汽车充换电站建设的影响因素

符桂豪

摘要：在高油价和低碳经济的双重推动下，电动汽车的发展和推广也日益受到人们的重视。电动汽车充换电站的建设是电动汽车产业推广的前提和基石。本文主要介绍电动汽车充换电站的布局规划的影响因素。

关键字：电动汽车充换电站布局规划影响因素

1 汽车充电站建设的重要性和发展前景

近年来，国际汽油价格不断高涨，价高时比价低时要高出几倍， 目前价格徘徊在每桶100美元左右。在高油价和低碳经济的双重推动下，新能源汽车被各国提上重要议程，电动汽车由此得到人们的关注。

目前，阻碍电动汽车发展的关键因素之一是充电问题，因为汽车充换电站不普及，便利性与加油站有一定距离。因此，完善高效的能源供给网络在电动汽车广泛应用中越来越显得紧迫与重要。而电动汽车的充换电系统是发展电动汽车的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。充换电站的建设需要根据电动汽车的充电需求，结合电动汽车充电模式进行相应的规划和设计。考虑到汽车充换电站的初期投入较高，有关专家呼吁汽车生产商和政府采用共同筹建的方式，同时，政府可从低碳的角度提供财政补贴，以便电动汽车行业的迅速推广。

2 影响电动汽车充换电站建设的因素

2．1 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。

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。

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。

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24 h)，充电电流相当低，大小约为l5 A，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5~8 小时，甚至长达10至20多小时。

常规充电模式的优点为：

1)充电时间较长，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。

(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20 min～2 h，为其提供短时充电服务，一般充电电流为150—400 A。

快速充电模式的优点为：

1)充电时间短；

2)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％；

3)由于充电在短时间内(约为10～15 min)就能使电池储电量达到80％ 一90％ ，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；

2)电池使用寿命缩短；

3)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) 电池采用标准化组件，可以保证产业规模，避开技术壁垒；

2) 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；

3)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；

5) 所有换电站的配电容量不需要增容，并可充分利用太阳能和风能。

该模式关键要解决以下几个主要问题是：电池及相关配件的标准化；电动汽车充电技术的设计改进、充电站的建设和管理以及电池的流通管理等。

综上所述，以上各种充电模式各有特点，因此，在日常应用推广中，我们要结合实际情况，综合考虑、有机结合地进行选择和实施。达到实际的行驶要求。

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。目前部分电动汽车使用了磷酸铁锂电池与锰酸锂电池作为高能动力电池

其主要参数如下：

电池型号 磷酸铁锂电池 锰酸锂电池

单节电池 3.2V90AH 3.6V90AH

单节放电终止电压 2.8V 3.5V

单节充电终止电压 3.6V 4.5V

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。

2．6 谐波源的防治

电动汽车充电站属于谐波源负荷，会产生谐波电流注入公用电网，影响电网电能质量水平。因此建设汽车充换电站时需要考虑抑制和消除其谐波电流问题。

为此，建设汽车充换电站时要将谐波监测点作为充电设施接入点，按照国标GB/T14549-1993《电能质量 公用电网谐波》及GB/Z17625.6-2003《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》的规定进行设计。目前常采用有源滤波技术在低压母线集中补偿。

其补偿容量计算方法为：

式中，表示需要补偿的容量。为整体修正系数（一般选择0.5~0.8）。表示充电机可靠系数（一般取1.05~1.20）；表示充电机的充电效率；表示充电机在交流电源输入端产生的谐波电流含有率（取输出电压范围内的最大值）；表示单台充电机功率。

3.结束语

电动汽车充换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换电站规划对电动汽车的普及发展将起到不可替代的作用。

参考文獻

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［2］徐凡,俞国勤,顾临峰,张华. 电动汽车充电站布局规划浅析[J].华东电力,2009,(10):1678-1682

［3］4]麻友良,陈全世.我国电动汽车发展问题探讨[J].武汉科技大学学报(自然科学版),2002,(3):280-283.

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