新能源電動汽車換電站發(fā)展與應(yīng)用研究

扈蓬洋 仲玉洲 劉國強(qiáng)

【摘要】在我國進(jìn)入21世紀(jì)迅猛發(fā)展的新時期，隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展我國對不可再生能源的消耗量快速增加，尋找合適的可再生能源成為目前我國發(fā)展的重點(diǎn)。目前汽車行駛過程中的動力主要由石油提供，造成大量尾氣被排放到空氣中，這也是現(xiàn)如今我國頻繁爆發(fā)霧霾天氣的原因之一。解決環(huán)境與能源矛盾的方法就是發(fā)展情節(jié)可再生能源，而電動汽車這種利用電能給自身提供動力的交通工具逐步進(jìn)入到人們視野中。但發(fā)電過程依然需要利用不可再生能源-煤炭，電量需求量變大，依然會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，開發(fā)利用可再生清潔能源成為眼下急需解決的現(xiàn)實(shí)問題。

【關(guān)鍵詞】電動汽車充電站;發(fā)展趨勢

引言

伴隨環(huán)境問題的日益惡化，傳統(tǒng)不可再生能源的消耗量不斷增加，探求一條可持續(xù)發(fā)展的道路逐漸成為各國發(fā)展的共識。而目前汽車主要以消耗石油來提供動力，汽車尾氣產(chǎn)生大量有害污染物排到大氣，是造成霧霾多發(fā)的一個重要原因之一。發(fā)展清潔可再生能源可以解決環(huán)境和能源問題之間的矛盾，電動汽車是未來一種發(fā)展前景廣闊的交通工具，其利用電能產(chǎn)生動力勢能，基本上為零污染。但是電動汽車單純利用現(xiàn)有電網(wǎng)的電能充電，而發(fā)電還是通過不可再生能源煤、石油等化石燃料的燃燒，將加重環(huán)境和能源問題，因此開發(fā)可再生能源、清潔能源的充電站為電動汽車提供電能迫在眉睫。

1新能源汽車能源供應(yīng)方式

電池的續(xù)航問題是目前新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展最大的困境，這也是嚴(yán)重影響新能源汽車商業(yè)化的主要原因?，F(xiàn)在市場上，新能源汽車的能源供應(yīng)方式有更換電池和充電兩種模式，充電方式就是在指定的充電站或者充電樁進(jìn)行充電，電池的保養(yǎng)維修由車主承擔(dān)。這種方式比較簡便，然而個人所承擔(dān)的成本相對有點(diǎn)高，和內(nèi)燃機(jī)汽車比較優(yōu)勢不明顯。換電模式就是更換電池模式，即用戶從換電站獲取電池同時享受換電站的專業(yè)服務(wù)和技術(shù)支持，電池多是換電站轉(zhuǎn)租的，換下來的電池由廠家收集并負(fù)責(zé)后期維護(hù)，換電模式直接更換電池的方式更接近于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)加油方式，效率高且購車成本低，車主還不用考慮電池的折舊和損壞，是比較適合現(xiàn)在國情和行業(yè)特點(diǎn)的模式。

2新能源電動汽車充電站現(xiàn)狀

2.1運(yùn)行模式現(xiàn)狀

電動汽車動力來源于儲能電池，可以將其充電過程看作隨機(jī)性的負(fù)荷、放電過程則為一個可以移動的電源，也就是常說的V2G模式。電動汽車充電過程，本身受到控制策略及動力電池特性的影響，這個過程中電動汽車就是一個大電流、低電壓的負(fù)荷。實(shí)際中電動汽車充電模式有三種：慢充、快充及快換方式。慢充方式主要應(yīng)用于續(xù)航能力大的電動汽車，這種充電模式通常會利用夜間停運(yùn)時間進(jìn)行，不會耽誤電動汽車的正常應(yīng)運(yùn);快充方式針對那些續(xù)航能力中等的電動汽車，但快速充電電流沖擊較大，通常只用于標(biāo)準(zhǔn)充電站;快換方式則是針對標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的電池組，但這種模式在自動充電站不適合使用，只能應(yīng)用于有人職守的充電站。

