1、电动汽车充电系统电动汽车充电系统 随着我国经济社会发展水平不断提高，汽车保有量持续攀升。大力发展电动汽车，能够加快燃油替代，减少汽车尾气排放，对保障能源安全、促进节能减排、防治大气污染、推动我国从汽车大国迈向汽车强国具有重要意义。充电基础设施主要包括各类集中式充换电站和分散式充电桩,完善的充电基础设施体系是电动汽车普及的重要保障。进一步大力推进充电基础设施建设,是当前加快电动汽车推广应用的紧迫任务，也是推进能源消费革命的一项重要战略举措。国家政策：国家政策：电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见.关于印发
2、西安市新能源汽车充电基础设施建设实施方案(20142015年)的通知地方政策：地方政策：一、政策法规一、政策法规u 截至2014年底,全国共建成充换电站780座，交直流充电桩3.1万个，为超过12万辆电动汽车提供充换电服务。u 2015年到2020年需要新建公交车充换电站3848座，出租车充换电站2462座，环卫、物流等专用车充电站2438座，公务车与私家车用户专用充电桩430万个，城市公共充电站2397座，分散式公共充电桩50万个，城际快充站842座。电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）指出：其它政策大力度支持：u 新建住宅配建停车位应100%建设充电设施或预留建设安装条件；u
3、 大型公共建筑物配建停车场、社会公共停车场建设充电设施的车位比例不低于10%；u 每2000辆电动汽车至少配套建设一座公共充电站；u 可将单位配建充电设施情况纳入节能减排考核奖励范围；u 电网企业不得收取接网费用；u 个人在自有停车库、停车位，各居住区、单位在既有停车位安装充电设施的，无需办理建设用地规划许可证、建设工程规划许可证和施工许可证；u 对向电网经营企业直接报装接电的经营性集中式充换电设施用电，执行大工业用电价格，2020年前暂免收取基本电费；u 鼓励设立充电基础设施发展专项基金，发行充电基础设施企业债券；u 探索利用基本养老保险基金投资支持充电基础设施建设；u 到2020年，基本建
4、成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系，满足超过500万辆电动汽车的充电需求。二、现状及发展二、现状及发展目前，国内专业生产充电桩的公司有奥特迅、中恒电气、上海普天、科陆电子、国电南瑞、许继电气、万马电缆、动力源等。截至2014年底,全国共建成充换电站780座，交直流充电桩3.1万个，为超过12万辆电动汽车提供充换电服务。根据电动汽车充电基础设施建设规划草案可知，我国到2020年充换电站数量需达到1.2万个，充电桩达到450万个；电动汽车与充电设施的比例接近标配的1:1。前瞻产业研究院发布的2015-2020年中国电动汽车充电站行业市场前瞻与投资战略规划分析报告指出，在此要求下，预计
5、未来六年国内新能源汽车充电桩(站)的直接市场规模有望达到1260亿元；充电桩(站)产业年利润可达18-27亿元。如果未来充电设施的年建设规模达到千亿元，预计充电桩(站)产业年利润可达70-100亿元。三、电动汽车充电系统三、电动汽车充电系统u中心管理和数据库层：用于和网络运营商中心管理和数据库层：用于和网络运营商的手机支付平台和用户进行收发短信的功的手机支付平台和用户进行收发短信的功能；并通过下级中间管理层和远程充电桩能；并通过下级中间管理层和远程充电桩进行通信；充电结束，结算充电金额，进行通信；充电结束，结算充电金额， 并并保存数据。保存数据。u中间管理层：用于管理、监测和控制本站中间管理层
6、：用于管理、监测和控制本站的充电桩的状态及运行过程，接收发中心的充电桩的状态及运行过程，接收发中心管理和数据库层的指令并反馈充电桩状态管理和数据库层的指令并反馈充电桩状态和数据，还具有打印票据的功能。和数据，还具有打印票据的功能。u终端充电设施：用于执终端充电设施：用于执行充电任务，监控充电行充电任务，监控充电参数，保护系统安全；参数，保护系统安全；并通过中间管理层向中并通过中间管理层向中心管理和数据库层进行心管理和数据库层进行数据的交换。数据的交换。四、电动汽车充电设施四、电动汽车充电设施狭义：充电设施是为电动汽车提供电能的补给装置；充电设狭义：充电设施是为电动汽车提供电能的补给装置；充电设
