電動(dòng)汽車是一種發(fā)展前景廣闊的綠色交通工具，是解決能源和環(huán)境問題的重要手段。電動(dòng)汽車充電站為電動(dòng)汽車運(yùn)行提供能量補(bǔ)給，是發(fā)展電動(dòng)汽車所必須的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施。本文分析了三種充電模式，并從實(shí)際應(yīng)用討論了充電站的必要組成部分及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展和當(dāng)今世界環(huán)境污染與能源緊缺壓力的加大，節(jié)約能源、少污染和無污染的“綠色”汽車已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。電動(dòng)汽車的發(fā)展可以改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量。電動(dòng)汽車是零排放或超低排放車輛，是解決機(jī)動(dòng)車排放的根本性措施，它的開發(fā)和推廣應(yīng)用，為從根本上改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量提供了一條有效的途徑。另外，可以調(diào)整我國能源利用結(jié)構(gòu).汽車是我國相對(duì)短缺的石油資源的主要消耗者之一，發(fā)展電動(dòng)汽車，可以平衡利用多種形式的能源資源，較大幅度地提高能源利用效率，對(duì)于調(diào)整我國的能源使用結(jié)構(gòu)，保障未來國家的能源安全具有十分重要的作用.最后，發(fā)展電動(dòng)汽車可以帶動(dòng)汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

電動(dòng)汽車充電站是電動(dòng)汽車的重要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，也是電動(dòng)汽車商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過程中的重要環(huán)節(jié)。建設(shè)電動(dòng)汽車充電站是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)推廣的前提和基石，在拓展電力市場(chǎng)需求的同時(shí)，完善高效的能源供給網(wǎng)絡(luò)是電動(dòng)汽車廣泛應(yīng)用的必要條件之一。電動(dòng)汽車的充電系統(tǒng)是發(fā)展電動(dòng)汽車的重要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，也是電動(dòng)汽車商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過程中的重要環(huán)節(jié)。充電站的建設(shè)需要根據(jù)電動(dòng)汽車的充電需求,結(jié)合電動(dòng)汽車充電模式進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

1電動(dòng)汽車充電模式比較研究

根據(jù)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組的技術(shù)和使用特性,電動(dòng)汽車的充電模式存在一定的差別。對(duì)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)3種模式。

1.1常規(guī)充電

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(shí)間為5~8h，甚至10~20h。

(1)優(yōu)缺點(diǎn)分析

常規(guī)充電模式的優(yōu)點(diǎn)為：盡管充電時(shí)間較長(zhǎng)，但因?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(shí)段進(jìn)行充電，降低充電成本;可提高充電效率和延長(zhǎng)電池的使用壽命。常規(guī)充電模式的主要缺點(diǎn)為充電時(shí)間過長(zhǎng)，當(dāng)車輛有緊急運(yùn)行需求時(shí)難以滿足。

(2)適用范圍

設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程盡可能大，需滿足車輛一天運(yùn)營需要僅僅利用晚間停運(yùn)時(shí)間充電由于常規(guī)充電以相當(dāng)?shù)偷碾娏鳛樾铍姵爻潆姡虼嗽诩依铩⑼＼噲?chǎng)和公共充電站都可以進(jìn)行;常規(guī)充電站一般規(guī)模較大，以便能夠同時(shí)為多輛電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。

1.2快速充電

常規(guī)蓄電池的充電方法一般時(shí)間較長(zhǎng)，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(dòng)汽車的商業(yè)化提供了技術(shù)支持。快速充電又稱應(yīng)急充電,是以較大電流短時(shí)間在電動(dòng)汽車停車的20min~2h內(nèi)，為其提供短時(shí)充電服務(wù)，一般充電電流為150~400A。

(1)優(yōu)缺點(diǎn)分析

快速充電模式的優(yōu)點(diǎn)為：充電時(shí)間短;充電電池壽命長(zhǎng)(可充電2000次以上);沒有記憶性，可以大容量充電及放電，在幾min內(nèi)就可充70%~80%的電;由于充電在短時(shí)間內(nèi)(約為10~15min)就能使電池儲(chǔ)電量達(dá)到80%~90%，與加油時(shí)間相仿，因此，建設(shè)相應(yīng)充電站時(shí)可不配備大面積停車場(chǎng)。缺點(diǎn)在于：充電器充電效率較低,且相應(yīng)的工作和安裝成本較高;由于采用快速充電，充電電流大，這就對(duì)充電技術(shù)方法以及充電的安全性提出了更高的要求，同時(shí)計(jì)量收費(fèi)設(shè)計(jì)也需特別考慮。

