电动汽车充电站

产生背景

在中国电动汽车充电站的发展是必然的，抢占先机也是企业的制胜之道。在目前的情况下，国家虽有大力倡导，各企业又蠢蠢欲动，但电动汽车走入寻常百姓家不是短期内容易做到的。国家政策可以给（购车补偿、上路等），而电动汽车充电站网则无法短期建，主要原因是给电动汽车快速充电需要瞬时强大的功率电力，常规电网无法满足，必须要建专用充电网络，这涉及整个国家电网改造，国家电网大改造不是小事，耗资巨大，从讨论、立项到成网，非一朝一夕能实现。

现在能较好的解决快速充电问题的方案是-换电站-利用给汽车更换电池的方法代替漫长的充电过程。一辆汽车需要配备两块电池，当一块电池用完后自动切换到另一块，此时可到换电站将用完的电池换下，装上满电的电池。而换下的电池由电站统一充电和维护，前提是充电站要有相当数量的备用电池。这个方法优点是快速，用户换完电池就可以上路，比加油都快。用这种方法再加上停车场充电桩等辅助手段，相信电动汽车的普及就近在眼前。

技术原理

充电业务模式是指电动汽车用户在汽车电能将要耗尽的时候选择到固定地点的充电站和充站桩为汽车的电池进行直接充电的模型。这是电动汽车充电站最先考虑的业务模式，在这种业务模式下，电动汽车用户通过在充电站/充电桩直接为汽车充电，即时消费电力产品并通过现场付费的模式支付费用，完成交易。

为此，建设相应的电动汽车充电计费系统，引入集中式的信息管理平台，是开展电动汽车充放电站建设工作的重要组成部分。

系统结构

充电站按照功能可以划分为四个子模块：配电系统、充电系统、电池调度系统、充电站监控系统。充电站给汽车充电一般分为三种方式：普通充电、快速充电、电池更换。普通充电多为交流充电，可以使用220V或380V的电压。快速充电多为直流充电。充电站主要设备包括充电机、充电桩、有源滤波装置、电能监控系统。

建设电动汽车充电计费系统，系统的实现由三部分组成，下面分别进行介绍：

1、建设充电计费系统管理平台，对系统涉及到的基础数据进行集中式管理，例如电动汽车信息、购电用户信息、资产信息等。

2、建设充电计费系统运营平台，用于对电动汽车的充放电及购电用户的充值进行运营管理。

3、建设充电计费系统查询平台，用于对管理平台及运营平台产生的相关数据进行综合查询

充电设备分类：

常规充电

① 典型常规充电站的规模

根据目前电动汽车常规充电的数据资料，一般以20~40辆电动汽车来配置一个充电站，这种配置是考虑充分利用晚间谷电进行充电，缺点是充电设备利用率低。在高峰时也考虑充电，则可以60~80辆电动来配制一个充电站，缺点是充电成本上升，增加高峰负荷。

② 充电站电力配套的典型配置（前提充电柜具有谐波等处理功能）

a方案：

建造配电站设计2路10KV电缆进线（配3*70mm电缆），2台500KVA变压器，24路380V出线。其中二路为快速充电专用出线（配 4*120mm电缆、50M长、4回路），二路为机械充电或备用出线，其余为常规充电出线（配4*70mm电缆、50M长、20回路）

b方案：

设计2路10KV电缆线（配3*70mm电缆），设置2台500KVA用户箱变，每台箱变配4路380V出线（配4*240mm电缆、20M长、8回路），每路出线设置一台4回路电缆分支箱向充电柜供电（配4*70mm电缆、50M长、24回路）。

快速充电

① 典型快速充电站的规模

根据目前电动汽车快速充电的数据资料，一般以同时向8辆电动汽车充电来配置一个充电站。

② 充电站电力配套的典型配置

a方案、建造配电站设计2路10KV电缆进线（配3*70mm电缆），2台500KVA变压器，10路380V出线（配4*120mm电缆、50M长、 10回路）。

b方案、设计2路10KV电缆线（配3*70mm电缆），设置2台500KVA用户箱变，每台箱变配4路380V出线，供充电站（配4*120mm电缆、 50M长、8回路）。

机械充电

①机械充电站的规模

小型机械充电站可以结合常规充电站建设同时考虑，可以根据需要选择更大容量的变压器。大型机械充电站一般以80~100组充电电池同时充电配置一个大型机械充电站，主要适用于出租车行业或电池租赁行业，一天不间断充可以完成对400组电池的充电。

