關(guān)于電動汽車的充電系統(tǒng)技術(shù)研究

　　電動汽車的發(fā)展包括電動汽車以及能源供給系統(tǒng)的研究和開發(fā)，其中能源供給系統(tǒng)是指充電基礎(chǔ)設(shè)施，供電、充電和電池系統(tǒng)及能源供給模式。電動汽車充電技術(shù)作為一個新的科技領(lǐng)域，世界各國都置身于充電技術(shù)的研究，并擬制作充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為未來企業(yè)發(fā)展占據(jù)先機(jī)。

　　1.充電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

　　因?yàn)槟壳半妱悠嚦潆娬窘ㄔO(shè)的規(guī)模小、數(shù)量少，所以電動汽車充電站相關(guān)技術(shù)大部分還處在實(shí)際應(yīng)用的初級階段。國際上電動汽車充電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)主要是IEC 發(fā)布的IEC61851:2001，該標(biāo)準(zhǔn)包括三個部分，分別為：一般要求、電動車輛與交流/直流電源的連接要求、電動車輛與交流/直流充電站。

　　我國根據(jù)國內(nèi)電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r，于2001年制定了3個標(biāo)準(zhǔn)，這3個標(biāo)準(zhǔn)分別等同采用了IEC61851的3個部分。近年來，電動汽車以及電力技術(shù)的快速發(fā)展，這些標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足當(dāng)前的發(fā)展需求，而且這些標(biāo)中缺乏通信協(xié)議、監(jiān)控系統(tǒng)等方面的內(nèi)容。目前國家電網(wǎng)公司為了規(guī)范內(nèi)部電動汽車的應(yīng)用，已經(jīng)頒布了6項(xiàng)與電動汽車充電站相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前供電、充電和電池系統(tǒng)應(yīng)用集成技術(shù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范研究的缺乏，仍然是電動汽車推廣應(yīng)用的主要薄弱環(huán)節(jié)，給電動汽車下一步的發(fā)展和充電設(shè)施的統(tǒng)一規(guī)劃帶來了很大的困難。能夠保證大規(guī)模充電站正常運(yùn)營的充電站監(jiān)控系統(tǒng)尚無成熟產(chǎn)品，充電站監(jiān)控系統(tǒng)和充電機(jī)間的通信協(xié)議和通信接口尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以遵循，各充電站之間也無信息聯(lián)系。

　　2 電動汽車常用充電模式

　　根據(jù)電動汽車動力電池組的技術(shù)和使用特性，電動汽車的充電模式存在一定的差別。對于充電方案的選擇，現(xiàn)今普遍存在常規(guī)充電、快速充電和電池組快速更換系統(tǒng)三種模式。

　　2.1　常規(guī)充電

　　1）概念：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24h），充電電流相當(dāng)?shù)?，大小約為15A，這種充電叫做常規(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(dá)10至20多個小時。

　　2）優(yōu)缺點(diǎn)：因?yàn)樗霉β屎碗娏鞯念~定值并不關(guān)鍵，因此充電器和安裝成本比較低;可充分利用電力低谷時段進(jìn)行充電，降低充電成本;可提高充電效率和延長電池的使用壽命。常規(guī)充電模式的主要缺點(diǎn)為充電時間過長，有緊急運(yùn)行需求時難以滿足。

　　2.2　快速充電

　　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分鐘至2小時內(nèi)，為其提供短時充電服務(wù)，一般充電電流為150～400A。

　　1）概念：常規(guī)蓄電池的充電方法一般時間較長，給實(shí)際使用帶來許多不便。快速充電電池的出現(xiàn)，為純電動汽車的商業(yè)化提供了技術(shù)支持。

　　2）優(yōu)缺點(diǎn)：充電時間短;充電電池壽命長（可充電2000次以上）;沒有記憶性，可以大容量充電及放電，在幾分鐘內(nèi)就可充70%～80%的電;由于充電在短時間內(nèi)（約為10-15分鐘）就能使電池儲電量達(dá)到80%-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(diǎn)：充電器充電效率較低，應(yīng)的工作和安裝成本較高;，充電電流大，，特別考慮。

　　2.3　機(jī)械充電

　　1）概念：即電池組快速更換系統(tǒng)。通過直接更換電動汽車的電池組來達(dá)到為其充電的目的。由于電池組重量較大，更換電池的專業(yè)化要求較強(qiáng)，需配備專業(yè)人員借助專業(yè)機(jī)械來快速完成電池的更換、充電和維護(hù)。

　　2）優(yōu)缺點(diǎn)：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;對更換下來的蓄電池可以利用低谷時段進(jìn)行充電，降低了充電成本，提高了車輛運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性;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;可以及時發(fā)現(xiàn)電池組中單電池的問題，進(jìn)行維修工作，對于電池的維護(hù)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。

　　3 充電站監(jiān)控系統(tǒng)

　　電動汽車充電站是保障電動汽車正常使用的能源基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施，電動汽車充電站監(jiān)控系統(tǒng)作為充電站站內(nèi)設(shè)備的集中監(jiān)控系統(tǒng)，研究開發(fā)電動汽車充電站監(jiān)控系統(tǒng)非常有必要。目前國內(nèi)開發(fā)的充電站監(jiān)控系統(tǒng)基本具備以下幾大功能。

　　3.1　充電監(jiān)控功能

　　1）對充電樁的監(jiān)控：監(jiān)視充電樁的交流輸出接口的狀態(tài)，如電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)等;采集與充電樁相連接的電動汽車的基本信息;控制充電樁交流輸出接口的開斷。

　　2）對充電機(jī)的監(jiān)控：充電機(jī)作為被監(jiān)控對象，上送給監(jiān)控系統(tǒng)主要包含兩類數(shù)據(jù)，充電機(jī)狀態(tài)信息;電池狀態(tài)信息。

　　3.2　配電監(jiān)控功能

　　實(shí)現(xiàn)對電動汽車充電站配電設(shè)備的監(jiān)控，方便統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)共享。可實(shí)現(xiàn)對整站的總功率、總電流、總電量、功率因數(shù)、主變狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、無功補(bǔ)償及諧波治理設(shè)備的監(jiān)視和控制。

　　3.3 電池維護(hù)監(jiān)控功能

　　在大型綜合充電站中，當(dāng)電池使用一段時間之后，由于電池包中的電池模塊可能存在一致性的問題，需要通過專門的電池維護(hù)設(shè)備對電池進(jìn)行維護(hù)、評估，來決定是否對電池進(jìn)行重新配組。

　　3.4　快速更換設(shè)備監(jiān)控功能

　　在具備電池快速更換設(shè)備的充電站中，充電站監(jiān)控系統(tǒng)可采集快速更換設(shè)備當(dāng)前軌道位置、設(shè)備狀態(tài)等信息，可通過充電站監(jiān)控系統(tǒng)對電池快速更換設(shè)備下發(fā)具體電池更換命令：讓快速更換設(shè)備在指定軌道位置更換電池架上指定位置的電池包。

統(tǒng)是指充電基礎(chǔ)設(shè)施，供電、充電和電池系統(tǒng)及能源供給模式。