7、施直接接入电网，是电网的一部分。施直接接入电网，是电网的一部分。广义：充电设施是为保证电动汽车和电网安全、可靠、经济广义：充电设施是为保证电动汽车和电网安全、可靠、经济地提供电能的充电系统。以充电装置为载体实现电动汽车与地提供电能的充电系统。以充电装置为载体实现电动汽车与电网的互动。包括充电设备、充电站、电网以及延伸的土地、电网的互动。包括充电设备、充电站、电网以及延伸的土地、运营、电价、营业模式等庞大系统工程。运营、电价、营业模式等庞大系统工程。 电动汽车充电设施分类电动汽车充电设施分类 传导式：通过充电电缆连接传导式：通过充电电缆连接 感应式：无线充电模式感应式：无线充电模式 更换电池式：
8、快速更换电池更换电池式：快速更换电池u 传导式充电传导式充电u 概念：以电缆为传输介质，通过概念：以电缆为传输介质，通过电缆和插头连接，进行直接的电电缆和插头连接，进行直接的电能传输。能传输。u 优点：成本低，传输效率高；优点：成本低，传输效率高；u 缺点：需要人工操作，连接部缺点：需要人工操作，连接部分为易分为易 损部件。损部件。u 关键技术要点：关键技术要点：u 单相交流：单相交流：22016(32)A；u 三相交流：三相交流：38032(63)A；u 直流充电：直流充电：0-7000几百几百A；u 感应式充电感应式充电u 概念：又称非接触式充电，基于概念：又称非接触式充电，基于电磁感应原
9、理的空间范围内的电电磁感应原理的空间范围内的电能无线传输技术。能无线传输技术。u 优点：使用方便、安全程度高、优点：使用方便、安全程度高、减少人工操作、提高与电网连接减少人工操作、提高与电网连接率有利于未来与电网互动的互联率有利于未来与电网互动的互联要求；要求；u 缺点：成本较高，技术尚未完缺点：成本较高，技术尚未完全成熟。全成熟。u 关键技术要点：关键技术要点： 感应式感应式 ，共振式，共振式u u 更换电池充电更换电池充电u 概念：通过全自动或半自动机械概念：通过全自动或半自动机械设备，进行快速电池更换；设备，进行快速电池更换；u 优点：能源补给时间短、有利于优点：能源补给时间短、有利于合
10、理安排充电功率、减小冲击负合理安排充电功率、减小冲击负荷；荷；u 缺点：成本高、标准化要求高。缺点：成本高、标准化要求高。u 关键技术要点：关键技术要点：u 快速测量和定位技术；快速测量和定位技术；u 车辆姿态识别和自动定位技术；车辆姿态识别和自动定位技术；u 自动运行和控制技术；自动运行和控制技术；u 安全防护技术；安全防护技术； u 传导式充电传导式充电u 直流充电桩直流充电桩u 俗称俗称“快充快充”，固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，可以为非车载电动，固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，可以为非车载电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置。汽车动力电池提供直流电源的供电装置。u 交流
11、充电桩交流充电桩u 俗称俗称“慢充慢充”，固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，为电动汽车车载充，固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，为电动汽车车载充电机（即固定安装在电动汽车上的充电机）电机（即固定安装在电动汽车上的充电机）u 简单来说，交流充电桩需要借助车载充电机来充电，直流快速充电桩不需要这简单来说，交流充电桩需要借助车载充电机来充电，直流快速充电桩不需要这个设备。二者在充电速度上差别较大，一辆纯电动汽车（普通电池容量）完全个设备。二者在充电速度上差别较大，一辆纯电动汽车（普通电池容量）完全放电后通过交流充电桩充满需要放电后通过交流充电桩充满需要8个小时，而通过直流快速充电桩仅需要个小
