建立纯电动汽车蓄电池置换站的思考

|电力需求侧管理第11卷第6期2009年11月章世明（婺城供电局，浙江金华321000）建立纯电动汽车蓄电池置换站的思考ThinkingaboutpureelectricvehiclebatteryexchangestationsZHANGShi⁃ming（WuchengElectricPowerSupplyBureau，Jinhua321000，China）Abstract：Throughanalyzingthepresentmajorproblemsforthedevelopmentofpureelectricvehiclesbattery，thispaperstud⁃iesthemanufacturingstandardsforpureelectricvehiclesbattery，discussestherunningandmanagingmodelsofbatteryexchangestations，andproposestosetupnationwidebatteryexchangesta⁃tionssoastofurtherpromotethepopularapplicationofpureelec⁃tricvehicles.Keywords：electricvehicle；battery；exchangestations中图分类号：F407.61文献标志码：C文章编号：1009-1831（2009）06-0070-03摘要：分析目前阻碍纯电动汽车发展存在的主要问题，研究纯电动汽车蓄电池的制造标准，探讨蓄电池置换站的运营管理模式，并建议在全国范围内建立蓄电池置换站，以进一步推动纯电动汽车的普及应用。关键词：电动汽车；蓄电池；置换站收稿日期：2009-02-18；修回日期：2009-06-211传统纯电动汽车充电的主要问题首先，公共充电站充电时间长。据说目前对最好、最昂贵的电池充足电也需30min。按充电30min计算，其结果要么汽车在公路上排长队，要么把充电站建成像停车场那么大才能解决问题。显然，在公路上排队和把充电站建成像停车场都是不妥当的，充电30min对大部分人来说时间上也是不允许的。如果再研发充电时间更短的电池，即使能成功，也会出现充电电流极大而不安全和价格更昂贵而不能普及应用的情况。如按充电10min完成、充电量15kWh和电压48V计算，其充电电流将达1875A；如电压改为220V，充电电流也要410A，这样大电流、大容量的充电，其充电触头需做得相当大，而且接触要相当紧密，人工不可能直接把触头插入或拔出，只能采用机械或电动方法才能插入与拔出，但接触头的连接线也要做得很粗，活动范围相当有限，这样使用起来很不方便，而且十分不安全，此外，大型汽车充电就更难了。上述做法虽能解决充电时间长的矛盾，但充电难和成本高的矛盾同时也产生，所以说解决充电时间长的问题，不是找到普及纯电动汽车应用的真正出路。其次，家庭充电存在不安全和电价不合理的问题。家庭轿车充电按生活用电计价不合理，运营性电动汽车就更不合理。如果物价部门要调高生活用电格价，那么，有电动车族不高兴，无电动车族更有意见。如果说采用公共充电站快速充电和家庭采用慢速充电并存方式，显然家庭充电成本低，这样到公共充电站机会少，就造成公共充电站利用率低。那么，公共充电站只有靠提高充电价格办法来维持生存，这样平均充电成本也将提高。其三，资源浪费。为每辆车都配不通用的众多充电器而造成极大资源浪费；为汽车充电，有些住宅小区和家庭还需增大电源，调大变压器、电线与电能表等，不仅资金投入大，而且浪费资源。此外，传统纯电动汽车充电还存在养路费收取困难及报废蓄电池不统一处理而有可能造成环境污染等问题。2建议上述是纯电动汽车充电存在的主要问题，也是阻碍纯电动汽车应用的主要因素。为了能在目前技术条件下，让载重量大小不同的纯电动汽车远途行车，下文提出了对纯电动汽车建立蓄电池制造标准和蓄电池管理的办法。