电动汽车充换电站方案

电动汽车充换电站方案（精选5篇）

电动汽车充换电站方案 篇1

1)GB/T 18388-2005 电动汽车 定型试验规程 2)GB/T 18385-2005 电动汽车 动力性能 试验方法 3)GB/T 19596-2004 电动汽车术语

4)GB/T 18384.1-2001 电动汽车安全要求第1部分：车载储能装置 5)GB/T 18384.2-2001 电动汽车安全要求第2部分：功能安全和故障防护 6)GB/T 18384.3-2001 电动汽车安全要求第3部分：人员触电防护 7)GB/T 18386-2005 电动汽车 能量消耗率和续驶里程 8)GB/T 24347-2009 电动汽车DC∕DC变换器 9)GB/T 18488.1-2006 电动汽车用电机及其控制器

10)GB/T 18488.2-2006电动汽车用电机及其控制器 第2部分：试验方法 11)GB/T 19751-2005 混合动力电动汽车 12)GB/T 19836-2005 电动汽车用仪表 13)QC/T 838-2010

超级电容电动城市客车

14)QC/T 839-2010

超级电容电动城市客车供电系统

1.2 电池标准

1)QC/T 743-2006 电动汽车用锂离子蓄电池 2)QC/T 744-2006 电动汽车用金属氢化物镍蓄电池 3)QC/T 742-2006 电动汽车用铅酸蓄电池

4)QC/T 840-2010 电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸 充换电站标准 2.1 整站规范

1)Q/GDW236-2009 电动汽车充电站通用要求 2)Q/GDW237-2009 电动汽车充电站布置设计导则 3)Q/GDW238-2009 电动汽车充电站供电系统规范 4)Q/GDW486-2010 电动汽车电池更换站技术导则 5)Q/GDW487.1-2010 电动汽车电池更换站设计规范 6)Q/GDW487.2-2010 2001电动车辆传导充电系统电动车 辆与交流直流电源的连接要求

7)Q/GDW487.3-2010 2001电动车辆传导充电系统电动车辆交流直流充电机（站）

8)Q/GDW488-2010 电动汽车充电站及电池更换站监控系统技术规范 9)Q／GDW Z 423-2010 电动汽车充电设施典型设计

2.2 充换电设备

1)GB/T 18487.1-2001 电动车辆传导充电系统一般要求

2)GB/T 18487.2-2001 电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流电源的连接要求

3)GB/T 18487.3-2001 电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流充电机（站）

4)GB/T 20234-2006

电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求

5)QC/T 841-2010 电动汽车传导式充电接口

6)QC/T 842-2010 电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议 7)NB/T 33001-2010 电动汽车非车载传导式充电机技术条件 8)NB/T 33002-2010 电动汽车充电桩技术条件

9)Q/GDW233-2009 电动汽车非车载充电机通用技术要求 10)Q/GDW234-2009 电动汽车非车载充电机电气接口规范 11)Q/GDW235-2009 电动汽车非车载充电机通信规约 12)Q/GDW485-2010 电动汽车交流充电桩技术条件

2.3 配电系统

1)GB 50053-1994 10kV以下变电所设计规范 2)GB 50054-1995 低压配电设计规范 3)GB 50052-1995 供配电系统设计规范

4)GB 50060-2008 3～110kV高压配电装置设计规范 5)GJB 3855-1999 智能充电机通用规范 6)GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波 7)DL/T 620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 8)DL/T 621-1997 交流电气装置的接地 9)DL/T 856-2004 电力用直流电源监控装置

10)JB/T 5777.4-2000 电力系统直流电源设备通用技术条件及安全要求 11)JJG 842-1993 直流电能表检定规程 12)DL/T448-2000 电能计量装置技术管理规程

13)GB/T 17215.211-2006 交流电测量设备通用要求、试验和试验条件 14)GB/T 17215.322-2008 静止式有功电能表0.2S级和0.5S级

15)GB/Z 17625.6-2003 电磁兼容限值对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的谐波电流的限制 16)GB 50034-2004 建筑照明设计标准

2.4 土建技术

1)GB 50007-2002 地基基础设计规范 2)GB 50037-1996 建筑地面设计规范

3)GB 50009-2001 建筑结构荷载规范(2006 年版)4)GB 50010-2002 混凝土结构设计规范 5)GB 50003-2001 砌体结构设计规范 6)GB 50345-2004 屋面工程技术规范

7)GB 50011-2001 建筑抗震设计规范(2008年版)8)GB 50016-2006 建筑设计防火规范 9)GB 50140-2005 建筑灭火器配置设计规范

2.5 验收规范

1)GB 50168

电气装置安装工程

电缆线路施工及验收规范

2)GB 50169

电气装置安装工程

接地装置施工及验收规范

3)GB 50171

电气装置安装工程

盘、柜及二次回路结线施工及验收规范

4)GB 50255

电气装置安装工程

电力变流设备施工及验收规范

5)GB 50259

电气装置安装工程

电气照明装置施工及验收规范

6)GBJ 149

电气装置安装工程

母线装置施工及验收规范 7)GB 50303

建筑电气工程施工质量验收规范 8)GB 50575

1kV及以下配线工程施工与验收规范 9)GB 50202

建筑地基施工基础工程施工质量验收规范 10)GB 50204

混凝土结构工程施工质量验收规范 11)GB 50207

屋面工程施工质量验收规范 12)GB 50209

建筑地面工程施工质量验收规范 13)GB 50210

建筑装饰装修工程施工质量验收规范 14)GBJ 97

水泥混凝土路面施工及验收规范 其他参考 3.1 深圳地方标准

1)SZDB/Z 29.1-2010 电动汽车充电系统技术规范 第1部分：通用要求 2)SZDB/Z 29.2-2010 电动汽车充电系统技术规范 第2部分：充电站及充电桩设计规范

3)SZDB/Z 29.3-2010 电动汽车充电系统技术规范 第3部分：非车载充电机

4)SZDB/Z 29.4-2010 电动汽车充电系统技术规范 第4部分：车载充电机 5)SZDB/Z 29.5-2010 电动汽车充电系统技术规范 第5部分：交流充电桩 6)SZDB/Z 29.6-2010 电动汽车充电系统技术规范 第6部分：充电站监控管理系统

7)SZDB/Z 29.7-2010 电动汽车充电系统技术规范 第7部分：非车载充电机电气接口

8)SZDB/Z 29.8-2010 电动汽车充电系统技术规范 第8部分：非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议

9)SZDB/Z 29.9-2010 电动汽车充电系统技术规范 第9部分：城市电动公共汽车充电站

3.2 南方电网公司企业标准

1)Q/CSG 11516.1-2010 电动汽车充电设施通用技术要求 2)Q/CSG 11516.2-2010 充电站及充电桩设计规范 3)Q/CSG 11516.3-2010 电动汽车非车载充电机技术规范 4)Q/CSG 11516.4-2010 电动汽车交流充电桩技术规范 5)Q/CSG 11516.5-2010 电动汽车非车载充电机充电接口规范