② 充电站电力配套的典型配置（大型机械充电站）

配电站2路10KV电缆进线（配3*240mm电缆），2台1600KVA变压器， 10路380V出线（配4*240mm电缆、50M长、10回路）。

便携式充电

① 别墅

具备三相四线表计，独立的停车库，可以利用已有的住宅供电设施，从住宅配电箱专门放一路10mm2或16mm2的线路至车库的专用插座，来提供便携式充电电源。

② 一般住宅

具有固定的集中停车库，一般要求地下停车库（充电安全考虑），可以利用小区原有的供电配套设施进行改造，必须根据小区已有的负荷容量来考虑，包括谷电的负荷。具体方案应根据小区的供电设施、方案以及小区的建筑环境具体来确定。

充电方法

电动汽车蓄电池放电后，用直流电按与放电电流相反的方向通过蓄电池，使它恢复工作能力，这个过程称为蓄电池充电。蓄电池充电时，电池正极与电源正极相联，电池负极与电源负极相联，充电电源电压必须高于电池的总电动势。充电方式有恒电流充电和恒电压充电两种。

电动汽车充电技术充电方法的研究：

常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”：充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。

恒流充电法

恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。

阶段充电法

此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法

①二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。

②三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电方法使用，受到一定的限制。

恒压充电法

充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统。

这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。

快速充电法

①脉冲式充电法，这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率，而且能够提高电动汽车蓄电池充电接受率，从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新发展。

脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环，如图5所示。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率。

②2REFLEXTM快速充电法，这种技术是美国的一项专利技术，它主要面对的充电对象是镍镉电池。由于它采用了新型的充电方法，解决了镍镉电池的记忆效应，因此，大大降低了蓄电池的快速充电的时间。铅酸蓄电池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很大的不同，但它们之间可以相互借REFLEXTM充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲，反向瞬间放电脉冲，停充维持3个阶段。

③变电流间歇充电法，这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上，如图7所示。其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法，保证加大充电电流，获得绝大部分充电量。充电后期采用定电压充电段，获得过充电量，将电池恢复至完全充电态。通过间歇停充，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。

④变电压间歇充电法，在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法，如图8所示。与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。在每个恒电压充电阶段，由于是恒压充电，充电电流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。

⑤变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法，合脉冲充电法、ReflexTM快速充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优点，变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。脉冲充电法充电电路的控制一般有两种：

1）脉冲电流的幅值可变，而PWM（驱动充放电开关管）信号的频率是固定的；

2）脉冲电流幅值固定不变，PWM信号的频率可调。

脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定，PWM占空比可调，在此基础上加入间歇停充阶段，能够在较短的时间内充进更多的电量，提高蓄电池的充电接受能力。

电磁设施

电动汽车的电磁环境是指电动汽车在运行过程中，车上电子电器设备承受来自车内、车外各种各样的电磁干扰，以及电动汽车、电子设备向外界辐射的电磁干扰。车上的电子电器设备在这样的环境下应能维持正常工作，不发生性能下降甚至破坏等情况。由于电动汽车可以行使到各种地方，因此其电磁环境差异也很大。电动汽车电磁干扰大致可分为三类，即车载干扰源、自然干扰源和人为干扰源。

1、 车载干扰源

车载干扰源主要是指车上何种电子电器系统产生的电磁干扰。电动汽车电路中出现的各种瞬变电压，或者电路开断瞬间触点之间产生的电火花和电弧等，都可能影响车上敏感设备的正常工作。车载干扰源主要有驱动系统、动力电池、功率变换器、继电器、点辅助系统、开关、通信设备以及微处理器等电子设备。电压和电流的快速暂态都会产生辐射和噪声，距离这些设备较近的电子设备有可能产生故障，特别是电机驱动模块的快速整流、电机启动、高压辐射更会引起较高场强的传导及符合骚扰。

车载干扰源的电磁传播模式很复杂，它有传导干扰和辐射干扰两种形式。传导耦合要求在源于接受器之间有完整的电路连接，通常有3中耦合通路：公共电源、公共回路和导线间的近场耦合，前两种都属于传导耦合。

一般情况下，在电动汽车系统的辐射干扰中，共模高频干涉占据着主导地位，而其他频段干扰较小。驱动系统开关元件动作引起的噪声通过共模和差模回路进行传播，蓄电池和变换器相连的直流母线或电缆记忆连接交流电机和变换器的交流电缆中流过较大的瞬变电流，电流流动时可通过长导线向外发动辐射或通过串扰对相邻导线进行干扰。由于电动汽车空间及结构的原因，电动汽车高压导线和抵押控制线不可避免地会出现耦合和串扰。

