知其然知其所以然 了解电动车充电模式

随着现代高新技术的发展和当今世界环境污染与能源紧缺压力的加大，节约能源、少污染和无污染的“绿色”汽车已成为全球关注的热点。电动汽车的发展可以改善城市大气环境质量.电动汽车是零排放或超低排放车辆，是解决机动车排放的根本性措施，它的开发和推广应用，为从根本上改善城市大气环境质量提供了一条有效的途径.另外，可以调整我国能源利用结构.汽车是我国相对短缺的石油资源的主要消耗者之一，发展电动汽车，可以平衡利用多种形式的能源资源，较大幅度地提高能源利用效率，对于调整我国的能源使用结构，保障未来国家的能源安全具有十分重要的作用.后，发展电动汽车可以带动汽车工业实现跨越式发展。

电动汽车充电站是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。建设电动汽车充电站是电动汽车产业推广的前提和基石，在拓展电力市场需求的同时，完善高效的能源供给网络是电动汽车广泛应用的必要条件之一。电动汽车的充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。

1 电动汽车充电模式比较研究

根据电动汽车动力电池组的技术和使用特性，电动汽车的充电模式存在一定的差别。对于充电方案的选择，现今普遍存在常规充电、快速充电和电池组快速更换系统3种模式。

1.1 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24h)，充电电流相当低，大小约为15A，这种充电叫做常规充电(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5~8h，甚至10~20h。

(1)优缺点分析

常规充电模式的优点为：尽管充电时间较长，但因为所用功率和电流的额定值并不关键，因此充电器和安装成本比较低；可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本；可提高充电效率和延长电池的使用寿命。常规充电模式的主要缺点为充电时间过长，当车辆有紧急运行需求时难以满足。

(2)适用范围

设计电动汽车的续驶里程尽可能大，需满足车辆一天运营需要仅仅利用晚间停运时间充电由于常规充电以相当低的电流为蓄电池充电，因此在家里、停车场和公共充电站都可以进行；常规充电站一般规模较大，以便能够同时为多辆电动汽车进行充电。

1.2　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。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20min~2h内，为其提供短时充电服务，一般充电电流为150~400A。

(1)优缺点分析

快速充电模式的优点为：充电时间短；充电电池寿命长(可充电2000次以上)；没有记忆性，可以大容量充电及放电，在几min内就可充70%~80%的电；由于充电在短时间内(约为10~15min)就能使电池储电量达到80%~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。缺点在于：充电器充电效率较低，且相应的工作和安装成本较高；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。

(2)适用范围

电动汽车续驶里程适中，即在车辆运行的间隙进行快速补充电，来满足运营需要；由于相应的大电流需求可能会对公用电网产生有害的影响，因而快速充电模式只适用于专用的充电站。

1.3　机械充电

机械充电即电池组快速更换系统，是通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。由于电池组重量较大，更换电池的专业化要求较强，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。

(1)优缺点

采用这种模式，具有如下优点：

1)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；

2)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；

3)从另一个侧面来看，也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)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。这种模式应用面临的几个主要问题是：电池与电动汽车的标准化；电动汽车的设计改进、充电站的建设和管理，以及电池的流通管理等。

(2)适用范围

车辆电池组设计标准化和易更换；车辆运营中需要及时更换电池来满足运行，充电站中电池充电和车辆可实现专业化快速分开；由于电池组快速更换需要专业化进行，因而电池组快速更换模式只适用于专用的充电站。

综上所述，以上3种充电模式各有自身的特点和适用范围。因此，在应用中，可以将上述3种方法进行有机结合，以达到实际的行驶要求。

2 电动汽车充电方案

电动汽车要上路，首先要解决充电的问题。目前充电方式按实际使用情况来分可分为两大类，一种是采用公用充电站来充电，另一种则是通过家用充电设施进行私家车的充电。

2.1 公用充电站

公用的电动汽车充电站是指为电动汽车充电的站点，与现在的加油站相似。电动汽车充电站是电动汽车行业发展的主要环节之一，必须与电动汽车其他领域实现共同协调发展。同时还应该从长远发展来充分考虑多方面的因素。如：充电站的布局规划和路网规划，预测充电负荷，充电站周围当前电网状况以及未来发展趋势，考虑其选址与其他相关配套设施的状况。

