1、第12章 动力电池充电基础设施12.1 充电机12.2 充电站12.1 充电机充电机是与交流电网连接，为动力电池等可充电的储能系统提供直流电能的设备。一般可由功率单元、控制单元、计量单元、充电接口、供电接口及人机交互界面等部分组成。实现充电、计量等功能，并扩展具有反接、过载、短路、过热等多重保护功能及延时起动、软起动、断电记忆自起动等功能。充电机技术涉及两个方面： 充电机的集成和控制技术，主要是通过研究充电过程对电池使用寿命、温度、安全性等方面的影响，选择合理的拓扑结构，采取合适的充电方式，实现充电过程的动态优化及智能化控制，从而实现最优充电； 充电监控技术，主要是规范充电机和充电站监控系统之
2、间的通信协议，实现对多台充电机状态和充电过程的实时监控，并达到和其他监控系统、运营收费系统通信的功能。12.1 充电机-充电机的类型（1）车载充电机车载充电机安装于电动车辆上，通过插头和电缆与交流插座连接。车载充电机的优点是在蓄电池需要充电的任何时候，只要有可用的供电插座，就可以进行充电。其缺点是受车上安装空间和重量限制，功率小。图12-1为电动轿车安装的3kW车载充电机。12.1 充电机-充电机的类型（2）非车载充电机非车载充电机一般安装于固定的地点，与交流输入电源连接，直流输出端与需要充电的电动汽车充电接口相连接。非车载充电机可以提供大功率电流输出，不受车辆安装空间的限制，可以满足电动车辆
3、大功率快速充电的要求。图12-2所示为电动轿车提供快速充电的50kW充电机。12.1 充电机-充电机的类型（3）传导式充电机和感应式充电机传导式充电机的供电部分与受电部分有着机械式的连接，即输出通过电力电缆直接连接到电动汽车充电接口上，电动汽车上不装备电力电子电路。这种充电器结构相对简单，容易实现，但操作人员不可避免地要接触到强电，所以容易发生危险。感应式充电机利用了电磁能量传递原理，电磁感应耦合方式向电动汽车传输电能，供电部分和受电部分之间没有直接的机械连接，两者的能量传递只是依靠电磁能量的转换，这种结构设计比较复杂，受电部分安装在电动车辆上，受到车辆安装空间的限制，因此功率受到一定的限制，
4、但由于不需要充电人员直接接触高压部件，安全性高。12.1 充电机-充电机的性能要求为实现安全、可靠、高效的动力电池组充电，充电机需要达到如下的基本性能要求。1）安全性。保证电动汽车充电时，操作人员的人身安全和蓄电池组充电安全。2）易用性。充电机要具有较高的智能性，不需要操作人员对充电过程进行过多的干预。3）经济性。充电机的成本降低，对降低整个电动汽车使用成本，提高运行效益，促进电动汽车的商业化推广有重要的作用。4）高效性。保证充电机在充电全功率范围内高效率，在长期的使用中可以节约大量的电能。提高充电机能量转换效率对电动汽车全寿命经济性有重要作用。5）对电网的低污染性。由于充电机是一种高度非线性
5、设备，在使用中会产生对电网及其他用电设备有害的谐波污染，需要采用相应的滤波措施降低充电过程对电网的污染。12.1 充电机-充电技术发展趋势1）快速化。2）通用性。 3）智能化。 4）集成化。 5）网络化。 12.2 充电站充电站（Charge Station）主要是指快速高效、经济安全地为各种电动车辆提供运行中所需电能的服务性基础设施。为提高车辆的使用率和使用方便性，除采用动力电池车载充电以外，还可采取电动汽车动力电池系统与备用电池系统更换的方案使电动汽车获得行驶必需的电能。12.2 充电站-主要功能与布局充电站的主要功能决定其总体布局。一般来说，一个功能完备的充电站由配电区、监控区、充电区、