2、 自然干扰

自然干扰源是由于自然现象引起的电磁干扰。比较典型的自然界电磁现象产生的电磁噪声有大气噪声、太阳噪声、宇宙噪声以及静电放电等。大多数情况下，这种电磁噪声非常复杂，并且对电动汽车的干扰影响可以忽略。但是，闪电和静电放电可能会产生很大的瞬变场强。闪电式一个非常复杂的过程，其电流超过10kA，上升时间不到1 微秒。电动汽车上的直接点击很少，但是闪电引起的场强很大，在200m处事100Kv/m在175 km处是4V/m。乘客和座椅之间的摩擦以及电动汽车车身在行驶过程中与空气的摩擦都与积累行程静电，高压静电在放电时会影响电子设备的工作，甚至造成永久性破坏。

3、 人为干扰源

人为干扰源是指由电动汽车外部人工装置产生的电磁干扰，主要有其他车辆的辐射干扰，车外的雷达、无线电台发射机、移动通信设备等发射的电磁波干扰，以及高压输电线的电晕放电等。

技术标准

将在航天桥、马家楼、小营、四惠等地开建的电动汽车充电站有了技术依据。昨日，市质监局发布《电动汽车电能供给与保障技术规范充电站》标准化指导性技术文件，规定了本市充电站的分级、功能、构成、技术要求以及选址要求。

该标准根据动力蓄电池存储能量、充电服务能力将充电站分为四级。其中一级充电站的蓄电池存储能量不小于6800千瓦时，或单路配电容量不小于5000千伏安，每天可以为200台次以上大中型商用车，或500台次以上乘用车提供电池更换或充电服务。而四级充电站的蓄电池存储能量小于1700千瓦时，或单路配电容量小于1000千伏安，每天可以为40台次以下大中型商用车，或100台次以下乘用车提供电池更换或充电服务。

根据节约用地的原则和电动汽车的使用特点，标准提出充电站宜与现有公共服务设施合建，合建后不应影响原有设施的安全与使用功能。根据交通影响评价，城区内充电站宜靠近城市道路，但不宜设置在城市干道的交叉路口和交通繁忙路段附近。其中，公交用电动汽车充电站宜设置在公交场站内，其它专用电动汽车充电站设置在相应的停靠站内。充电站不应设在有剧烈振动、高温、地势低洼和可能积水的场所。当充电站紧邻多尘或有腐蚀性气体的场所时，应设置在最小频率风向的下风向。

充电站充电机附近应设防撞柱(栏)，其高度不低于0.8米。充电机的充电连接器放置处应有明显的文字标识和警示标识。充电站要在醒目位置张贴安全警告标识、消防安全标志和图像采集区域标志，并设置火灾自动报警装置。充电区、电池存储区等场所还要设置可燃气体报警系统。与加油加气站共建的充电站，电池充电设备、电池更换设施与危险性设备爆炸危险区域边界线、柴油设备外缘的距离均不得小于3米。

此外，该标准还对充电站的行车道和停车位作了规定。充电站的入口和出口应分开设置，从入口到出口至少有2条车道。充电站内车道宽度不小于4米，站内的道路转弯半径不宜小于9米。充电区、电池存储区和更换区不得采用沥青路面。

发展情况

修建充电站和小型充电桩等设施，也可以把现有一些分布过密的加油站改建成充电站。这种充电站外形类似加油站，但投资成本仅为普通加油站的10%，并且安全要求比加油站低。

日本

在日本，与各汽车厂商产生密切伙伴关系的是日本最大电力公司东电。不久前，它成功开发大型快速充电器，使得充电时间大大缩短，进一步提高了日本普及使用电动车的可能性。东电指出，每10分钟完整充电，所能行驶的路程是60公里。为了方便驾驶人上街时也能充电，就必须通过一项大型的基础设备建设工程来推动。与此同时，东电也宣布基于“环保”、“经济”等考虑，将引进3000辆电动车作为营业、服务用途。　　每设立一个充电器所需费用是400万日元。该公司准备在日本的超市停车场、便利店及邮政局等公共场所内陆续建设充电器设备。使得人们在下车购物，办事时就可让汽车补充电源。日本汽车业界认为，电动车适合都市型驾驶，预计只要充电基础设备齐全，很快就会被一般消费者接受。

欧洲

法国资助电动汽车及其零部件长期创新，以法国电力公司为主导电力公司每年编制1.1亿以上法郎预算(占该公司营业收入0.05%)，投入电池、充电器的研发，在巴黎设有几百个充电器，凡重要停车场都设有充电器，配置电动汽车充电的专用插头。　　德国也规划在5年内免除电动汽车税及重量税；企业研制电动汽车可享受5年免税大部分充电站(68%)完全免费，少部分收取充电费或停车费。