电动汽车充换电站方案 篇2

随着人类社会的不断发展，环境污染和化石能源短缺越来越严峻，不断提高的二氧化碳浓度导致全球气候变暖，其中汽车的碳排放量就占了很大一部分比重。全球面临严重的气候危机，在每年的全球气候变化大会上各国都承诺减少温室气体排放。在中国，由于汽车数量一直都在增加，雾霾天气越来越频繁，发展新能源汽车已经成为社会各界的共识。新能源汽车，特别是纯电动汽车不仅是汽车产业的重要发展方向，也是破解中国能源战略安全难题的重要解决方案，更是中国经济社会可持续发展的必然选择[1,2]。

电动汽车充换电站——电动汽车能源供给者，伴随电动汽车发展孕育而生。它对于实施国家能源建设，促进节能减排有着非同寻常的意义。同时作为国家坚强智能电网的重要组成部分，它将为数众多的电动汽车动力电池作为可以计划使用和有效控制的电网储能设备[3]，对于电网的削峰填谷和提高电能利用效率也起到了积极的作用，将产生巨大的社会和经济效益[4,5]。电动汽车充换电站是新能源产业重要配套设施，也是智能电网的重要研究领域[6,7]。

本文结合实际工作以及调研资料，分析研究电动汽车充换电站系统的研发及实际运行，在以往电力系统综合自动化系统平台的基础上结合物联网技术，制定标准配套流程，设计实现电动公交车动力电池全自动更换。

1 全自动换电过程概述

1.1 换电控制主要过程

电动汽车动力电池全自动更换是一套系统紧密配合、设备管理控制严密、操作逻辑运算完备的复杂过程[8]。对服务于大型电动公交车的充换电站而言，缩短换电时间，快速安全更换动力电池，是保证电动公交车正常有序运营的重要因素，而保证车辆有序换电的重要因素在于一套完备严密的换电控制流程。充换电站总体布局和单工位布置如图1所示。

换电控制的主要过程包括：

(1)当装有电子标签的车辆进入充换电站领域的户外物联网读写器区时，读写器读取到车辆信息，信息经以太网上传至综合监控系统，综合监控系统换电逻辑模块根据自动导引算法计算出换电车间各工位的工作情况，并分配空闲工位给预换电电动汽车，且在户外电子看板显示屏幕上展示出来，引导车辆驶向换电工位。

(2)车辆抵达车间后，停放到指定位置，当换电车辆进入换电工位车辆读写器的读写范围内时，车辆读写器通过射频识别的方式以一定周期读取车辆标签编码，车辆读写器与车辆换电监控系统之间通过以太网的方式进行通信，车辆读写器将读取到的车辆标签编码，通过通信接口以报文的形式主动实时上送换电监控系统，此时，换电工位电池架上的动力电池信息也通过充电机然后经以太网上送至综合监控，综合监控换电模块将运算处理过的适合更换的动力电池突显出来，方便监控员换电。

(3)当预换电车辆在指定的换电工位停稳后，监控员可以在综合监控系统上实时看见车辆车牌号、当前换电设备的状态及位置、电池箱的状态等，同时可以配合视频监控更直观地查看现场实际情况来确认车辆停放位置，以及工位操作员是否打开换电车辆电池仓门等。

(4)工位电池架两侧有安全岛区域，当换电工位操作员确认具备换电条件时，按下安全岛上的准备就绪按钮，综合监控系统相关模块接收到车辆读写器上送的车辆类型报文后，解析报文内容。综合监控系统将收到换电预指令，且会在综合监控人机界面显示出来，综合监控操作员确定预换电指令。

(5)系统接收到换电操作员的请求命令以及车辆读写器所识别的车辆类型后，换电监控系统通过内部逻辑分析，智能推荐出换电参数供换电监控员参考选择。监控员选取系统推荐的可换电池组，下发换电指令给换电设备控制器。配置不同类型车辆换电参数的换电设备控制器，对接收到的换电命令进行解析，满足条件后，换电执行指令确认，确定换电车辆类型、换电目标电池箱所在电池架位置等信息，根据解析出的换电车辆类型随动选择相匹配的换电参数，控制换电设备对换电车辆进行换电。此过程中，装在换电设备抓手上的物联网读写器将实时读取电池箱的电子标签，全程记录换电过程。

(6)换电设备将电池组更换完毕后，停止工作转为待机模式，更换到电池架的待充动力电池放置情况在综合监控人机界面观察，若不能识别，可要求换电工位操作人员查看动力电池锁止机构是否损坏[9]。确认整组动力电池安全放置完毕。

(7)换电完毕确认后，换电工位操作人员按下安全岛换电完成按钮，综合监控系统会发送指令给工位电子看板显示屏幕，提示司机换电已经完成，可以出站。

1.2 换电控制关键点阐述

全自动换电业务处理流程如图2所示，在此过程中需要详细说明两个方面。

(1)目前，大型充换电站服务的换电公交车辆存在不同厂商的不同类型车辆的问题，而不同类型车辆在换电过程中有着不同的换电参数。如果在每次换电过程中对于不同类型的车辆都进行换电参数的识别和调整，可能需要耗费更多的换电时间，无法满足大量车辆正常有序的换电需求，因此缩短换电时间、简化换电流程、保证换电的准确性和可靠性就更加无从谈起。所以本文研究的技术方案配合换电设备依据不同车型定义不同换电参数。通过换电设备对车型进行定位测量，综合监控系统依据测量信息编制不同车型代号，当有不同类型车辆进行换电时，监控系统对换电设备上送的车型代号和系统中存储车型代号进行匹配，匹配合适，下发响应换电参数。

(2)换电车辆配置以一定规则编码的车辆标签，并安装在指定位置，保证车辆标签在换电工位所部署的车辆读写器读写范围之内；车辆读写器与换电车辆电子标签之间通过射频识别的方式读取车辆标签编码以识别车辆类型。

2 操作流程图

全自动动力电池更换流程可以简述为：电动汽车驶入充换电站入口处，通过RFID设备扫描到车载电子标签，将车辆进入的实时信号送到综合系统，综合系统根据换电工位空闲状态安排车辆到对应工位换电，并在外围电子看板显示相关信息，车辆驶入换电工位，停放固定位置后，综合系统操作员下发换电指令给换电设备，换电设备工作，更换动力电池。换电完成后，车辆驶离换电工位。全自动动力电池更换流程如图3所示。

2.1 准备就绪数据流

此流程主要负责实现：系统收到安全岛发送的准备就绪命令后，向换电设备下发指令之前，请求后超时的处理、操作画面数据相关内存更新及画面切换。准备就绪流程图如图4所示。

2.2 换电执行数据流

此流程主要负责实现：向换电设备发送控制指令、控制超时的处理、操作画面切换。换电执行流程图如图5所示。

2.3 换电完成数据流

此流程主要负责实现：完成本地历史存储、向监控系统上送换电记录、操作画面切换。换电完成流程图如图6所示。

3 全自动换电实现方案

3.1 换电设备、物联网设备制定通信协议

基于TCP/IP的自定义通信协议和物联网设备建立通信连接并且进行信息交互。配套RFID电子标签将车辆、动力电池唯一实例化，统一编号录入系统管理。RFID读写器会通过读取电子标签映射到实体车辆或者电池。综合监控系统和换电设备建立Robot通信协议，并进行信息交互，模型匹配，控制实现等。监控系统作为通信客户端，换电设备、物联网设备作为通信服务端。报文分为主动定时上送和触发上送。