6、更换电池区和电池维护区等五个基本部分组成，如图12-3所示。12.2 充电站-主要功能与布局（1）配电区 （2）充电区 （3）更换电池区 （4）电池维护区 （5）监控区监控区用于监控整个充电站的运行情况，包括充电参数监控、烟雾监控、配电监控等，并可以扩展具备车辆运行参数监控、场站安保监控等功能，并完成管理情况的报表打印等。各监控子系统可通过局域网和TCP/IP协议与中央监控室以及上一级的监控中心进行连接，实现数据汇总、统计、故障显示以及监控功能。充电站监控系统构架如图12-4所示，一般采用分级并行结构。12.2 充电站-主要功能与布局12.2 充电站-建设形式由于电动汽车可以采用整车充电和更换
7、电池的方式来进行电能补充，故充电站的建设形式较加油站有很大的灵活性。按建设和结构形式来划分，充电站可分为：一体式充换电站、子母式电池更换站、停车式整车充电站。（1）一体式充换电站一体式充换电站根据作业车间布局的相对位置可分为：地面一体式充换电站、地下一体式充换电站以及立体式充换电站等，如图12-5，图12-6和图12-7所示。该类充换电站以采用电池更换设备提供电池更换服务为主，也可提供少量整车应急充电服务。更换下的动力电池在站内实现电能补充。具有电动车辆能量补给速度快（一般在5min即可完成电池更换服务），服务能力强，自动化和专业化程度高，对电池性能要求较低，有利于增加电池寿命等优点，但也存在
8、建站灵活性较低，备用电池和充电设备造成建设成本高，成本回收周期长，配电容量较大等缺点。12.2 充电站-建设形式12-512.2 充电站-建设形式12-612.2 充电站-建设形式12-712.2 充电站-建设形式（2）子母式电池更换站）子母式电池更换站子母式电池更换站（图子母式电池更换站（图12-8）是指动力电池在母站集中充电，电池的更换作业在母站和）是指动力电池在母站集中充电，电池的更换作业在母站和各子站进行，通过配送体系将母站充满电的电池配送到各子站并将更换下的电池运送回各子站进行，通过配送体系将母站充满电的电池配送到各子站并将更换下的电池运送回母站集中充电，母站和子站也可提供少量应急充
9、电服务的充电站。母站集中充电，母站和子站也可提供少量应急充电服务的充电站。 12.2 充电站-建设形式（3）停车式整车充电站）停车式整车充电站停车式整车充电站（图停车式整车充电站（图12-9）是指为车辆提供整车常规充电和应急快速充电的充电站，）是指为车辆提供整车常规充电和应急快速充电的充电站，其本质就是一个配有一定数量充电机的停车场。其本质就是一个配有一定数量充电机的停车场。12.2 充电站-典型电动汽车充电站奥运电动汽车充电站总占地面积为奥运电动汽车充电站总占地面积为5000m2，建设面积约建设面积约2600m2。在奥运期间为。在奥运期间为50辆辆电动客车提供电动客车提供24h充电、动力电池
10、更换服务充电、动力电池更换服务以及相应的整车和电池维护保养服务。电以及相应的整车和电池维护保养服务。电动汽车充电站建设充分考虑了功能性、技动汽车充电站建设充分考虑了功能性、技术要求、经济效益和社会效益等多方面因术要求、经济效益和社会效益等多方面因素。充电站主体为一个封闭式充电间，主素。充电站主体为一个封闭式充电间，主要组成部分有配电站、充电车间、停车区、要组成部分有配电站、充电车间、停车区、办公区、车辆调度区，布置方式如图办公区、车辆调度区，布置方式如图12-10所示。所示。12.2 充电站-建设形式具体过程如图具体过程如图12-11所示。电动车辆进站停到指定位置后，手动或机械自动打开电池仓门，所示。电动车辆进站停到指定位置后，手动或机械自动打开电池仓门，更换设备通过激光定位，自动循迹找到电池箱位置更换设备通过激光定位，自动循迹找到电池箱位置