中国

2009年4月，日产汽车与中国工信部建成合作关系。日产汽车将为工信部提供电动汽车发展的相关信息，制定包括电池充电网络建立和维护、促进电动汽车大规模使用的综合规划。武汉将成为日产汽车在国内推行其零排放汽车计划的首个试点，今后武汉必须沿用日产的标准，这将确立日产在电动车竞争中的主导地位。　　2009年7月14日据深圳传来的消息，未来该市可能会采购比亚迪30辆双模电动车作为出租车。根据此前比亚迪的介绍，这款F3双模电动车的百公里耗电为16度，大约为9元。比亚迪一位负责人士表示，比亚迪已经在深圳建设一批充电桩来解决电动车充电难题，但是范围只限于深圳主城区附近。　　安徽省地方性政策也指出，未来城市新增公交车和出租车一律购买安徽省产混合动力汽车和纯电动汽车，对符合机动车运行安全技术条件的新能源汽车实行登记管理，减免新能源汽车的各种税费，对电动汽车充电站建设用地和配套资金给予支持。　　目前，国家电网公司已经发文，明确支持在上海、北京、天津等大城市加快电动汽车充电站建设。在几大城市的首批充电站建成后，将成为‘示范运行’的纯电动汽车补充电力的基站。而要在全国范围内大规模建设电动汽车充电站网络，则尚需国家发改委等政府部门的批准。

一、纯电动汽车距离大规模推广还有距离　纯电动汽车还有许多技术难题有待解决。　首先，是纯电动汽车的续航里程。专家认为：众泰汽车的最高车速和百公里耗电量都是可性的，不过300公里的续航里程，可能只是理论计算或者以30-40公里/小时的车速匀速行驶时达到的指标，在实际工况中，纯电动车很难达到300公里的续航里程。而短距离的续航里程给许多车主带来很多不便，极大地限制了纯电动汽车的推广。　其次，纯电动汽车的充电也是一个问题。目前纯电动汽车充电时间一般需要7-8小时。虽然有的蓄电池可以实现短时间内充电，不过这极大地缩短了电池的使用寿命。而如此漫长的充电时间也成为也会阻碍电动车被大众接受。而国内配套的基础设施还很欠缺。如果要推广纯电动汽车，就需要大量的充电站，如同现在的加油站一样能使汽车方便地充电。　最后，目前电池的寿命、成本也是产业化的一个阻碍。

二、目前公交车是纯电动汽车发展的一个方向

由于公交车线路固定、管理统一、车速不高的特点，使其成为纯电动汽车推广的一个很好的平台。　一方面，公交车线路固定，这样就可以控制公交车的行驶里程在蓄电池的续航里程内。而公交车又能统一管理，可以在晚上集中给公交车充电。这样可以解决纯电动车续航里程和充电不便的问题。　另一方面，由于公交车的车速不高，蓄电池的性能可以满足其动力性的要求。　同时，像短途固定的出租车也可以成为纯电动汽车推广的对象。

三、电动车发展的前景

纯电动汽车具有不少优点。由于纯电动比传统汽车环保，而且纯电动汽车的控制其实比混合动力汽车要简单。混合动力汽车一方面需要控制发动机，另一方面需要控制电池、电机，并且使电机和发动机的工作很好地匹配，技术难度很高，相比之下，纯电动汽车需要的电机转矩、功率控制要简单些，同时电机的响应速度也更快。　目前主要要解决的还是电池的问题，要提高电池的寿命、提高续航里程同时降低成本。电池的管理和报废回收也是要考虑的。　同济大学教授建议未来可以让车主在充电站通过换一个蓄电池的方式进行电能的补充，这样车主不需要等待充电的时间，方便快捷，而充电站也实现蓄电池的统一充电和管理，对提高电池寿命和方便旧电池的回收都是一个很好的解决方案。　随着电池的性能进一步提高以及配套设施和管理方案的完善，纯电动汽车还是有很广阔的发展前景。

建设状况

2014年6月27日《北京市电动汽车推广应用行动计划(2014－2017年)》27日在京发布。按照计划，北京将加快公共场所快速充电桩建设，到2017年全市将有10000个快速充电桩亮相公共停车场等场所。

北京计划建设的10000个电动汽车快速充电桩将主要集中在社会公共停车场、交通枢纽停车场(含P+R)、大型商超停车场、高速公路服务区、电动汽车专业营销(4S)店、具备条件的加油站等地，为电动汽车出行提供便利。