12、时，而通过直流快速充电桩仅需要2到到3个小时。交流充电桩给电动汽车的充电机提供电力输入，由于车载充电机的功个小时。交流充电桩给电动汽车的充电机提供电力输入，由于车载充电机的功率并不大，所以不能实现快速充电。直流充电桩可以提供足够的功率，输出的率并不大，所以不能实现快速充电。直流充电桩可以提供足够的功率，输出的电压和电流调整范围大，可以实现快充的要求。电压和电流调整范围大，可以实现快充的要求。p 直流充电桩原理直流充电桩原理 整流滤波：三相整流滤波：三相 380V 交流电源经过整流滤波变成直流输入电压，供给交流电源经过整流滤波变成直流输入电压，供给 桥。单片机通过驱动电路使功率开关工作桥。单片机
13、通过驱动电路使功率开关工作把直流输入电压转换成脉宽调制的交流电压，然后由高频变压器变压隔离，最后通过输出整流滤波得到直流，进把直流输入电压转换成脉宽调制的交流电压，然后由高频变压器变压隔离，最后通过输出整流滤波得到直流，进而对铅酸蓄电池充电。而对铅酸蓄电池充电。 保护电路：可控的电流电压反馈回路改变充电电流和充电电压，通过检测电池的端电压，充电电流以提供单片机保护电路：可控的电流电压反馈回路改变充电电流和充电电压，通过检测电池的端电压，充电电流以提供单片机进行决策。放电电路在充电电压较高时工作，以提高电池的接受能力。辅助电路提供器件工作电源，而保护电路进行决策。放电电路在充电电压较高时工作，以
14、提高电池的接受能力。辅助电路提供器件工作电源，而保护电路（过流、过压、过温）可以保证系统安全、可靠工作。（过流、过压、过温）可以保证系统安全、可靠工作。 数据显示：通过单片机来显示电量、时间等数据。数据显示：通过单片机来显示电量、时间等数据。直流充电桩主要有整流电路、保护电路、数据显示电路组成，其电气图如下所示：示例：国家电网的直流充电桩示例：国家电网的直流充电桩分体式一体式分体式直流充电机是用于电动大巴车快速充电的电源装置，充电柜安装在户内，充电桩安装在户外。一体式直流充电机是充电柜和充电桩在一体，安放于户外。p 交流充电桩交流充电桩系统由触摸屏、打印机、485接口的电能表、漏电保护断路器、
15、交流接触器、读卡器和灯等基本部分组成，其电气原理图如下：触摸屏可以提供友好的人机操作界面和快捷简单的操作方式，可以显示当前充电状态、充电电量和充电费用；当采集的电压超过过压保护定值或低于欠压保护定值，充电桩停止充电；漏电保护断路器可保证在充电过程中发生漏电等紧急故障情况下停止充电；供电设备插头与插座连接后，通过供电控制装置与电动汽车控制装置的检测，从而使得开关S1和S2闭合，实现充电。典型的交流充电桩控制导引电路如图下：交流充电桩需要借助车载充电机来充电，因此减少了交流变直流部分，也使得交流充电机变得更容易安装。车载充电机的功率不大，所以不能实现快速充电。常见交流充电桩有壁挂式、落地式等如下图
16、所示：u 感应式充电感应式充电u 电磁感应式无线充电：电磁感应电磁感应式无线充电：电磁感应初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。应在次级线圈钟产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。u 磁场共振式：由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同磁场共振式：由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。p 电磁感应式充电应用实例电磁感应式充电应用实例p
