佛山公交充電站充電設(shè)施現(xiàn)狀及充電功率選擇原則分析

何德衛(wèi)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東佛山528000）

1 佛山市公交站場(chǎng)及充電設(shè)施現(xiàn)狀

截至2017年10月，佛山市共建成公交車(chē)充電站62座，其中禪城區(qū)5座，南海區(qū)16座，順德區(qū)33座，高明區(qū)5座，三水區(qū)3座。

2 公交充電站充電設(shè)施功率選擇原則

2.1 公交車(chē)充電樁功率選擇的原則

（1）根據(jù)充電站的停車(chē)位和充電車(chē)輛數(shù)量及公交線路的運(yùn)營(yíng)方案配置充電樁數(shù)量。

（2）根據(jù)運(yùn)營(yíng)車(chē)輛的快充慢補(bǔ)時(shí)間需求、電池BMS系統(tǒng)充電功率限制等選擇充電樁的功率。

（3）根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)、電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)適當(dāng)超前配置大功率充電樁，建議使用柔性充電堆技術(shù)。

2.2 公交車(chē)充電樁功率選擇的依據(jù)

根據(jù)佛山市現(xiàn)運(yùn)行的電動(dòng)公交車(chē)技術(shù)參數(shù)，純電動(dòng)公交車(chē)的車(chē)長(zhǎng)在8.4～8.6 m之間，電池容量在78～185 kW·h之間，續(xù)航里程在77～282 km之間。插電式混合動(dòng)力公交車(chē)的車(chē)長(zhǎng)基本為10.5 m，電池容量在13～27 kW·h之間，續(xù)航里程在14～60 km之間。

2.2.1 電動(dòng)公交車(chē)充電的特點(diǎn)

目前電動(dòng)公交車(chē)根據(jù)充電快慢可分為快充車(chē)和慢充車(chē)兩種。

（1）快充車(chē)（充電倍率≥3C）：電池容量較小（一般低于100 kW·h），車(chē)身配置兩個(gè)直流充電接口，可實(shí)現(xiàn)兩支充電槍同時(shí)充電。由于電池容量較小，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中線路往返一次消耗的電量占比大，因此需在充電站場(chǎng)利用每次發(fā)車(chē)間隔進(jìn)行快速補(bǔ)電，以達(dá)到下一次發(fā)車(chē)的運(yùn)營(yíng)電量需求?？斐滠?chē)要求采用快補(bǔ)模式，即晚上在停保場(chǎng)充滿電，白天在公交首末站、樞紐站利用發(fā)車(chē)換班間隔進(jìn)行快速補(bǔ)電。

（2）慢充車(chē)（充電倍率＜3C）：電池容量較大（一般大于100 kW·h），車(chē)身配置一個(gè)直流充電接口，單槍單充。由于電池容量較大，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中線路往返一次消耗的電量占比小，因此不需要在每次的發(fā)車(chē)間隔進(jìn)行快速補(bǔ)電，一般一天補(bǔ)電2～3次即可滿足運(yùn)營(yíng)需求。慢充車(chē)可采用快充慢補(bǔ)模式，即晚上在停保場(chǎng)充滿電，白天在公交首末站、樞紐站適當(dāng)?shù)乩媚承┌l(fā)車(chē)換班間隔進(jìn)行快速補(bǔ)電。

根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)電池的特點(diǎn)，為避免深充深放的充放電模式對(duì)電池壽命的影響，電動(dòng)汽車(chē)日常行駛過(guò)程中，當(dāng)電池電量下降至30%時(shí)，就需要進(jìn)行補(bǔ)電；當(dāng)利用大功率的充電樁快速補(bǔ)電至電池容量的80%時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的BMS系統(tǒng)出于對(duì)電池的保護(hù)，將主動(dòng)限制充電樁輸入電池的功率，所以想要充滿電池剩下的20%的電量所需時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)?，F(xiàn)把快充的時(shí)間段定義為把電池容量從30%充至80%所需的時(shí)間，即補(bǔ)電量為50%所需的時(shí)間；慢充的時(shí)間定義為把電池容量從30%充至100%所需的時(shí)間，即補(bǔ)電量為70%所需的時(shí)間。

2.2.2 快充模式下充電樁的功率選擇

快充一般為白天在公交首末站或樞紐站利用大功率充電樁進(jìn)行快速補(bǔ)電，根據(jù)佛山市電動(dòng)公交車(chē)運(yùn)營(yíng)需求，快充模式下充電樁功率需滿足充電10 min（1/6 h）達(dá)到運(yùn)營(yíng)需求：6～7 m車(chē)運(yùn)營(yíng)25 km（補(bǔ)電19 kW·h），8～9 m車(chē)運(yùn)營(yíng)30 km（補(bǔ)電23 kW·h），10～11 m車(chē)運(yùn)營(yíng)40 km（補(bǔ)電30 kW·h）。

由公式Q（充電量）=P（充電樁功率）×t（充電時(shí)間，已含充電啟停及校準(zhǔn)等準(zhǔn)備時(shí)間），推算出充電樁功率P=Q/t=Q/（1/6 h），可實(shí)現(xiàn)在發(fā)車(chē)間隔內(nèi)至少補(bǔ)充線路來(lái)回一趟消耗的電量。

