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文本内容:
电动汽车充电站的选址布局方案
一、影响电动汽车充电站布局的因素1电动汽车充电量的总体需求电动汽车充电量的总体需求是影响充电站布局的关键因素只有充电量达到一定规模之后,充电站才可能实现经济地大规模布点电动汽车充电量与电动汽车保有量及车辆的日均行驶里程、单位里程能耗水平等相关以上海市为例据预测,到2020年电动汽车年电力需求乐观预测将达到
73.7亿kW-h这将要求电动汽车充电站具有相当规模才能满足车辆的充电需要
2.2电动汽车运行模式在不同的运行模式下,电动汽车对其续驶能力和充电时间要求也不同从而影响着充电的方式和电能的消耗充电站建设方式和功率需求也将受到直接影响根据不同的用户类型,电动汽车可以分为以下几类
(1)示范区用车如果为示范运行配备的车辆数有限则为了提高车辆运营效率建议采用更换电池组的方式,但是这就需要增加电池组的投资;如果配备的车辆能够满足运营要求建议采用关政策措施规范公共场所用充电装置与电动汽车的充电接口、充电规范和接口协议等3充电智能化制约电动汽车发展及普及的最关键问题之一是储能电池的性能和应用水平与电动车身、驱动电机、控制技术等方面的发展相比,电池的充、放电技术仍很落后需要在优化现有电池智能化充电方法和开发新型高性能电池等方面努力优化电池智能化充电方法的目标是要实现无损电池的充电监控电池的放电状态避免过放电现象从而达到延长电池的使用寿命和节能的目的同时对电池进行实时的或定期自动检测、诊断和维护最大限度的保证电池的可靠运行4电能转换高效化提高充电装置的电能转换效率采用高效充电装置对降低电动汽车运行能耗具有重要意义不同类型充电装置机的电能转换效率存在巨大差别对于充电站从电能转换效率和建造成本上考虑应优先选择具有电能转换效率高建造成本低等诸多优点的充电装置如集中隔离型充电装置等5充电集成化目前电动汽车充电系统是作为一个独立的辅助子系统而存在的但是随着电动汽车技术的不断成熟本着子系统小型化和多功能化的要求,以及电池可靠性和稳定性要求的提高充电系统将和电动汽车能量管理系统集成为一个整体,集成传输晶体管、电流检测和反向放电保护等功能无需外部组件即可实现体积更小、集成化更高的充电解决方案从而为减少充电站的设备占地提高充电站单位土地面积的充电服务效率
二、电动汽车充电站的选址原则电动汽车充电站布局包括“需求”和“可能性”两个因素衡量充电站需求的主要指标是交通量与服务半径两个要素,决定可能性与否关键在于交通、环保及区域配电能力等外部环境条件与该地区的建设规划和路网规划1充电站分布与电动汽车交通密度和充电需求的分布尽可能一致交通密度是指在单位长度车道上某一瞬间所存在的车辆数一般用辆车道表示根据定义,密度基本上是在一段道路上测得的瞬时值它不仅随时间的变化而变动也随测定区间的长度而变化为此常将瞬时密度用某总计时间的平均值表示该区域的电动汽车交通密度越大说明在区域内运行的电动汽车数量越大从而对充电站点的需求也会越大充电需求是指一定数量的电动汽车在特定时间和特定地点对充电的需求充电需求和交通密度密切相关但又受到电动汽车的运行方式的制约例如对于电动公交车来说,其起终点站为其充电需求区域会增加其运营线路上的电动汽车交通密度;企业班车以企业所在地为其充电需求区域会增加其行驶线路上的电动汽车交通密度充电站网点数量控制应考虑与充电需求的分布尽可能保持一致应与各区域的电动汽车交通密度成正比2充电站的布局应符合充电站服务半径要求电动汽车充电站的分布可以参考建设部《城市道路交通规划设计规范》1995中的加油站服务半径规定结合电动汽车自身的运行特点以及各区域的计算服务半径按实际需要设定由于各交通区域的交通密度不一样反映充电站网点密度的服务半径也各不相同动力电池的续驶能力是影响充电站服务半径的另一大因素目前,电动汽车动力电池的理论单次充电行驶里程在150〜200km左右实际上考虑电池的寿命老化、交通拥堵等现实因素从保证电动汽车使用者连续行驶角度出发充电站的服务半径应以电动汽车单次充电行驶里程100km(甚至更短)计算只有这样才能有效保障电动汽车的持续行驶能力
3.3充电站的设置应满足城市总体规划和路网规划要求充电站布局是对不同区域的充电站需求条件分析后得出的结果但是充电站具体选址定点还须考虑其实施的可能条件充电站的选址定点应结合地区建设规划和路网规划,以网点总体布局规划为宏观控制依据经过对布局网点及其周围地区规划选址方案的比较确定网点设置用地从长远考虑充电站的设置应有与城市规划和路网规划相匹配的统筹规划政府应对充电站的建设应采取市场准入制度,根据城市发展规划及电动汽车推广应用情况对充电站布局建设做出科学规划安排,防止出现“一窝蜂”的重复投资现象减少投资浪费