换电系统和换电设备之间信息交互如图7所示。

3.2 统一建模、映射对应

综合监控系统对电池充电架统一建模，根据充换电工位中的充电架、充电设备、换电设备等设备模版，以电池架单元格为模型，对充电机和动力电池建立对应关系，并且和换电设备认定的动力电池存放单元格建立映射关系，做到和谐匹配。典型配置文件如图8所示。

3.3 换电系统开发

换电系统构成包括一个EXE(总体处理主线程Evc Trans.exe)和四个DLL(适配器模块objsys.dll、换电设备通信模块robot.dll、RFID通信模块rfid.dll、业务存储模块event.dll)，其中EXE作为主线程负责加载适配器模块objsys.dll以及换电设备通信模块robot.dll、RFID通信模块rfid.dll、业务处理模块chargomu.dll。逻辑结构如图9所示。

最后通过界面组态先将要实现的功能构图在界面中，再通过具体逻辑判据将不同逻辑功能在人机界面友好展示，直观形象地演示全自动换电过程。

4 结语

此项方案设计的电动公交车全自动换电可以有效提高换电效率，在青岛、天津、南京等地实际的充换电站工程中都有应用。电动公交车从进站到出站共需要15 min左右，车辆停稳后换电机器人将车上电池换下，充电架电池换上过程需要8 min左右。一个换电工位的日服务能力在80次左右，有效提高整站服务能力。

全自动更换动力电池是电动公交车充换电站的核心业务，对电动公交车辆进行高效安全的换电服务是公交系统正常运行的基础。通过本文介绍的更换流程和实现方式，可以实现充换电站统一建模，建立映射对应关系，综合监控系统根据数据库中车辆类型随动控制换电设备进行动力电池更换；通过与物联网设备和换电设备信息交互，制定操作流程规范，完成充换电站全自动更换电池；自动导引推荐换电电动公交车到制定换电工位，经过工位准备就绪、换电执行，换电完毕出站等三步实现全自动换电流程。

参考文献

[1]张欢.基于电动汽车充换电站建设的研究分析[J].科技资讯,2012(9):113.

[2]陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社,2002:289-296.

[3]张维戈,颉飞翔,黄梅,等.快换式公交充电站短期负荷预测方法的研究[J].电力系统保护与控制,2013,41(4):61-66.ZHANG Weige,XIE Feixiang,HUANG Mei,et al.Research on short-term load forecasting methods of electric buses charging station[J].Power System Protection and Control,2013,41(4):61-66.

[4]叶剑斌,金秋.电动汽车充换电站集中监控系统设计[J].华东电力,2011,39(7):1082-1084.YE Jianbin,JIN Qiu.Electric vehicle centralized monitoring system in power station design[J].East China Electric Power,2011,39(7):1082-1084.

[5]刘强,王春莉.市场环境下电动汽车的电力服务[J].电力需求侧管理,2007,9(1):45-47.LIU Qiang,WANG Chunli.Electric cars under the market environment of power service[J].Power Demand Side Management,2007,9(1):45-47.

[6]周逢权,连湛伟,王晓雷,等.电动汽车充电站运营模式探析[J].电力系统保护与控制,2010,38(21):63-66,71.ZHOU Fengquan,LIAN Zhanwei,WANG Xiaolei,et al.Electric vehicle charging station operation mode analysis[J].Power System Protection and Control,2010,38(21):63-66,71.

[7]李国,张智晟,温令云.换电模式下电动汽车充换电网络的规划[J].电力系统保护与控制,2013,41(20):93-98.LI Guo,ZHANG Zhisheng,WEN Lingyun.Planning of battery-switching and vehicle-charging network based on battery switching mode[J].Power System Protection and Control,2013,41(20):93-98.

[8]李瑞生,王晓雷,周逢权,等.灵巧潮流控制的电动汽车智能化充电站[J].电力系统保护与控制,2010,38(21):87-90.LI Ruisheng,WANG Xiaolei,ZHOU Fengquan,et al.The system of electric vehicle intelligen charge station with smart power flow control[J].Power System Protection and Control,2010,38(21):87-90.

电动汽车充换电站方案 篇3

1 充换电站建设的总体技术方案

在高速公路建设电动汽车充换电站与在城市区域、普通道路建设充换电站存在较大的差异,嘉兴供电公司立足实际,在高速公路充换电站建设过程中实践出一套适合高速公路建设电动汽车充换电站的典型技术方案,既充分考虑电动汽车充电设施建设的便捷性,又满足充换电站功能完善性的要求。

电动汽车充电模式可分为交流充电、直流充电和电池更换等三种模式。为方便、快捷的使用电动汽车,高速公路电动汽车充换电站选择电池更换模式。电池更换模式可使动力电池在较短的时间得到更换,可满足用户使用电动汽车像使用燃油汽车一样的续航里程和便捷性的要求。且此种模式对电池实现专业技术维护、合理化配置以及集中均衡充电,可大幅提升电池的使用寿命。

高速公路电动汽车充换电站选址一般位于高速公路的服务区内,一个服务区双向各建一座充换电站。每座充换电站占地面积在300平方米以内,可分为充换电区、值班室、监控机房和停车位等区域,采用10k V电压等级供电。配置可容纳60组电池的充电和储存设备,按一辆电动汽车使用4组电池计算,一座充换电站可满足15辆电动汽车的使用需求。此外配置电池更换设备和电池检测设备,配置充电监控、配电监控和安防监控等系统。配置智能充换电运营管理系统,租用电信光纤宽带实现数据通信传输。高速公路电动汽车充换电站的典型布局如图1所示 :

按此典型技术方案实施高速公路充换电站建设,经国网嘉兴供电公司的实践,在物资供应充足的前提下一般在40天左右完成一座站的建设。目前嘉兴供电公司已顺利完成沪杭高速嘉兴服务区、乍嘉苏高速新塍服务区、申嘉湖高速嘉善服务区和杭浦高速平湖服务区等4个高速公路服务区8座充换电站的建设任务。

2 充换电站的组成部分

高速公路电动汽车充换电站相对于集中充电站来说占地面积小,规模小,其主要由充换电系统、配电系统、监控系统及配套设施等四组成部分,如图2所示。

2.1 充换电系统

充换电系统是电动汽车充换电站的最重要组成部分。一座高速公路充换电站配置3台移动充电仓和3台电池转运仓,能同时满足60组电池充电和储存的要求。此外配置电池转运小车1辆和便携式电池绝缘检测仪设备1套。