今年4月，日产汽车与中国工信部合作，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等技术准则的综合规划，以推动电动汽车的大规模使用。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。首批充电站在几大城市建成后，将成为“示范运行”的纯电动汽车补充电力的基站。据悉，比亚迪公司已经在深圳建设一批充电桩来解决电动车充电难题，范围于深圳主城区。这类自建充电站的局限是无法兼容其它品牌电动车。以动力补给为特性的新能源配套设施是电动汽车普及的拦路虎。要推动电动汽车市场的发展，充电站的建设速度必须与电动车推广相匹配。

国外在充电站的建设方面走在前列，已形成政府主导，车企、电厂合力开发的景象。在日本，日本电力公司东电与各汽车厂商建立了密切伙伴合作关系。该电力公司在不久前成功地开发了大型快速充电站，使得充电时间大大缩短，每10min完整充电，所能行驶的路程为60km。同时计划通过一项大型基础设备建设工程，在超市停车场、便利店及邮政局等公共场所附近陆续建设充电站。使人们在下车购物、办事之余完成为汽车补充能源的任务。这些都大大推动了电动车的普及。在法国，以法国电力公司为主导的电力公司每年编制超过1.1亿法郎的预算(占该公司营业收入0.05%)，投入电池、充电装置的研发。在巴黎设有几百个充电站，凡重要停车场都设有充电站，配置电动汽车充电的专用插头。

2.2 私家车库充电

在私家车库里使用普通插座慢速充电，利用夜间电，持续7～8h。夜间给电动车充电可以享受用电量低谷期的电价折扣，既省时又经济；慢速充电还能延长电池寿命。据专家测算，目前中国的低谷电足够供应3000万辆以上纯电动轿车的能耗，根本不需要为纯电动汽车增设额外的发电设施，获得围家和个人的双赢。公共场所和大型住宅停车库充电站可设置快慢两种充电模式，但充电站设施应当智能化，解决峰谷分时段计费，安全报警，防盗等问题。

3 充电站的结构

3.1 充电站组成部分

(1)停车场及 电源 插头。为满足使用自带电池和不急于更换电池的顾客充电需要，应开辟车辆充电停放地圾相应电源插头。同样，在其它各地停车场也应设置带电表计费的充电接头，使用后交付停车费及电费，这种电费要比换电池电费略便宜些。

(2)电池更换及周转接待处.蓄电池沉重，更换须用半自动小型吊车或吊架装置，可由现有汽车修配厂等处常用的类似设备改装或专门设计批量生产.电池须用专门的(多层)周转车或传送带进出充电库房，在专门台架上或周转车上接上电源充电。

(3)电池充电及存放的库房。充电站内可采用电脑控制的大型充电设备，可同时为几十至几百个不同型号电池按各自的标准化电流程序同时充电，手动或自动识别电池种类，按电荷量计费。小型充电站可采用较简单的充电设备，但必须保证能对各类型电池充足电。

(4)工作人员休息和操作监控室及车辆检修站。由于电池的易取放也使充电与修车能很方便地分开同时进行。

(5)维护车间。维护车间包括筛选和维护、充电间以及备用电池库。电池进入维护车间后，首先进行电池的筛选.确定电池的好坏。不能使用的电池进行恰当处理，避免污染环境：可以继续使用的电池进行维护和活化。维护完的电池送充电间充满电后，进行装箱，为编组准备电池。

3.2 充电站主体结构

充电站的主体是一封闭式充电间。充电间的主要部分及功能如下：

(1)配电站。充电站的配电站包括高压配电和照明及其它用电配电两部分。前者将10kV供电电网通过 变压器 等设备供给充电机充电；后者用于满足照明、控制设备的供电。配电站配备计量设备。计量输入电量。

(2)监控室。监控室用于监控充电机的运行情况、数据库管理、报表打印等。

(3)充电机。充电机完成电池能量的补给。既可以满足应急性整车充电要求，也支持日常地面补充充电。

(4)充电平台。用于摆放卸载下来的电池。内有充电插座、电池管理系统供电、电池管理系统内部网络、与充电机之间的通讯网络等接口。

电动汽车是未来新能源汽车的主要发展方而充电体系的建立是其发展的前提和基础。而充电站的建设刚刚起步，因而明确充电站的充电模式和充电站的内部结构对于未来规划和建设充电站有一定的实际应用价值。本文只讨论了充电站的外部结构，对于内部电路系统分析设计将在后续工作中进一步研究。