2.1制订蓄电池制造标准为提高电动汽车蓄电池的通用性和利用率，让蓄电池适用载重量大小不同的纯电动汽车，应建立电动汽车蓄电池制造标准。一节（组）蓄电池应采用统一的标准电压，其电压可选用24V、48V、110V和220V或其它等级，到底采用多少电压应由专家从各方面综合考虑后来确定。对于蓄电池的制造，尽管原材料不同，但要求每一节蓄电池外形尺寸相同，由专家从各方面综合考虑后来制订统一标准的外形尺寸，并在底部装有转向滚轮。70Vol.11，No.6Nov.，2009POWERDSM|建立最小容量电池的概念。在标准的外形尺寸内，能贮存电量15kWh的一节蓄电池称为最小容量电池，适用于最小载重量的纯电动汽车，该车相当于现行1.0L排量的汽车，装上一节电池能行驶100km。蓄电池的制造原材料不同，在统一标准的外形尺寸内，贮存的电量也不同，但不得少于最小容量电池。多节同型号或充放电特性相同的蓄电池并联使用称为一组蓄电池，以满足载重量大小不同的电动汽车的需要。每辆车都装有一主一备2组电池。如:载重量最小的车装有一主一备2节最小容量电池，全部耗尽理论上能行驶200km。又如：2倍于载重量最小的车，有一主一备2组4节最小容量电池，全部耗尽理论上能行驶200km。其它载重量的电动汽车可依此类推。建立与银行磁卡片类同的蓄电池身份卡。其身份内容包括：记录蓄电池型号、出厂日期与厂名；蓄电池本次折旧费、累计折旧费和本次每千瓦时的价格（称充电价）；本次开始与结束使用日期及时间；与汽车控制系统结合能记录在本次行车中耗用电量与充入电量、累计耗用电量与累计充入电量、本次行程与累计行程、本次使用者车牌号和计算蓄电池可使用寿命指数；记录开始使用时的电压和当前电压。电池连接采用插入触头方式，考虑电流大触头接触一定要紧密，插头的插入与拔出应灵活方便。蓄电池取出与装入需自动化，并具有封铅和有效的防窃装置。蓄电池制造还应符合相应的国家标准。2.2安装智能化装置为更有效和更合理使用蓄电池，车身应具有“同时使用”和“有序使用”2组蓄电池的功能。（1）一主一备2组蓄电池“同时使用”功能。当汽车爬坡或加速时，主备电池同时使用，尽可能满足车速的需要；当汽车紧急刹车或大下坡时，同时对主备电池充电，尽可能吸收机械能，如还有多余的机械能，此时控制系统自动投入热转换器，全部吸收多余机械能以热的形式贮存起来，以提供汽车空调的能源。在夏天该空调还应具有热转换为冷的功能，或研制适合汽车应用的热能转换为电能（或机械能直接驱动汽车）装置。（2）一主一备2组蓄电池“有序使用”功能。先满足“同时使用”功能，再满足“有序使用”功能。当主用电池耗尽后，进入置换站调换，换上后的电池（以下简称a电池）就自动进入备用状态，原备用状态的电池（以下简称b电池）就自动进入主用状态。因a电池刚换上电量足，而不能满足“同时使用”多吸收机械能的充电要求，所以，a电池虽进入备用状态，还应以驱动汽车放电为主，并以汽车降速的能量对b电池充电为主；当a电池放电到电池容量的40%左右后，放电用b电池，充电用a电池；当b电池电量快要耗尽和a电池放电到电池容量的50%左右时，应在临近电池置换站调换b电池。换上后的电池就自动进入备用状态，a电池自动进入主用状态。重复上述过程循环有序使用电池。汽车管理系统对蓄电池内的管理蕊片提供汽车运行记录，如:本次耗用电量、充入电量、行程、车牌号和本次开始与结束使用日期时间等，这些数据在本车也有记录，随时查询。2.3建立蓄电池管理办法建立蓄电池制造标准后，还应在全国范围内建立蓄电池置换站，归属1家或2家总公司管理，蓄电池产权属总公司，汽车使用者向总公司租用蓄电池，并交纳押金、折旧费、充电费，汽车报废时，总公司应全额退还使用者蓄电池的押金。2.3.1管理机构的设置蓄电池产权归属电力部门或保险公司，如从能源管理角度来讲，应由电力部门管理；又如当汽车出意外交通事故时，为方便保险公司到现场处理的角度来讲，应由保险公司管理；当然也可由其它更好的部门来管理。