3.4充电站的设置应充分考虑本区域的输配电网现状电动汽车充电站运营时需要高功率的电力供应支撑在进行充电站布局规划时应与电力供应部门协调将充电站建设规划纳入城市电网规划中城市电网规划是城市电网发展和改造的总体计划将充电站布局规划纳入到城市电网规划中,可以提高充电站电能供应的安全性和稳定性为充电站运营提供可靠的电力供应保障另外,由于电动汽车充电设备是一种非线性负荷,工作时产生的谐波电流很高谐波注入电网会造成电能质量降低等负面影响在充电站快速短时充电时,由于负荷变化太快冲击电压也可能对电网造成影响这些都需要在建设充电站时予以考虑以上海地区为例据预测,到2020年电动汽车年电力需求乐观预测将达到
73.7亿kW-h因此未来的电力配送体系和充电站基础设施建设应能支撑电动汽车巨大的电能需求同时,电动汽车充电量的需求也将影响着供电系统中充电方式及导线、开关电器和变压器等设施的选择,以保证供电系统安全运行
3.5充电规划应充分考虑电动汽车未来发展趋势随着国家强力推动,电动汽车行业将会出现长足发展在进行电动汽车充电站布局规划时应充分考虑到电动汽车的推广应用对充电站建设的推动作用,规划应具有前瞻性和全局性应留有潜力,能够适应未来数年内电动汽车的发展要求以充电机整流模块PUM设计为例,目前该模块的安装尚无相关标准从技术上看既可以安装在车内,也可集成于地面充电机内作为充电设施供应商,从经济角度来说,当然希望将PUM安装在车内,这样可以简化充电机设计并且降低生产成本但车内安装PUM将占用车辆空间,降低车辆的有效载荷,同时这部分成本将转嫁到电动汽车使用者一方提高了消费者购车成本不利于电动汽车的推广应用
三、电动汽车充电站的规划总结电动汽车充电站是电动汽车发展所必须的基础设施布局合理的电动汽车充电站规划对电动汽车的普及发展将起到不可替代的作用在国内,电动汽车行业还处于萌芽阶段对城市范围内的充电站布局规划研究刚刚起步整车充电方式这样就可以降低电池组的投资减少电池更换操作造成的工作量鉴于示范区用车数量少,运行范围相对集中,可以在示范区内建立集中的大型充电站电池更换点,实现规模化运作2集团车队建议采用整车充电方式这是由于他们的行驶里程和路径可预估,可充分利用夜间停运时段进行充电,满足下一次的行驶里程需要集团车队一般可充分利用集团的固定停车场建立充电站主要利用夜间谷电充电3社会车辆根据车辆运营的目的采取适合的方式比如,出租车和载客大巴车需要及时快速补充电能尽量增加运营时间获得更大的经济效益建议在始发站点建立专用充电站或电池更换点提高运营效率;用于上下班的私家车停放时间和位置相对确定可充分利用停靠的时间进行充电,因此可以依托停车场所建立简易充电设施提供充电服务这样不用兴建大规模的集中充电站可以大大降低成本
(4)微型车辆根据个体实际情况决定采用整车充电方式或电池组更换方式的充电方式这类电池的容量较小,充电时间不会太长,电池的成本较低补充电能的方式只要方便使用者即可对于充电站而言车辆进入充电站的运行机制也会影响着充电站功率需求车辆进入充电队列时间越集中,充电站电力负荷将越大充电站功率需求将越大这里特别要提及的是,电动车应充分利用电网谷电阶段进行充电对车辆所有者而言最大限度降低运行成本而电网公司则可借此调节电网的峰谷差
2.3电动汽车能源供给方式对于能源供给方式的选择,现今普遍存在整车充电系统(包括常规充电、快速充电两种模式)和地面充电系统两种模式
(1)整车充电系统:常规充电蓄电池在放电终止后,应立即充电(在特殊情况下也不应超过24h)充电电流相当低大小约为15A这种充电方式称为常规充电(普通充电)常规蓄电池的充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电一般充电时间为5〜8h甚至长达10至20多ho常规充电模式的优点为1尽管充电时间较长但所用功率和电流的额定值并不关键,因此充电器和安装成本比较低;2可充分利用电力低谷时段进行充电,降低充电成本;3可提高充电效率和延长电池的使用寿命常规充电模式的主要缺点为充电时间过长,当车辆有紧急运行需求时难以满足2整车充电系统:快速充电常规蓄电池的充电方法一般时间较长给实际使用带来许多不便为了缩短蓄电池达到满充状态的时间,同时尽量降低蓄电池正负极板的极化,以提高蓄电池使用效率,国内外一直都在不断地研究和开发快速充电方法和技术快速充电电池的出现为纯电动汽车的商业化提供了技术支持快速充电又称应急充电是以较大电流短时间在电动汽车停车的20min〜2h为其提供短时充电服务一般充电电流为150〜400A快速充电模式的优点为1)充电时间短;2)充电电池寿命长(可充电2000次以上);3)没有记忆性可以大容量充电及放电在几分钟内就可充电至70%〜80%;4)由于充电在短时间内(约为10〜15min)就能使电池储电量达到80%〜90%与加油时间相仿,因此建设相应充电站时可不配备大面积停车场但是相对常规充电模式,快速充电也存在一定的缺点1)充电器充电效率较低且相应的工作和安装成本较高⑵由于采用快速充电充电电流大这就对充电技术方法以及充电的安全性提出了更高的要求,同时计量收费设计也需特别考虑