2.2電池更換

此種充電方式應(yīng)用的特點(diǎn)可以涵蓋上述兩種方式，既可以應(yīng)用于高速公路、省級公路，又可以應(yīng)用于城市主干道和居民區(qū)。因?yàn)榇朔N方式不用馬上充電，因此車主在換電服務(wù)消耗的時間可能只需要5分鐘。同時，換下的電池可以集中安排充電，充電電流一般維持在30A上下。也正因?yàn)槿绱?，電動汽車換下的電池可以在低谷時段進(jìn)行充電，在提高安全性和可靠性的前提下，又可以確保第二天的換電服務(wù)正常展開。此種方案的成本大約是正常換電站的1.6倍，并且維修和管理費(fèi)用也比較合適。

2.3充電站

目前，因?yàn)楝F(xiàn)有的電動汽車充電站較少，充電困難成為阻礙電動汽車發(fā)展的主要因素之一。電動汽車充電站在電網(wǎng)中的規(guī)劃選址，需要考慮很多因素。不僅要考慮到電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷率還需要考慮便利性、附近交通環(huán)境和周邊自然環(huán)境等復(fù)雜的因素，是一個多目標(biāo)、多因素優(yōu)化問題。需要對影響充電站設(shè)施規(guī)劃建設(shè)的關(guān)鍵因素進(jìn)行識別，以降低充電站設(shè)施規(guī)劃布點(diǎn)建設(shè)的風(fēng)險，提高投資效益。建設(shè)電動汽車充電設(shè)施需要綜合考慮政策環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、社會環(huán)境和技術(shù)環(huán)境制定一套綜合的方案。新能源電動汽車充電站作為城市公共設(shè)施，設(shè)計時還要就起安全可靠性、充電站的多元功能性、充電站的人性化、充電站與環(huán)境協(xié)調(diào)性、充電站的智能系統(tǒng)性。

3新能源電動汽車換電站發(fā)展和運(yùn)用優(yōu)勢

相較傳統(tǒng)的充電模式，換電模式有諸多優(yōu)勢。（1）延長電池壽命，梯次利用電池儲能，由于目前大部分新能源汽車的動力電池是固定在車底盤，不能運(yùn)用換電技術(shù)，只能用充電樁充電，即使當(dāng)前出現(xiàn)超級充電可以縮短充電時間，但由于短時間內(nèi)通過電池電流和電壓過大，導(dǎo)致動力電池的還原能力降低，電池充放電的循環(huán)次數(shù)減少，加速了電池容量的衰減，進(jìn)而縮短了動力電池的使用壽命，而短時間大功率充電又造成基建要求高。而換電站可根據(jù)實(shí)際地點(diǎn)車輛數(shù)量儲備多塊電池，使用慢充對電池充電，并進(jìn)行電池平衡電壓，延長了電池使用壽命，車輛到換電站快速更換電池即可。（2）快速更換電池，節(jié)省時間，大幅度提高效率，目前新能源汽車的電池以充電為主，通過充電樁為車輛充電，即使是大功率的直流電快充，一般充滿時間也在0.5～2h，而換電時間一般在1～3min，換電最慢是快充所需時間的1/10左右，差不多與車輛加油時間相同或更快，極大地縮短了純電動汽車的充電時間，大幅度提高了新能源汽車的使用效率。（3）解決續(xù)航里程問題，截至2019年年底，車樁比為3.4：1，充電樁仍然存在巨大缺口，特別是高速公路服務(wù)區(qū)的充電樁數(shù)量較少，充電速度慢，設(shè)備故障率高，無法滿足新能源汽車長途行駛的需要，而換電站的快速建設(shè)可以彌補(bǔ)充電樁的缺口，換電時間短，與加油時間相當(dāng)或更短，此外，由專業(yè)的運(yùn)營公司自主建設(shè)換電站，有專業(yè)的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)運(yùn)營和后期維護(hù)，能夠保證換電站長期穩(wěn)定使用，目前換電技術(shù)是解決續(xù)航里程問題的最理想方案。

結(jié)語

新能源電動汽車充電樁建設(shè)行業(yè)市場前景良好，有必要做好相關(guān)研究工作，因此本文中筆者分析目前電動汽車電池儲能能力，介紹運(yùn)營模式及充電站類型，最后對未來發(fā)展進(jìn)行展望。希望通過本文的研究可以給同行提供一定的借鑒，促進(jìn)電動汽車充電站建設(shè)水平提高。

參考文獻(xiàn)

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