无论哪个部门来管理，从原则上来说，为减少设备（硬件）重复无序的投资，设备（硬件）部分归属1或2家总公司（以下简称总公司）管理，对各站点服务窗口（软件）部分可由多家（以下简称经营商）承包经营者来管理，以便引向竞争，提高服务质量。汽车蓄电池使用者（以下简称用户）向总公司租用蓄电池。总公司的职责：对蓄电池置换站提出规划建议和负责设计、建设；负责对蓄电池的采购和对报废蓄电池统一处理；负责对蓄电池置换站管理网络的设计、建设、运行维护；负责与经营商签订蓄电池置换站承包协议，并监管经营商的规范管理；对所有生产汽车蓄电池厂家的技术监管的实施；负责对纯电动汽车经销商蓄电池配置、初次充电（由汽车厂家负责）维护合格证等方面的检查与蓄电池质量的验收，并做好对蓄电池预注册和签发代销蓄电池合格证工作，有权拒收不合格的电池，由汽车经销商退回汽车厂家，直到合格为止。经营商的职责：向总公司承包蓄电池置换站对外经营，并签订承包协议；负责对蓄电池置换站各设备（除管理网络外）运行维护；负责对来往车辆的蓄电池铅封检查、网上身份验证、外观检查、调换和收费；收费以本次耗用电量减去本次行程充电量乘以每千瓦时的价格（称充电价）计算；负责按蓄电池性能优劣情况分类存放，明码标价供用户选用，经营商有权决定充电价，但不得高于最高限价；负责挑出淘汰蓄电池汇报总公司，编报各经营报表报总71|电力需求侧管理第11卷第6期2009年11月公司和参与经营资金结算。2.3.2蓄电池费用承担用户购车时，除选购汽车外，还要核对新蓄电池型号、厂家、编码与代销蓄电池合格证相吻合，并付2组蓄电池统一的押金和保存蓄电池押金票据。新车启用时由汽车控制系统优选2组电池主备用关系，当一组电池用尽时到电池置换站凭电池发票和代销蓄电池合格证进行首次使用注册登记，经营商负责对蓄电池检查和验收，经营商接收电池后，发给用户2组蓄电池调换使用卡和蓄电池投入使用证书，并对调换后的电池使用开始计费，另一组电池待下次调换后开始计费。经营商接收新电池后，由总公司向汽车经销商结清蓄电池的费用与用户的押金等款项。用户仅购买2组电池是不够的，总公司还需购买一组或更多组电池作充电时的备用。汽车事故损坏的蓄电池应由保险公司人员到场验证，按蓄电池折旧后价格赔还总公司。汽车检修需拆蓄电池时，应由保险公司人员到场拆封，修理完毕由保险公司人员到场验证封回铅封，必要时由保险公司人员修改蓄电池身份卡参数。汽车转让应含蓄电池的押金。汽车报废时，总公司应全额退还用户2组蓄电池的押金。蓄电池折旧费和充电价的确定。蓄电池折旧费按购买价使用3年、行驶公里数、经营商充电次数和使用寿命指数等方面考虑计算。充电价按电价成本、经营费用、养路费、税收等综合考虑计算。2.3.3蓄电池运行费用结算关系用户与站点的结算。如用户到乙站点调换蓄电池，需结清本次行程实用充电费与上次在甲站点预交的充电费，换上新电池后交清折旧费和预交本次充电费。各站点之间的经营收入结算。以上所述调换电池情况为例，甲站点与乙站点结算为：当总费用小于预收款时，甲站点划给乙站点多收的金额，由乙站点退还用户；反之，当总费用大于预收款时，由乙站点再向用户收取欠款，由乙站点划给甲站点应收款。例如：甲站点预收用户20元，到乙站点调换时实际产生费用是18元，那么，甲站点应划给乙站点2元钱，由乙站点退还用户；反之，实际产生费用21元，那么，由乙站点再向用户收取1元钱，由乙站点划还给甲站点。2.3.4建立蓄电池自动调配预报系统理论上一辆车有3组电池即可满足调换需要，但因车辆到各站点置换电池概率分布不等，总公司不可能购足备用电池来满足用户在任何时候与任何站点调换电池的需要。当某站点电池备用少，而来调换的用户多时，就存在无备用电池调换的情况，这样就需要建立备用电池自动调换预报系统。该系统以采集各相关站点电池贮备情况、汽车电池使用情况和车载卫星系统的行车情况等信息，由计算机自动向有关站点预报调换需求信息，在必要时，备用电池多的站点，把电池运到相近急需备用电池的站点。3结论建立蓄电池置换站使用方便，无需充电等待，节约时间；置换站采