每台移动充电仓配置20组的充电机,通过专用充电连接器及充电线连接电池转运仓,给电池转运仓内的电池安全、自动地充电。具有环境控制、通信监测等功能,具备包括电网输入低压保护、电池反接保护、电池电压低压保护、电池电压过压保护、充电模块过温保护等功能,确保充电过程应对电池不造成伤害。移动充电仓可用叉车或吊车方便装卸,整个箱体有带有联动风机与空调配合工作。

每台电池转运仓设置20个电池工位,用以存放、转运电池,具有环境控制、通信、监测功能,能与移动充电仓通过专用电连接器及充电线连接。每个电池工位都具有就位、充电、停止和故障等电池指示灯。通过内部监控器实现对每个工位的电池进行监测与控制,实现对20组电池信息进行管理。电池转运仓也可用叉车或吊车方便装卸。

充换电站内配置用于电池更换的电池转运小车1辆,采用电动助力装置更换电池,电池托盘升降高度可自由调节,从而轻松实现电池取放、转运和更换过程,提高换电效率。配置的便携式电池绝缘测试仪主要是测量动力电池正、负极对外壳的绝缘电阻、电压等参数。

2.2 配电系统

高速公路电动汽车充换电站配电系统包括变压器、配电箱、谐波治理设备、电缆和架空线等。充换电站采用10k V单电源供电,通过配电变压器降压提供0.4k V电源,分配给充换电系统及站内监控、照明等设备用电。

根据充换电站用电设备的负荷测算,宜配置250 k VA或315 k VA容量的变压器。结合现场实际情况,配电系统主设备可选用箱式变压器或杆上变压器与配电箱的组合。其中箱式变压器指由10k V开关设备、变压器、低压开关设备、电能计量装置、无功补偿设备、辅助设备和联结件等元件组成的成套配电设备。杆上变压器与配电箱的组合也是一种电源配置方式,其中配电箱内包含低压开关、电能计量装置和无功补偿等设备。所有电气的设备基础埋件,配电箱、电缆沟及站内非带电金属部件,均需可靠接地。

由于电动汽车充电机属于非线性设备,电动汽车充换电站属于谐波源负荷,需配置有源滤波装置,对谐波电流进行消除,减少谐波的产生。

2.3 监控系统

电动汽车充换电站监控系统由监控主站、充电监控、配电监控和安防监控等系统组成。其功能为监控充换电站的运行管理,通过接口与运营管理系统实现数据交换,为充换电站安全、可靠和经济运行提供技术手段。

监控主站由应用服务器、数据库服务器和数据采集前置机等组成,负责处理存储充电监控、配电监控和安防监控系统实时上传的数据,下发各类控制指令,以图形化人机界面方式展现充换电站的运行状况。

充电监控系统的功能是监控站内充换电设施的工作状态,采集模块充电机监控单元的实时信息,向主站上传数据,处理主站下发的控制指令,实现对模块充电机的监视和控制。配电监控系统的功能是实时采集和记录充换电站配电系统的运行信息。安防监控系统主要由视频服务器、360度全景摄像机、液晶显示器、烟感报警器、机柜、网络交换机等视频监控设备组成。

2.4 配套设施

配套设施主要包括值班监控房、钢结构棚及相关土建部分。

值班监控房采用钢材质的成品房,可整体吊装、整体移动,便于拆卸,外观简约大方,内部结构合理,分隔成值班室、监控机房和电池检修室等,既解决高速公路电动汽车充换电站用地紧张的限制,又加快了充换电站的建设速度。

在移动充电仓和电池转运仓的放置处,搭建12×13米敞开式的钢结构棚,为充换电设备遮阳避雨,并在钢结构棚下完成电动汽车的电池更换操作。

土建部分包括场地平整、混凝土浇筑、排水沟和电缆井制作等。充换电站区内排水沟应接入高速公路服务区内的排水系统。此外充换电站还需配套引导牌、标识牌柱等广告标识。

3 高速公路充换电站的运营模式

高速公路电动汽车充换电站建成后,需要建立相适应的运营模式。尽管目前电动汽车产业发展迅速,但电动汽车的普及还有待时日。现阶段高速公路充换电业务需求量不大。嘉兴供电公司建立适合实际的高速公路电动汽车充换电站的运营模式。充分利用高速公路服务区的现有资源,委托服务区对充换电站进行管理,对服务区相关人员进行专业培训后开展充换电业务。

4 结束语

电动汽车充换电站方案 篇4

发展电动汽车涉及环境保护、优化能源结构等国家战略问题,受到了多国政府的高度重视和大力支持[1]。大规模电动汽车接入电网,一方面,将对电力系统的运行和规划产生不容忽视的影响;另一方面,可以对充电负荷实施有序控制,甚至利用电池放电向电网运行提供支撑[2]。电动汽车充换电站是衔接电网与电动汽车之间的关键桥梁[3],充分利用充换电站功率需求的柔性,研究其有序充换电策略,具有十分重要的现实意义。

电动汽车的充电模式可分电池充电(充电)和电池更换(换电)两种[4]。其中,换电模式具有操作方便、用户体验好、易于统一管理等特点,是最主要的电动汽车电能补给方式。在换电模式下,电动汽车充换电站可利用电池的储能特性,在电价低谷期对电池进行集中充电,降低充电成本;在满足换电需求的前提下,其还可以在电价高峰期向电网出售电能,获取卖电收益。上述有序充换电策略不仅可以对电网负荷起到良好的移峰填谷作用,而且有效降低了充换电站的充电成本,提高了充换电站运营的经济效益[5,6]。

目前,针对电动汽车充换电站充放电优化控制决策,许多学者开展了富有成效的研究。文献[6]考虑了大规模电动汽车用户的无序充电行为容易对电网造成“峰上加峰”等影响,以充换电站各时刻的充电功率为决策变量,建立多目标调度数学模型,采用自适应变异的粒子群算法对其求解,得出次日优化充电计划。文献[7]建立了以配电网网损最小为目标的电动汽车充电优化模型,考虑了电压幅值等约束,采用迭代修正节点电压的方法求解凸二次规划模型,运算速度可满足在线运行的要求。文献[8]提出建立最小化网络损耗和提高负荷因数的双层目标,利用随机规划方法优化充电方式。文献[9]考虑公交车的运行规律和耗电特性等因素,定量分析了车辆的日换电需求,以充电成本最小为首要目标,分别建立了两阶段和双目标优化充电模型。文献[10]基于电价预测,利用动态规划法优化各电池的充电时间,在不影响电池性能的前提下,降低了总充电成本。需要注意的是,以上控制策略均假设电动汽车电池的连续充电电量在充电过程中是完全可控的,未能深入考虑实际电动汽车的充电特性受电池容量、离散的电池数量和充电桩数量的限制,其得出的最优解往往在现实中难以实现[11]。

由此,本文基于分时电价机制,提出了双向能量交换模式下以离散的电池充放台数为决策变量的充换电站二阶段优化模型。其中,第一阶段以充换电站的支出费用最小为目标进行优化;第二阶段在第一阶段的求解基础上,选取使满充电池数量最大的充放电计划为模型的最优控制策略。算例基于实际山东焦庄充换电站的运营数据,比较了无序充电与本文提出的有序充放电情景下的充电负荷及费用支出,分析了以离散的电池充放台数为决策变量与以连续的充电电量为决策变量的优化结果的区别,验证了方法的实用性及有效性。