結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)載充電機(jī)（直流充電樁，也叫快充樁）技術(shù)規(guī)范和電池性能，方便日后運(yùn)維（方便框架采購(gòu)，也為了減少充電樁及其備品備件的種類），現(xiàn)推薦電動(dòng)公交車(chē)的快充樁功率選擇120 kW、150 kW、180 kW（一樁一槍）或240 kW、300 kW、360 kW（一機(jī)雙槍，每支充電槍各分配一半功率）。直流充電樁選擇分體結(jié)構(gòu)型式，采用高頻開(kāi)關(guān)整流模式，成套配置有源功率因數(shù)校正技術(shù)，充電站原則上不單獨(dú)設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償及濾波裝置。

2.2.3 慢充模式下充電樁的功率選擇

慢充模式一般為晚上電動(dòng)公交車(chē)?？吭诠卉?chē)停保場(chǎng)，利用固定停車(chē)位配置的充電樁進(jìn)行充電，補(bǔ)電過(guò)程有充足的時(shí)間，考慮到公交充電站采用大工業(yè)用電性質(zhì)，為降低運(yùn)營(yíng)成本，選擇谷電時(shí)間段（00：00—08：00，共8 h）進(jìn)行充電。根據(jù)目前佛山市的電動(dòng)公交車(chē)技術(shù)參數(shù)，電池容量在78～185 kW·h之間。

由公式Q（充電量）=P（充電樁功率）×t（充電時(shí)間，已含充電啟停及校準(zhǔn)等準(zhǔn)備時(shí)間），推算出P=Q/t=（78～185）/8=（10～24）kW，即在充裕的充電時(shí)間條件下，充電樁功率大于24 kW即可（電動(dòng)公交車(chē)回場(chǎng)時(shí)的電池電量一般不會(huì)低于30%）?？紤]未來(lái)技術(shù)進(jìn)步，電池容量會(huì)進(jìn)一步提升，根據(jù)適當(dāng)超前的原則，晚上慢充模式下的充電樁功率可選擇30 kW、45 kW（一樁一槍）或60 kW、90 kW（一樁雙槍）。為降低晚上電動(dòng)汽車(chē)移位排隊(duì)停車(chē)充電的運(yùn)營(yíng)人力成本，建議在公交停保場(chǎng)根據(jù)場(chǎng)地的停車(chē)位數(shù)量和車(chē)輛數(shù)量，按照樁車(chē)比1:1進(jìn)行充電樁的配置。

2.3 柔性充電技術(shù)

目前市場(chǎng)上直流充電樁型式分為三大類：一體式充電樁、分體式充電樁、矩陣式柔性充電堆。

2.3.1 傳統(tǒng)一體式或分體式充電樁

傳統(tǒng)固定功率的充電樁，分為一體式和分體式，多為一機(jī)雙槍。分體式充電樁多應(yīng)用于功率較大的樁機(jī)，整流模塊分離機(jī)體，集中存放，較一體式樁機(jī)更便于設(shè)備散熱和日后功率增容。對(duì)于擁有單個(gè)充電口的公交車(chē)，可一個(gè)充電樁對(duì)兩輛車(chē)同時(shí)進(jìn)行充電；對(duì)于擁有雙充電口的快充公交車(chē)，可雙槍同時(shí)對(duì)一車(chē)進(jìn)行充電。

目前充電設(shè)施大部分為固定功率充電樁，其結(jié)構(gòu)和使用操作簡(jiǎn)單。但只能按照最大供電功率的電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行配置，設(shè)備投資比較大，受車(chē)輛數(shù)量限制，夜晚充電時(shí)需要人工對(duì)車(chē)輛進(jìn)行移位充電調(diào)度。充電功率較小的汽車(chē)充電，剩余功率浪費(fèi)，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)能效比降低，利用率低。需要給后期更大功率的汽車(chē)充電時(shí)，需要購(gòu)買(mǎi)新的充電樁，升級(jí)改造費(fèi)用高。

2.3.2 矩陣式柔性充電堆

矩陣式柔性充電堆是將電動(dòng)汽車(chē)充電站內(nèi)全部或部分智能充電模塊及監(jiān)控系統(tǒng)集成在一起，利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對(duì)智能充電模塊進(jìn)行集中控制及動(dòng)態(tài)分配，為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池提供電能。其優(yōu)勢(shì)在于采用矩陣開(kāi)關(guān)，可根據(jù)車(chē)輛充電需求及相應(yīng)充電策略，實(shí)現(xiàn)充電功率的共享，按需分配，一位一端，無(wú)需移車(chē)，具有兼容社會(huì)車(chē)輛充電的特點(diǎn)。

為適應(yīng)車(chē)型多、升級(jí)易的電動(dòng)車(chē)充電需求，避免充電樁不能適應(yīng)電池技術(shù)的發(fā)展，而導(dǎo)致無(wú)法對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電，柔性充電堆作為新一代充電設(shè)施，將朝著具備高兼容性和擴(kuò)展性發(fā)展，建議在新建的公交車(chē)充電站嘗試采用柔性充電堆技術(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

充電基礎(chǔ)設(shè)施是電動(dòng)汽車(chē)推廣應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，其布局是關(guān)乎未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和城市建設(shè)的重要而復(fù)雜的問(wèn)題。隨著國(guó)家新一輪電動(dòng)汽車(chē)推廣工作的開(kāi)展，充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將迎來(lái)新的高潮。

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