(3)地面充电系统又称机械充电通过电池租赁方式直接更换电动汽车的电池组蓄电池更换站为续驶里程长而又没能及时充电的客户提供更换蓄电池的服务对卸载下的电池采用地面充电系统进行补充充电这种模式下,备用电池组存储空间及如何真正实现电池快速更换是问题考虑的关键由于电池组重量较大,更换电池的专业化要求较强,更换站需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护采用这种模式具有如下优点:1)电动汽车用户可租用充满电的蓄电池更换已经耗尽的蓄电池有利于提高车辆使用效率,也提高了用户使用的方便性和快捷性;2)对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电,降低了充电成本提高了车辆运行经济性;3)从另一个方面看解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程长及价格等难题;4)由于电池的更换、充电和维护工作由专业人员完成可以及时发现电池组中单电池的问题进行维修工作,对于电池的维护工作将具有积极意义,电池组放电深度的降低也将有利于提高电池的寿命这种模式面临的最大障碍不是技术上的,而是管理上的要解决的几个主要问题是电池与电动汽车的标准化;电动汽车的设计改进、充电站的建设和管理,以及电池的流通管理等以上3种充电模式各有自身的特点和适用范围在实际应用中,可以将上述三种方法进行有机结合,以达到每天的行驶要求,即设计车辆续驶里程适中,满足车辆技术、经济和运营的需要在实际的运行中,以一定的实际放电深度为基准能满足下一个往返需求的则继续行驶;电池容量不能满足要求而时间允许的可进行快速充电;时间紧的可进行电池快速更换但这种综合运行方案在电池剩余能量测量技术不成熟的情况下必须建立每辆车的行驶档案,以便估计车载电池的剩余电量情况而多种方案相结合对于运营的组织和管理也将带来一定的难度
2.4动力电池特性不同种类动力电池具有不同的充电特性最佳充电率在
0.2〜
2.0C之间电池系统额定电压相同的情况下最高充电电压由于电池种类、结构型式上的区别也体现出一定的差别充电电流越大、充电电压越高,单车充电功率需求越大导致充电站容量需求越大对于不同种类的电池充电方法及充电控制策略也不同应根据其电池特性不同采用不同的充电方法如恒流法、恒压法、恒流限压法及特定曲线法等电池组充电控制的策略无论侧重于电池安全还是保证最佳续驶里程或是两者间折中确定的充电参数都存在一定差异
2.5充电时间不同运行模式的电动汽车对充电时间提出了不同的要求而充电时间的不同需要不同的充电方式来满足在对充电时间要求不高的情况下,可在停运时间利用电力低谷进行常规充电,延长车辆的续驶里程,如夜间停止运行的公交车辆、公务车、特种车辆或社会车辆等;在充电时间较为紧迫的情况下,需要采用快速充电或电池组快速更换及时实现电能补充如出租车和在线路上运行的公务车或社会车辆等
2.6充电场所及其他环境条件动力电池充放电工作效率受充电场所及环境条件的影响,尤其是受环境温度的影响在常温下,电池充电接受能力较强,随着环境温度的降低其充电接受能力逐渐降低低温时电池放电效率降低在同样的运行机制和行驶里程下车辆能耗高、电池放电深度大同样,在低温下动力电池充电效率也降低因此,随环境温度降低充电站功率需求将增加建设充电站时应尽可能保证其环境温度有利于电池充电要求
2.7充电技术发展对充电站的要求⑴充电快速化在目前动力电池不能直接提供更多续驶里程的情况下,如果能够实现电池充电快速化从某种意义上也就解决了电动汽车续驶里程短这个致命弱点对电动车用动力蓄电池的充电快速化要求不同于对常规蓄电池的要求它应具有充电时间短、充电效率高以及对蓄电池使用寿命影响小的特点2充电通用性在未来相当长的一段时间内,电动汽车用蓄电池仍将是多种类型电池共存的局面各种电动汽车所采用的电池中有铅酸电池锂离子电池、银氢类电池还会有其他种类的电池止匕外,即使是同一类型的电池也存在不同的电压等级公共场所的充电装置必须具有适应多种类型蓄电池系统和适应各种电压等级的能力,即充电系统需要具有充电广泛性具备多种类型蓄电池的充电控制算法可与各类电动汽车上的不同蓄电池系统实现充电特性匹配能够针对不同的电池进行充电在电动汽车商业化的早期就应该制定相。