2 充换电站充放电优化控制方法

2.1 背景介绍

电动汽车充换电站是集充放电功能与换电功能于一体的大型电动汽车服务设施。换电服务模式下,其以满充电池与电动汽车用户进行电池交换来满足用户的换电需求,并根据交换电池所含的电能差取得收益。完成电池交换后,充换电站将电动汽车用户换下来的入站电池通过充电设备进行充放电操作,其换电过程如图1所示。

图1中,充换电站的换电过程被划分为M个离散时段。由于实际电动汽车的入站时间是随机、难以掌控的,为方便分析,本文假设充换电站在距电动汽车入站时间最近的下一时段的起点完成对入站电池与满充电池的交换并继而安排入站电池的充放电计划。

2.2 电动汽车电池荷电状态离散化

建立以电池充放台数为决策变量的优化控制模型,首先,要将电池荷电状态离散化成不同的等级,且电池荷电等级数量需控制在调度可接受的范围内。由于电动汽车锂电池的充放电过程可视为恒功率充放过程[12],在单位时间步长内充电桩功率及充放电模式确定的情况下,通过模拟电池充放电过程,可实现电池荷电状态(State of charge,SOC)的离散化。

电池荷电状态定义为:在相同的放电倍率下,电池的可放电量与电池的额定容量之比[13],即

式中,Qd为电池的剩余电量;Qt为电池的额定容量。容易理解,当电池满充,即达到充电截止电压时,SOC为100%;电池放电结束,即达到放电截止电压时,其SOC为0%。

电动汽车电池充放电过程模拟如图2所示。假设电池电量共被划分为k个不同的荷电等级,j(j=1,2,…,k)为电池的某一荷电状态等级标识,其可经单时段充电操作后到达jc(jc=1,2,…,k)荷电等级状态,又可由cj(cj=1,2,…,k)荷电等级状态的电池进行单时段充电得到。同理,若电池电量处于j荷电等级状态,其既可由dj(dj=1,2,…,k)荷电等级状态的电池进行单时段放电得到,又可经单时段放电操作后到达jd(jd=1,2,…,k)荷电等级状态。将荷电状态标识按照SOC的大小排序,即SOC1代表电量为0%的电池,SOCk代表SOC为100%的电池,SOCj表示荷电等级标识为j的电池的荷电状态。进而,设N1为空电电池的数量,Nk为满充电池的数量,Nj表示荷电等级标识为j的电池的数量。

2.3 传统模型

对于传统的以连续充放电电量为决策变量的电动汽车充换电站充放电优化控制,目前已有较多研究,其模型可表述为:

式中,T为优化控制的总时段数;Δt为单位时间步长;c+t为充换电站在t时段向电网购电的电价;ct为充换电站在t时段向电网售电的电价;p+t为充换电站在t时段的充电功率;pt为充换电站在t时段的放电功率;Et为充换电站在t时段电池存储的总电量;Emax为充换电站总电池容量;Etout为充换电站的每个时段换出的电量;pmax为充换电站的充放电功率上限;b、d为{0,1}变量。

由模型可以看出,传统方法以充换电站运行的经济最优为目标,其考虑了总电量约束、充换电站功率约束及用户换电电量的需求约束,但没有考虑充换电站充电电量与用户换电电池数量以及充换电站充电电量与换电电池荷电状态之间的耦合关系。然而,在实际中,充换电站的充放电决策实质是对不同时段内电池充放台数的控制决策。而对充电电量的优化决策最终要通过离散电池的充放电实现,显然,不考虑电池荷电状态和数量的传统模型最优化解,在现实中可能无法得到可行的电池充放电方案。

2.4 基于电池充放台数的二阶段优化模型

在双向能量传输模式下,本文提出了一种以电池充放台数为决策变量的二阶段优化控制模型。其中,第一阶段优化以充换电站总支出费用最小为目标;第二阶段优化则在第一阶段的求解基础上,选取最大化满充电池数量的解为最终的优化决策,具体模型如下。

(1)目标函数

第一阶段优化以充换电站运行的经济性为目标,即向电网支出的总电费fs最少。将电池荷电状态离散后,式(2)的目标函数可表示为:

式中,xjt表示在t时段对电池荷电等级标识为j的电池进行充电操作的数量;yjt表示在t时段对荷电等级标识为j的电池进行放电操作的数量;E0为满充电池电量。

考虑到各时段起点时的满充电池数量越多,充换电站应对用户的换电需求的能力越强,因而,在第一阶段经济性最优的基础上,第二阶段优化以最大化各时段起点处的满充电池数量之和fx为目标,如式(4)所示:

式中,Nkt为充换电站t时段满充电池的数量。

为保证第一阶段优化效果,第二阶段优化过程需要以第一阶段优化后的最小支出费用为约束,即充换电站的费用支出不大于第一阶段优化后的费用支出R,其表示为:

(2)约束条件

1)充换电站电池总量约束

式中,Ntotal为t时段充换电站的电池总量;Njt为t时段充换电站电池荷电标识为j的电池数量。

2)用户换电需求约束

用户换电需求约束要求充换电站在t时段起点的满充电池数量不小于在t时段预测的用户换电需求数量。本文采用设置概率置信度的方式来满足用户的换电需求,方法如下:首先,将用户的换电需求分为多个电量区间,并将其按由小到大依次排序,设置η为概率置信度,P(s)为用户换电需求电量区间为s的概率,从换电需求量最低的区间开始累加,直至概率总和达到置信度,并将最后一个区间记为q,则该区间q即为需要满足的用户换电需求电量,基于历史经验统计,可得到该换电需求区间q对应的换电电池数量及荷电等级状态,从而设置约束,如式(7)和式(8)所示:

式中,Ψ为在时段t满足置信度η情况下,用户换电需求电量最大的区间;NΨt为t时段用户在Ψ换电需求电量区间的换电电池数量。

3)换电站充电桩数量约束

式中,Npum为充换电站充电桩的个数。该约束表示在t时段充换电站同时对电池进行充放电的数量不大于充换电站内充电桩的数量。

4)可操作的电池数量约束

该约束表示,t时段对荷电等级标识为j的电池充电操作数量和放电操作数量的和不大于t时段荷电等级标识为j的电池数量。

5)电池容量约束

式中,xkt、y1t均为布尔型变量,分别表示对满充电池的充电操作和对空电池的放电操作。该约束表明,当电池达到满充状态k或空电状态1时,充电桩停止对其充电或放电操作。

6)充电桩功率约束

式中,pmax为充换电站充电桩的最大充放电功率,即额定充电功率;ppum为充换电站充电桩的实际充放电功率。该约束表明,在模型中,各充电桩功率数值恒定,以额定功率进行充电或放电操作。

7)电池荷电状态转移约束

对入站电池的荷电状态进行离散化后,入站电池的荷电状态集合为Ω,Ω={1,2,…,k}。其中满充电池的数量变化约束可表示为:

入站电池荷电等级的电池数量变化约束可表示为:

站内其他荷电等级的电池数量的变化约束可以表示为:

式中,Njt,in为t时段入站电池中荷电状态标识为j的电池数量;Ntk,out为t时段换出的满充电池数量。

2.5 方法流程

式(3)~式(15)构成了完整的多目标混合整数规划模型,其决策变量为充换电站在各时段的不同荷电等级电池的充放台数。方法的应用流程如图3所示。首先,根据历史数据与经验,充换电站可统计得出电动汽车用户在各时段的换电需求区间的概率;同时,通过对入站电池充放电历史数据的统计,完成对入站电池荷电状态的离散化;进而,输入充换电站的原有贮存电池荷电状态及充电桩功率参数;最后,通过二阶段优化模型对电池充放数量进行优化求解,得到对电池充放台数的优化控制决策。

3 算例分析

算例以实际山东临沂焦庄电动公交汽车充换电站运行数据为基础。焦庄站站内充电桩数量为20台,其充放电功率为30k W,站内单块电池容量为180k W·h,以1h为单位时间间隔,考虑对日前8∶00~17∶00共10个时段的充放电计划安排,利用本文方法对其实施充放电优化控制分析,算例使用GAMS软件进行编程求解。

3.1 入站电池SOC离散化分析及初始数据

通过统计焦庄站实际入站电池的单次充电电量样本,得到入站电池单次充电电量频率分布,如图4所示。实际入站电池SOC集中在67%和88%附近。进而,根据实际充电桩充电功率与电池容量数据,将电池荷电水平平均划分为7个等级状态(以下表中简称“状态”),如表1所示,每个等级状态的电池电量为30k W·h。

假设选取的某典型日各时段电池入站数量及其荷电状态情况如表2所示。选取的该典型日下充换电站在初始时段已有贮存的电池数量及其荷电状态如表3所示,充换电站所在地区典型日的分时电价表如表4所示。

3.2 充换电站用户换电需求概率分析

充换电站的用户换电需求样本数据来自山东临沂焦庄电动公交充换电站的实际运营记录,样本统计了充换电站2014年6月14日至8月10日每日8:00~17:00每小时的换电需求电量,总计625组样本数据,其经验概率分布如图5所示。

由图5可以看出,该充换电站用户的单时段换电需求上限为1000k W·h,下限为0。本文采用等区间划分方法将其划分为10个区间,各区间换电需求电量为100k W·h,如表5所示。换电区间数越大,说明充换电站在单时段的负荷需求量越大。

依据运营经验与历史数据,获得充换电站在该典型日下未来10个时段各换电需求区间的概率分布,如表6所示。其表示充换电站用户的各换电需求区间(表6中简写为“区间”)随时间变化的概率转移情况,表6中数值代表对应时段充换电站换电需求为其对应区间的概率大小。考虑式(7)和式(8)约束,本文设置换电需求概率置信度为0.8,得到各时段应满足的换电需求状态如表7所示。

3.3 无序充电模式下的充电计划

通常将电动汽车电池的即换即充模式(将电动汽车用户更换下的电池立即接入充电桩充电的模式)称作无序充电模式。算例基于选取的表2~表4的典型日信息,对电动汽车电池实施无序充电,其充电计划与表2所示的各时段的电池入站信息相同,即充换电站的充电计划不受分时电价的影响,一旦电池入站就立刻安排对其充电。由于采取即换即充策略,基于表4的分时电价,可计算得出充换电站的支出费用为3378元。

3.4 基于电池充放台数的优化控制

利用本文提出的基于电池充放台数的电动汽车电池充放电优化控制方法,一阶段优化后,各时段的电池充电安排如表8所示,各时段电池放电安排如表9所示,电池的荷电状态随时段变化的转移分布情况如表10所示。

由表8和表9可以看出,受分时电价和用户换电需求的影响,充换电站的充电安排集中在1~7时段,而电池放电集中安排在8~10阶段。优化结果表明,当站内满充电池数量足以满足剩余时段用户的换电需求后,充换电站在7~10时段安排站内电池放电以减少支出费用。

通常将优化后的电池充放行为称为有序充电模式。对比表2与表8、表9可以看出,经过有序优化后,充换电站在分时电价的平时及谷时充电功率增加,在峰时对电网进行反向送电。经计算,一阶段有序充电模式下,充换电站费用支出为1303元,相比无序充电,减少了费用支出1615元。支出费用的大幅减少表明一阶段充换电站的电池充放优化控制取得了理想的经济效果。

在一阶段优化的基础上进行二阶段寻优后,各时段的电池充、放电安排如表11和表12所示,电池荷电状态转移情况如表13所示。

经计算,二阶段优化后,充换电站的费用支出仍为1303元。但对比一阶段的优化结果可以发现,在进行二阶段优化后,电池的充电安排及放电安排发生了改变,此种改变的效果并没有造成充换电站支出费用的增加。进而,对比表13与表10可以发现,经二阶段优化后,电池荷电等级为7的满充电池数量较只进行一阶段优化的满充电池数量有所增加,有利于充换电站应对客户更换电池需求的随机不确定性,证明了本文方法的第二阶段优化在保证第一阶段优化的经济性前提下,可以最大化满充电池的数量。

3.5 与传统模型的对比分析

采用传统模型式(2)的充换电站有序充电结果如表14所示。可以看出,传统模型优化控制得出的充换电站在各时段充电功率均为0,即全时段无电池充电安排,这是由于充换电站起始时段满充电池的总电量满足1~10时段的换出电量约束。由表2可知,该典型日充换电站1~5时段累计换出的满充电池数量为36块,而由表3可知,初始时段满充电池总数为30块。显然,如果在1~4时段不安排电池充电,那么在5~10时段,充换电站无法满足电动汽车用户的换电需求。这种情况产生的原因在于,传统模型以连续的电量为决策控制变量,而充换电站的总电量分配在多个离散的电池个体当中,电池的更换与电池的充放电操作必须依赖于离散的电池个体完成。因此,传统模型的优化结果可能出现在实际中不可行的情景。

3.6 换电需求约束分析

本文模型采用满足设置的概率置信度的方式获得用户换电需求,并以换电需求最大区间的电池数量作为换电需求约束。显然,置信度的取值越大,充换电站满足用户换电需求的能力就越强,然而,也会因此导致充换电站的电能储备过剩,充换电站支出费用增加的问题。

不同的概率置信度设置将会得出不同的用户换电需求结果,因而会导致不同的换电策略及支出费用,现模拟两个不同的换电需求场景来分析充换电站的费用支出情况,结果如表15和表16所示。

可以看出,场景1与场景2的换电需求不同,将其分别作为本文模型的换电需求约束,可计算出经二阶段优化后,充换电站的支出费用分别为1296元和960元,验证了在不同的换电需求下,充换电站的支出费用不同的结论。