17、 日产魔方电动车：采用了可在受电线圈和供日产魔方电动车：采用了可在受电线圈和供电线圈之间提供电力的供电方式。即将一个电线圈之间提供电力的供电方式。即将一个受电线圈安装在汽车的地盘上，另一个供电受电线圈安装在汽车的地盘上，另一个供电线圈安装在地面上。当电动车行驶在供电线线圈安装在地面上。当电动车行驶在供电线圈上方，受电线圈就可接受到供电线圈的电圈上方，受电线圈就可接受到供电线圈的电流。流。p 日本无线充电式混合动力巴士：电磁感应式，日本无线充电式混合动力巴士：电磁感应式，供电线圈是埋入充电台的混凝土中的。车开供电线圈是埋入充电台的混凝土中的。车开上充电台后，当车载线圈对准供电线圈后上充电台后，当
18、车载线圈对准供电线圈后（重合），车内的仪表板上有一个指示灯会（重合），车内的仪表板上有一个指示灯会亮，司机按一下充电按钮，就开始充电。亮，司机按一下充电按钮，就开始充电。五、充电设施与电网五、充电设施与电网目前充电设备主要以传导式充电和快速更换电池为主，快速更换电池实际上也是利用传导式充电技术给蓄电池充电。传导式充电分为交流慢充和直流快充，目前这两种技术比较成熟，国家也出台了相关标准，但无论哪种充电方式现在面临的问题都是电动汽车对电网造成的影响。也就是说怎么解决电动汽车充电对电网造成的影响是一个技术难点。电动汽车对电网的影响主要包括两大方面：对电网负荷产生影响；对电能质量产生影响。u电动汽车对
19、电网的影响电动汽车对电网的影响六、电动充电设施标准六、电动充电设施标准电动汽车标委电动汽车标委TC114/SC27共有委员32人，来自电动汽车整车企业、动力蓄电池企业、电机企业、电动摩托车企业、检测机构、高校和研究所。整车标准整车标准关键部件标准关键部件标准基础设施标准基础设施标准电电动动汽汽车车相相关关标标准准u 重要标准重要标准l 充电接口及通讯协议标准：根据我国国情指定的充电接口及通讯协议标准充电接口及通讯协议标准：根据我国国情指定的充电接口及通讯协议标准已于已于2011年发布，年发布，2012年年3月实施。月实施。l 充电设施关键标准：电动汽车交流充电桩、直流充电桩、车载传导式充电充电
20、设施关键标准：电动汽车交流充电桩、直流充电桩、车载传导式充电机已于机已于2010年发布，电动汽车充电设备检验试验规范系列年发布，电动汽车充电设备检验试验规范系列 33008与与2013年年发布。发布。l 充电站建设标准：为统一规范充电站建设，启动了充电站设计、建设、施充电站建设标准：为统一规范充电站建设，启动了充电站设计、建设、施工及验收等标准的编制。工及验收等标准的编制。l 换电池标准：逐步建立换电标准体系。换电池标准：逐步建立换电标准体系。l 电动汽车电池更换站通用技术要求电动汽车电池更换站通用技术要求l 电动汽车电池更换用电池箱电联接器通用技术要求电动汽车电池更换用电池箱电联接器通用技术
21、要求l 电动汽车快速更换电池箱通用要求电动汽车快速更换电池箱通用要求l 计量及其它运营维护标准计量及其它运营维护标准七、万方能做些什么？七、万方能做些什么？目前以及以后一段时间，电动汽车充电设施主要以直流快速充电桩和交流慢速充电桩为主。传导式充电技术也较为成熟，发展迅速。目前充电桩上市公司主要有奥特迅、上海普天、动力源、国电南瑞、许继电气、思源电气、森源电气、科陆电子等。万方强项：万方主要从事汽车零部件尤其是机械方面的加工、组装等。万方弱项：万方电器产品研发还处于成长期，目前研发充电桩有一定的难度。 但是从长远来看，可以和本地充电桩研制企业进行技术、组装合作，给陕汽新能源车供货，逐渐增强自己的
22、研发实力后可进行独立研发。八、发展展望八、发展展望电动汽车未来将逐渐由政府主导的公用车辆（公交、出租、环卫等）逐渐向私人乘用车辆发展。充电设施也将逐渐由快充和换电池逐渐向慢充为主、快充为辅的模式发展。u 技术层面技术层面l 大功率充电：针对目前公用车辆的大量使用，大功率充电将存在一定的需求，在合理规划的前提上发展部分大功率充电，同时需要注意其抵赖的安全性及对配电网可能带来的冲击问题；l 无线充电：将着重提高电能传导效率、降低设备和建设成本，提高标准化程度、保证安全性；l 车对车充：V2V主要应用于应急充电和应急电源；l V2G、微网：电网互动、分散储能、分布式电源。未来最终的方向将逐步走向以无线、有线慢充和辅助大功率充电的技术路线。未来最终的方向将逐步走向以无线、有线慢充和辅助大功率充电的技术路线。
