種方式的要求波形的周期采樣數(shù)值N要符合N=2n，這樣才可以確保分析的精度更具準確性。所以硬件實現(xiàn)系統(tǒng)整周期采樣是確保諧波能量計量精度與諧波分析的基本保證。但是在具體的使用過程中，沖擊負荷表中存在的采樣模塊是用固定的采樣率進行采樣，負荷的具體頻率的變化會致使不同步的采樣出現(xiàn)不同的結果。在實際的頻率與理想的工頻頻率出現(xiàn)不一樣的狀況時，要使用軟件插值的方式，以此到達準同步或者是同步的成果。

結束語

電能計量及溯源技術是電力供需雙方共同期待攻克的技術難關。成熟的電能計量及溯源技術研究能保證全國電能量值的統(tǒng)一和準確可靠。電動汽車充換電設施的電能計量及其溯源方法是分析電動汽車對電網(wǎng)影響的基礎，也是研究電動汽車運營模式的基礎。電動汽車充換電設施的電能計量及其溯源方法將拓寬電能計量的領域，對電動汽車的商業(yè)化運營起到巨大的推動作用。

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