4 结论

电动汽车充换电站方案 篇5

关键词：电动汽车,电池性能,充换电模式

大多数人一直有这样的疑问:为什么曾经在汽车家族中风光无限的电动汽车, 非但发展不起来, 反而还被内燃机汽车取代了呢?究其原因主要有三个:一是电动汽车的续驶里程较短。具体来说, 使用铅酸电池, 续驶里程仅为100km左右, 使用镍氢电池续驶里程200km左右, 离子电池的续驶里程可达300km左右, 这同内燃机汽车一次加满燃油能行驶400~600km相比, 差距太大, 用户难以接受;二是价钱昂贵。通常电动汽车的价格为同等级的内燃机汽车的2~3倍, 用户不愿承担。三是使用不方便。主要体现在充电时间长, 通常为6h~8h, 跟内燃机汽车加一次燃油只需要10min相比, 所消耗的时间过长, 效率大幅降低。此外, 电动汽车的电池还存在诸如需要定期维护, 充电站数量少, 用户难以自行建立等弊端。所有这些问题, 都导致电动汽车在与内燃机车的竞争中败下阵来。

1 从性能方面对不同的电池进行分析

通过上述分析可以看出, 电动汽车使用率低、未能广泛普及的大部分核心问题还是出在电池上。众所周知, 目前用于电动汽车的动力电池主要有以下几种:铅酸电池 (LAB) 、镍氢电池 (Ni-MH) 、锂离子电池 (LIB) 和超级电容器 (EC) 等。首先将三种电池的性能进行比较。

1.1 电池能使车跑多远

不同的电池可以驱动车辆行驶的里程不同。电池的比能是主要的影响因素之一。以最具有代表性的铅酸、镍氢、锂离子电池为例, 在电池相同质量的情况下, 统计的比较结果是:铅酸电池每充一次电, 通常能够驱动电动汽车行驶约100km;镍氢电池约200km;锂离子电池约300km。这种续航能力上的缺点, 以目前的技术水平, 只能靠在各地建立标准化的电池充换电站来解决。并且由于各种电动汽车的型号及电池性能不一, 因此在建立充换电站时, 不能同以往一样, 单单考虑到选址中地域等其他条件的复杂性, 更应该将电动汽车电池本身性能的制约加以充分考虑, 有针对性的做出不同的方案, 以此来满足顾客的不同需求。

1.2 电池寿命有多久

电池寿命取决于电池品种和制造质量的一致性、使用方法及维护的状况。在通常情况下, 铅酸电池单体的寿命为500次, 镍氢电池为2000次, 锂离子电池为2000次。而电池组寿命方面, 铅酸电池为500次, 镍氢电池为500~1500次, 锂离子电池为500~1000次。也就是说, 铅酸电池能驱动电动汽车跑5万公里, 镍氢电池能驱动电动汽车跑10万~25万公里, 锂离子电池能驱动电动汽车跑10万公里左右。因此, 在建立充换电站时, 要考虑电池维护的问题:对于电池寿命不同的汽车进行充电来说, 各个充电站应具备统一的充电管理系统, 就是将每台车的详细信息进行电脑录入, 并进行专业化的、系统化的指导与管理。充电时, 根据每台车的寿命年限、电池的型号质量等采取不同的充电方式, 由充换电站专业人员进行专业指导, 会大大延长汽车的使用寿命, 克服了普通用户盲目用车的弊端。目前的研究和实际运作情况表明, 实践中还缺少一个针对电动汽车的完整的专业化的管理信息系统及服务网站, 亟待深入研究开发以优化电池更替和电动汽车的使用。

1.3 充电需要多长时间

充电时间的长短取决于电池的比功率。比功率越大, 充电时间越短。但是, 充电时间长短没有实质性意义, 因为开发电动汽车的目标之一就是为了解决电网调峰问题, 即充分的利用谷电。因此, 充电时间最好是5小时左右, 这样可以均匀地消化电网夜间谷电, 保证电厂的电网稳定、安全和经济运行。如果想提高充电速度, 就要提高电压和加大电流, 甚至以牺牲电池寿命为代价, 这在技术上还勉强可以做到, 但在经济上是不合算的。

2 按电池种类分析其优势劣势

2.1 最广泛使用的铅酸电池

铅酸电池已经经历了150多年的发展, 它的优点是技术成熟、性能稳定、成本低、管理简单、比较安全、回收利用方便, 特别适合于低速、小型、区域运行的电动车辆使用。并且这类电池对管理系统的要求比较低, 甚至可以忽略。因此到目前为止, 在广东已经投入运行的电动车辆大多使用铅酸电池。它的缺点是:比能量低、质量大、续驶里程短、维护工作量大、使用寿命短, 通常只有500次左右, 而且在生产和回收过程中存在污染。

2.2 贵族身价的镍氢电池

镍氢电池的优点是能量密度和功率密度均高于铅酸电池, 镍氢电池的比能量约为65瓦·时/千克, 充放电效率高, 寿命长;单体电池寿命可达2000次。缺点是成本高, 价格为相同容量铅酸电池的5~8倍;而且镍氢电池的技术尚未完全成熟, 它对管理系统的要求又很高, 所以镍氢电池目前还不适合在纯电动汽车上使用, 只能供混合动力电动汽车使用。因此, 在充换电站建设时, 如果将其纳入作为其中的一方面, 对于这类电池的管理就应该启用更高层次, 更高效率的管理办法, 充分考虑混合动力汽车和镍氢电池在整个使用群体范围内所占的比重和发挥的作用。

2.3 新生代的锂离子电池

锂离子电池是当代发展最快的新一代动力电池, 它的优点是比能量高, 可约达120瓦·时/千克;寿命较长, 单体电池循环寿命为2000~3000次;在生产和使用过程中基本没有污染, 是目前综合性能最好的动力电池。如今对锂电池的技术性能和结构还在进一步研究之中。锂电池的缺点是对过充电放电和高温保护的要求都特别高, 需要精密可靠的管理系统的保护, 否则会存在一定的安全隐患。

大家都知道, 锂离子电池是当前最有希望成为纯电动汽车使用的电池。由于它的比能量高, 续驶里程可达300km左右 (每充一次电) , 基本上可以满足用户使用的要求和习惯。, 日本在前几年耗费大力气、大投入研发锂离子电池, 其真正目的之一, 就是为了发展本国的纯电动汽车, 抢占世界市场。由此可见, 锂离子电池将是我们未来动力发展的重点。

2.4 超级电容及其他

超级电容的优点是比功率很高, 最高可达3000W/kg~5000W/kg, 特别适合快充和快放。它可以同其它电池组并联使用, 而且寿命很长, 可达几万次。缺点是比能量很小, 通常为3-10瓦·时/千克, 一次充电只能行驶3km~10km;而且价格昂贵, 因此目前只能作辅助储能装置使用。

此外, 锌、铝、镁空气电池的比能量均为200W·h/kg以上, 也是很有发展潜力的动力电池。目前对这几种电池的研究与开发也在陆续展开, 但技术尚未成熟, 仍有待加大力度继续深入。

