佛山公交充电站充电设施现状及充电功率选择原则分析

2018-02-19何德卫

机电信息 2018年18期

关键词：电池容量充电站公交车

何德卫

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东佛山528000）

1 佛山市公交站场及充电设施现状

截至2017年10月，佛山市共建成公交车充电站62座，其中禅城区5座，南海区16座，顺德区33座，高明区5座，三水区3座。

2 公交充电站充电设施功率选择原则

2.1 公交车充电桩功率选择的原则

（1）根据充电站的停车位和充电车辆数量及公交线路的运营方案配置充电桩数量。

（2）根据运营车辆的快充慢补时间需求、电池BMS系统充电功率限制等选择充电桩的功率。

（3）根据电动汽车、电池技术发展趋势适当超前配置大功率充电桩，建议使用柔性充电堆技术。

2.2 公交车充电桩功率选择的依据

根据佛山市现运行的电动公交车技术参数，纯电动公交车的车长在8.4～8.6 m之间，电池容量在78～185 kW·h之间，续航里程在77～282 km之间。插电式混合动力公交车的车长基本为10.5 m，电池容量在13～27 kW·h之间，续航里程在14～60 km之间。

2.2.1 电动公交车充电的特点

目前电动公交车根据充电快慢可分为快充车和慢充车两种。

（1）快充车（充电倍率≥3C）：电池容量较小（一般低于100 kW·h），车身配置两个直流充电接口，可实现两支充电枪同时充电。由于电池容量较小，运营过程中线路往返一次消耗的电量占比大，因此需在充电站场利用每次发车间隔进行快速补电，以达到下一次发车的运营电量需求。快充车要求采用快补模式，即晚上在停保场充满电，白天在公交首末站、枢纽站利用发车换班间隔进行快速补电。

（2）慢充车（充电倍率＜3C）：电池容量较大（一般大于100 kW·h），车身配置一个直流充电接口，单枪单充。由于电池容量较大，运营过程中线路往返一次消耗的电量占比小，因此不需要在每次的发车间隔进行快速补电，一般一天补电2～3次即可满足运营需求。慢充车可采用快充慢补模式，即晚上在停保场充满电，白天在公交首末站、枢纽站适当地利用某些发车换班间隔进行快速补电。

根据电动汽车电池的特点，为避免深充深放的充放电模式对电池寿命的影响，电动汽车日常行驶过程中，当电池电量下降至30%时，就需要进行补电；当利用大功率的充电桩快速补电至电池容量的80%时，电动汽车的BMS系统出于对电池的保护，将主动限制充电桩输入电池的功率，所以想要充满电池剩下的20%的电量所需时间会比较长。现把快充的时间段定义为把电池容量从30%充至80%所需的时间，即补电量为50%所需的时间；慢充的时间定义为把电池容量从30%充至100%所需的时间，即补电量为70%所需的时间。

2.2.2 快充模式下充电桩的功率选择

快充一般为白天在公交首末站或枢纽站利用大功率充电桩进行快速补电，根据佛山市电动公交车运营需求，快充模式下充电桩功率需满足充电10 min（1/6 h）达到运营需求：6～7 m车运营25 km（补电19 kW·h），8～9 m车运营30 km（补电23 kW·h），10～11 m车运营40 km（补电30 kW·h）。

由公式Q（充电量）=P（充电桩功率）×t（充电时间，已含充电启停及校准等准备时间），推算出充电桩功率P=Q/t=Q/（1/6 h），可实现在发车间隔内至少补充线路来回一趟消耗的电量。

结合电动汽车非车载充电机（直流充电桩，也叫快充桩）技术规范和电池性能，方便日后运维（方便框架采购，也为了减少充电桩及其备品备件的种类），现推荐电动公交车的快充桩功率选择120 kW、150 kW、180 kW（一桩一枪）或240 kW、300 kW、360 kW（一机双枪，每支充电枪各分配一半功率）。直流充电桩选择分体结构型式，采用高频开关整流模式，成套配置有源功率因数校正技术，充电站原则上不单独设置无功补偿及滤波装置。

2.2.3 慢充模式下充电桩的功率选择

慢充模式一般为晚上电动公交车停靠在公交车停保场，利用固定停车位配置的充电桩进行充电，补电过程有充足的时间，考虑到公交充电站采用大工业用电性质，为降低运营成本，选择谷电时间段（00：00—08：00，共8 h）进行充电。根据目前佛山市的电动公交车技术参数，电池容量在78～185 kW·h之间。

由公式Q（充电量）=P（充电桩功率）×t（充电时间，已含充电启停及校准等准备时间），推算出P=Q/t=（78～185）/8=（10～24）kW，即在充裕的充电时间条件下，充电桩功率大于24 kW即可（电动公交车回场时的电池电量一般不会低于30%）。考虑未来技术进步，电池容量会进一步提升，根据适当超前的原则，晚上慢充模式下的充电桩功率可选择30 kW、45 kW（一桩一枪）或60 kW、90 kW（一桩双枪）。为降低晚上电动汽车移位排队停车充电的运营人力成本，建议在公交停保场根据场地的停车位数量和车辆数量，按照桩车比1:1进行充电桩的配置。

2.3 柔性充电技术

目前市场上直流充电桩型式分为三大类：一体式充电桩、分体式充电桩、矩阵式柔性充电堆。

2.3.1 传统一体式或分体式充电桩

传统固定功率的充电桩，分为一体式和分体式，多为一机双枪。分体式充电桩多应用于功率较大的桩机，整流模块分离机体，集中存放，较一体式桩机更便于设备散热和日后功率增容。对于拥有单个充电口的公交车，可一个充电桩对两辆车同时进行充电；对于拥有双充电口的快充公交车，可双枪同时对一车进行充电。

目前充电设施大部分为固定功率充电桩，其结构和使用操作简单。但只能按照最大供电功率的电动汽车进行配置，设备投资比较大，受车辆数量限制，夜晚充电时需要人工对车辆进行移位充电调度。充电功率较小的汽车充电，剩余功率浪费，系统运营能效比降低，利用率低。需要给后期更大功率的汽车充电时，需要购买新的充电桩，升级改造费用高。

2.3.2 矩阵式柔性充电堆

矩阵式柔性充电堆是将电动汽车充电站内全部或部分智能充电模块及监控系统集成在一起，利用计算机控制技术对智能充电模块进行集中控制及动态分配，为电动汽车动力电池提供电能。其优势在于采用矩阵开关，可根据车辆充电需求及相应充电策略，实现充电功率的共享，按需分配，一位一端，无需移车，具有兼容社会车辆充电的特点。

为适应车型多、升级易的电动车充电需求，避免充电桩不能适应电池技术的发展，而导致无法对电动汽车充电，柔性充电堆作为新一代充电设施，将朝着具备高兼容性和扩展性发展，建议在新建的公交车充电站尝试采用柔性充电堆技术。