(2)適用范圍

電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程適中，即在車輛運(yùn)行的間隙進(jìn)行快速補(bǔ)充電，來滿足運(yùn)營需要;由于相應(yīng)的大電流需求可能會(huì)對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生有害的影響，因而快速充電模式只適用于專用的充電站。

1.3機(jī)械充電

機(jī)械充電即電池組快速更換系統(tǒng)，是通過直接更換電動(dòng)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)。

(1)優(yōu)缺點(diǎn)

采用這種模式,具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)電動(dòng)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;

2)對(duì)更換下來的蓄電池可以利用低谷時(shí)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;

3)從另一個(gè)側(cè)面來看，也解決了充電時(shí)間乃至蓄存電荷量、電池質(zhì)量、續(xù)駛里程長(zhǎng)及價(jià)格等難題;

4)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池組中單電池的問題，進(jìn)行維修工作,對(duì)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。這種模式應(yīng)用面臨的幾個(gè)主要問題是：電池與電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)化;電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)改進(jìn)、充電站的建設(shè)和管理，以及電池的流通管理等。

(2)適用范圍

車輛電池組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化和易更換;車輛運(yùn)營中需要及時(shí)更換電池來滿足運(yùn)行，充電站中電池充電和車輛可實(shí)現(xiàn)專業(yè)化快速分開;由于電池組快速更換需要專業(yè)化進(jìn)行，因而電池組快速更換模式只適用于專用的充電站。

綜上所述，以上3種充電模式各有自身的特點(diǎn)和適用范圍。因此，在應(yīng)用中，可以將上述3種方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到實(shí)際的行駛要求。

2電動(dòng)汽車充電方案

電動(dòng)汽車要上路，首先要解決充電的問題。目前充電方式按實(shí)際使用情況來分可分為兩大類，一種是采用公用充電站來充電，另一種則是通過家用充電設(shè)施進(jìn)行私家車的充電。

2.1公用充電站

公用的電動(dòng)汽車充電站是指為電動(dòng)汽車充電的站點(diǎn)，與現(xiàn)在的加油站相似。電動(dòng)汽車充電站是電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展的主要環(huán)節(jié)之一，必須與電動(dòng)汽車其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)共同協(xié)調(diào)發(fā)展。同時(shí)還應(yīng)該從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來充分考慮多方面的因素。如：充電站的布局規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃，預(yù)測(cè)充電負(fù)荷，充電站周圍當(dāng)前電網(wǎng)狀況以及未來發(fā)展趨勢(shì)，考慮其選址與其他相關(guān)配套設(shè)施的狀況。

今年4月，日產(chǎn)汽車與中國工信部合作，日產(chǎn)汽車將為工信部提供電動(dòng)汽車發(fā)展的相關(guān)信息，制定包括電池充電網(wǎng)絡(luò)建立和維護(hù)等技術(shù)準(zhǔn)則的綜合規(guī)劃，以推動(dòng)電動(dòng)汽車的大規(guī)模使用。國家電網(wǎng)公司已經(jīng)發(fā)文，明確支持在上海、北京、天津等大城市加快電動(dòng)汽車充電站建設(shè)。首批充電站在幾大城市建成后，將成為“示范運(yùn)行”的純電動(dòng)汽車補(bǔ)充電力的基站。據(jù)悉，比亞迪公司已經(jīng)在深圳建設(shè)一批充電樁來解決電動(dòng)車充電難題，范圍僅限于深圳主城區(qū)。這類自建充電站的局限是無法兼容其它品牌電動(dòng)車。以動(dòng)力補(bǔ)給為特性的新能源配套設(shè)施是電動(dòng)汽車普及的最大攔路虎。要推動(dòng)電動(dòng)汽車市場(chǎng)的發(fā)展，充電站的建設(shè)速度必須與電動(dòng)車推廣相匹配。國外在充電站的建設(shè)方面走在前列，已形成政府主導(dǎo)，車企、電廠合力開發(fā)的景象。在日本，日本最大電力公司東電與各汽車廠商建立了密切伙伴合作關(guān)系。該電力公司在不久前成功地開發(fā)了大型快速充電站，使得充電時(shí)間大大縮短，每10min完整充電，所能行駛的路程為60km。同時(shí)計(jì)劃通過一項(xiàng)大型基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)工程，在超市停車場(chǎng)、便利店及郵政局等公共場(chǎng)所附近陸續(xù)建設(shè)充電站。使人們?cè)谙萝囐徫铩⑥k事之余完成為汽車補(bǔ)充能源的任務(wù)。這些都大大推動(dòng)了電動(dòng)車的普及。在法國，以法國電力公司為主導(dǎo)的電力公司每年編制超過1.1億法郎的預(yù)算(占該公司營業(yè)收入0.05%)，投入電池、充電裝置的研發(fā)。在巴黎設(shè)有幾百個(gè)充電站，凡重要停車場(chǎng)都設(shè)有充電站，配置電動(dòng)汽車充電的專用插頭。