3 充换电站运行模式设计

针对以上不同种类性能电池的分析, 我们可以更加明确每种电池的应用方向, 那么制定出专业化、有针对性的充换电站管理模式对其高效、合理化的运行就显得尤为重要了。

1) 铅酸电池类管理

基于以上的特点, 在建设充换电站时, 由于其质量大和充电时间长的特点, 我们不能只单纯偏重于换点或者充电。对于充电, 其好处是:节省出人力物力, 省去了卸载搬运电池的繁重过程, 然而充电时间过长, 严重违背了建设电动汽车充换电中, 省时便捷的用户使用原则;对于换电, 其好处是:节省时间, 并且这项技术发展较为成熟, 大大节约用户充电等待时间, 但是人力物力成本较高。

由此, 我们需要建立一个多方位的铅酸电池充换电模式:该模式分为机械化换电系统和慢、中速充电系统。

(1) 机械化换电系统

该系统建立在专门针对电动汽车换电方式, 采用高科技机械化流程, 从卸载电池、取放电池到安装电池。这一整个流程需要专业化机械设备自动完成, 同时配有卸载电池检测系统, 来检测电池的各项指标性能;防泄漏、防爆系统, 因为铅蓄电池使用久了容易产生漏液现象, 该附带系统能随时检测电池的内外部是否完好, 并且有温控检测仪, 能监测电池任何时刻的温度。整个过程通过电脑系统实时监控, 一旦出现问题, 系统会向当日在职修检人员发起联络, 修检员会及时做出维修。这种操作模式的优点显然是便捷, 高效率, 减少人力资源成本;但是该构想的方式真正投入到实践中去绝非易事, 需要高科技机械设备作为支撑, 该种设备的研发成品本, 运营维护成本都将是一笔不小的数字。但一旦有关方面的机械被研发出来, 其实用价值将会是轰动业界的。

(2) 慢、中速充电系统

该系统建立在专门针对电动汽车充电, 而且这里我们强调“慢充”, 快充对铅酸电池来说, 危害是相当大的。快速充电, 可以达到5 C~12C, 充电时间只需3min~10min, 而这种方式使得电池的寿命大大缩短, 就会间接提高电池运营商或者汽车用户的成本, 这种方式只能是在迫不得已的情况下采用。

而我们所提到的这种慢、中速充电方式, 不会给电池带来高程度的破坏, 通常慢速充电在8h~10h, 这种方式十分耗时, 但是对于换电站管理运营商来说, 存放在换电站的电池可并不只是单单的几个, 而是大批量的, 因此, 总会有闲置的电池, 换电的用户只要找到符合其车型号的电池就可以继续运行, 留下来的电量不足的电池经过检修之后, 可以进行慢速充电, 充电的时间要和国家电网充分调节好, 尽量在夜间用电低谷时期进行, 起到对电网“削峰填谷”的作用, 同时夜间电价更为低廉, 也可以降低运行成本。

对于中速充电, 大多是给那些逛街购物、短时间驾车出差办公停留时间不多的特定人群, 当他们停车去做其他事情, 找到周边最近的一个充电站或者充电桩, 在短短的半个到一个小时之内就可以选择中速充电, 两不耽误。

2) 镍氢电池类管理

据了解, 镍氢电池的技术也比较成熟, 未来几年里仍将是电动汽车动力的主流, 所以仍将拥有一个较为庞大市场占有量, 主要就是那些混合动力电动汽车, 作为一种中间过渡产品, 本身一定存在着必然有汽车好的优势, 又有比纯电动汽车差的缺点, 既然是混合动力汽车, 一方面使燃油, 一方面是电动汽车, 我们分析一下情况, 一般来说, 使用混合动力型车的用户不会出现因为耗光电能而无法行驶, 并且由于镍氢电池有记忆效应, 在没有耗光的条件下就进行充电会使得电池的耐用性降低;另外充电发热也会使得充电过程存在隐患。因此, 针对镍氢电池, 需要建立更为严格的管理系统。

(1) 严格温控监测系统:充换电站针对换下的电池进行集中充电管理, 电池上配用温控系统, 实时监控电池的温度;

(2) 充换电站内部针对电池建立现代化流水线物流运作系统, 该系统类似大型物流企业的流水线操作系统, 流水线操作生产可以节省人工费、车间管理的很有条理、可以提高电池管理的质量。

该模式的应用可以使得对镍氢电池的管理安全性更高、作业速度、专业化程度也得到了大幅度提升, 节省人力成本。并且, 由于混合动力型汽车的使用者随着电动汽车技术的日益成熟, 终究会被纯电动汽车替代, 而其专业化的管理操作系统在用户减少的情况下, 同样可以运用到其他类型的电池中去。

3) 锂离子电池管理

锂离子电池是新生代的动力电池, 优点多, 缺点少。毫无疑问将会成为纯电动汽车的核心动力, 也是全部电动汽车的发展方向因此, 对锂离子电池的管理也将成为充换电站建设的一个发展方向。

由于锂离子电池无记忆效应, 所以在充换电上的管理模式将更加灵活, 用户或者充换电站运营者可以根据日电量需求量, 在电池当前电量无严格限制条件下, 可以随时随地充电。所以前提就是在充换电站要多建立这种针对锂离子电池的充换电桩, 类比加油站的运营模式, 客户可以在24小时的任何时间, 利用这种自动化的充电设备进行充电。

同时由于锂离子电池具有体积小、质量轻的特点, 因此人工装卸搬运操作就可以, 并且大多数锂离子电池充电都很省时, 因此将不会有过多的人员来操作换电过程。

那么针对锂离子电池管理就可以从三种模式方面进行建设:

(1) 首推充电设施:根据各地需求量的预测, 建立辐射范围广的自动化管理充电站。24小时自助式充电, 辅助有24小时故障报修系统, 来解决随时可能遇到的突发状况。同时, 在小区, 大型商业区周围也可以设置充电桩, 满足需求, 同时分三大行充换电的拥挤现象;

(2) 跟进换电设施, 对大型充换电站, 建立集成化、流水线、自动化的操作系统, 引入大型高科技设备, 使得汽车换电过程更省时、成本更低。

4) 超级电容及其他

目前此类的研究正在进行, 目前还在完善之中, 因此还不能确定出充换电模式, 我们会继续跟进该类设施的建设, 继续完善充换电站的建设。

4 结论

总之, 世界各国都在不断加强研究和暗中较劲。如何提高动力电池的性能, 减少其危害, 使其广泛使用, 诸如此方面的研究发展毫无疑问永远是如何使电动汽车广泛使用的核心问题, 而如何建立有效的电动汽车充换电模式来服务于动力电池和电动汽车的使用则是其中关键。针对不同电池的性能要求, 应用于不同电动汽车的工作特点, 来建立系统性的科学的高效的充换电站, 依托于有效的管理信息系统, 形成点线面结合、区域优化网络布局的充换电工作模式, 显然是研究的重点, 值得深入思考和系统发掘。

参考文献

[1]陈明.电动自行车铅酸蓄电池的危害性分析及对策措施, 科技资讯, 2008 (26) .

[2]周民德.铅酸蓄电池对人体的危害.金属世界, 2000 (3) .