2.2私家車庫充電

在私家車庫里使用普通插座慢速充電，利用夜間電，持續(xù)7～8h。夜間給電動(dòng)車充電可以享受用電量低谷期的電價(jià)折扣，既省時(shí)又經(jīng)濟(jì);慢速充電還能延長(zhǎng)電池壽命。據(jù)專家測(cè)算，目前中國的低谷電足夠供應(yīng)3000萬輛以上純電動(dòng)轎車的能耗，根本不需要為純電動(dòng)汽車增設(shè)額外的發(fā)電設(shè)施，獲得圍家和個(gè)人的雙贏。公共場(chǎng)所和大型住宅停車庫充電站可設(shè)置快慢兩種充電模式，但充電站設(shè)施應(yīng)當(dāng)智能化，解決峰谷分時(shí)段計(jì)費(fèi)，安全報(bào)警，防盜等問題。

3充電站的結(jié)構(gòu)

3.1充電站組成部分

(1)停車場(chǎng)及電源插頭。為滿足使用自帶電池和不急于更換電池的顧客充電需要，應(yīng)開辟車輛充電停放地圾相應(yīng)電源插頭。同樣，在其它各地停車場(chǎng)也應(yīng)設(shè)置帶電表計(jì)費(fèi)的充電接頭，使用后交付停車費(fèi)及電費(fèi)，這種電費(fèi)要比換電池電費(fèi)略便宜些.

(2)電池更換及周轉(zhuǎn)接待處.蓄電池沉重，更換須用半自動(dòng)小型吊車或吊架裝置，可由現(xiàn)有汽車修配廠等處常用的類似設(shè)備改裝或?qū)ｉT設(shè)計(jì)批量生產(chǎn).電池須用專門的(多層)周轉(zhuǎn)車或傳送帶進(jìn)出充電庫房，在專門臺(tái)架上或周轉(zhuǎn)車上接上電源充電。

(3)電池充電及存放的庫房。充電站內(nèi)可采用電腦控制的大型充電設(shè)備，可同時(shí)為幾十至幾百個(gè)不同型號(hào)電池按各自最佳的標(biāo)準(zhǔn)化電流程序同時(shí)充電，手動(dòng)或自動(dòng)識(shí)別電池種類，按電荷量計(jì)費(fèi)。小型充電站可采用較簡(jiǎn)單的充電設(shè)備，但必須保證能對(duì)各類型電池充足電.工作人員休息和操作監(jiān)控室及車輛檢修站。由于電池的易取放也使充電與修車能很方便地分開同時(shí)進(jìn)行。

(5)維護(hù)車間。維護(hù)車間包括篩選和維護(hù)、充電間以及備用電池庫。電池進(jìn)入維護(hù)車間后，首先進(jìn)行電池的篩選.確定電池的好壞。不能使用的電池進(jìn)行恰當(dāng)處理，避免污染環(huán)境：可以繼續(xù)使用的電池進(jìn)行維護(hù)和活化。維護(hù)完的電池送充電間充滿電后，進(jìn)行裝箱，為編組準(zhǔn)備電池。

3.2充電站主體結(jié)構(gòu)

充電站的主體是一封閉式充電間。充電間的主要部分及功能如下：

(1)配電站。充電站的配電站包括高壓配電和照明及其它用電配電兩部分。前者將10kV供電電網(wǎng)通過變壓器等設(shè)備供給充電機(jī)充電;后者用于滿足照明、控制設(shè)備的供電。配電站配備計(jì)量設(shè)備。計(jì)量輸入電量。

(2)監(jiān)控室。監(jiān)控室用于監(jiān)控充電機(jī)的運(yùn)行情況、數(shù)據(jù)庫管理、報(bào)表打印等。

(3)充電機(jī)。充電機(jī)完成電池能量的補(bǔ)給。既可以滿足應(yīng)急性整車充電要求，也支持日常地面補(bǔ)充充電。

(4)充電平臺(tái)。用于擺放卸載下來的電池。內(nèi)有充電插座、電池管理系統(tǒng)供電、電池管理系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、與充電機(jī)之間的通訊網(wǎng)絡(luò)等接口。

4結(jié)束語

電動(dòng)汽車是未來新能源汽車的主要發(fā)展方而充電體系的建立是其發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。而充電站的建設(shè)剛剛起步，因而明確充電站的充電模式和充電站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)于未來規(guī)劃和建設(shè)充電站有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文只討論了充電站的外部結(jié)構(gòu)，對(duì)于內(nèi)部電路系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)將在后續(xù)工作中進(jìn)一步研究。