电动汽车充电技术的现状与发展

电动汽车充电技术发展现状及趋势●2010年公司成立，2011年通过江苏省高新技术企业认定。●主营产品：充电机、分箱充电机、车载充电机、充电桩、后台监控系统。●公司规模：新厂房占地60亩，生产车间2万平米；能够实现产能10亿元/年。●公司业绩：参与120余座充换电站工程实施与运营维护。●知识产权：近100项专利的申请，发明41项，实用新型46项，软件著作12项。典型案例4|充电设施建设不是简单的技术问题，而是复杂的系统工程。5|近两年相关政策：2013年9月财政部、科技部、工业和信息化部、发展改革委联合发布《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知（财建〔2013〕551号）》。2014年7月国务院办公厅印发《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》。2014年8月财政部、国家税务总局、工信部联合下发了《关于免征新能源汽车车辆购置税的公告》，国家发改委于正式下发《关于电动汽车用电价格政策有关问题的通知》2014年11月中央四部委颁布《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》《通知》明确至2016年中央财政拟安排资金对新能源汽车推广城市或城市群给予充电设施建设奖励。6|狭义：充电设施是为电动汽车提供电能的补给装置；充电设施直接接入电网，是电网的组成部分。电动汽车充电设施广义：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。7|√8|9|10|概念：以电缆为传输介质，通过电缆和偶合器（插头插座）连接，进行直接的接触式电能传输；优点：成本低、传导效率高；缺点：需要人工操作、连接部分为易损件，安全程度有一定的局限性关键技术要点：单相交流：220V/16(32)A；三相交流充电：380V/32(63)A；直流充电：0-700V/最大电流250A；传导式充电11|概念：又称作感应充电、非接触式感应充电，基于电磁感应原理的空间范围内的电能无线传输技术；优点：使用方便、安全程度高、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要求缺点：目前成本较高、技术尚未完全成熟传感式充电关键技术：感应式/共振式感应式：原理是采用了可在供电线圈和受电线圈之间提供电力的电磁感应方式。共振式：基本原理与电磁感应相同，也是当线圈有电流流过时，产生磁束，感应线圈就会有电流流过，特殊的地方在于采用线圈和电容器的LC共振电路，并且利用控制电路形成相同的共振频率。12|概念：通过全自动或半自动机械设备，进行快速的电池更换；优点：能源补给时间短、有利于合理安排充电功率，减小冲击负荷；缺点：成本高、标准化要求高、缺少成熟的盈利模式分类：商用车换电/乘用车换电关键技术：快速测量和定位技术；车辆姿态自动识别和测量技术；自动运行和控制；安全防护技术；电池更换13|城市充电站高速公路快充站，主要建设高速公路沿线，为乘用车辆提供快速直流充电的场所，保障电动汽车长途运行。集中充电站，主要建设在城市地带，为专用车辆或社会车辆提供直流充电、交流充电的场所。高速公路快充站14|商用车电池更换站乘用车电池更换站，为出租车辆、私家车辆提供快速电池更换的服务。分为底盘换电和后背箱换电两种。商用车电池更换站，主要建设在城市地带，为公交车辆、环卫车辆提供快速电池更换的服务。乘用车电池更换站15|箱式充电站立体式充电车库箱式充电站，模块化设计，高度集成充电机、监控系统及必要的配电设备于一体，占地面积小，安装便捷。立体式充电车库，主要用于城市中心区域、停车位紧张等地带；适用于乘用车交/直流充电。16|2电动汽车充电设施分类分散充电桩路灯充电桩分散交流充电桩，分散布置在城市区域，为乘用车提供交流充电。路灯充电桩，将路灯系统与充电桩相结合，提高设施利用率。17|交流充电由交流充电桩提供220V或380V交流电能，车载充电机完成交直流变换，充电功率一般不大于5千瓦，充电时间通常为5～8个小时。直流快充由非车载充电机完成交直流变换，充电功率较大，从几十千瓦到上百千瓦,充电时间可从10分钟（直流快充）到6小时（直流普通充电），当前电池技术性能下，直流快充仅可作为电动汽车充电的应急补充。18中国电力企业联合会192021中国电力企业联合会22232425电动汽车种类充电需求公交车一次充电难以满足每日运行要求。要求一次充电至少应满足单程运行里程，紧急情况下应能实现电能的快速补充。可利用停运时段充电。出租车一次充电续驶里程难以满足当日运行要求，且用电量变化大，停运时间短，对充电时间要求高。特种车辆特殊园区用车车辆使用频繁，一次充电难以满足每日运行要求。夜间停运可充电。城市环卫、邮政车辆、班车环卫车辆平均每车每日运行距离约为50km，一次充电基本满足运行里程。停运时段可充电。市政工程抢险车、建筑运输车一次充电基本满足往返运行里程。停运时段可充电。公务用车一次充电基本满足往返运行里程。夜间停运可充电，私家车夜间基本停运，可充分利用低谷时段充电。262728|√29|30|31|32|33|34|35|36|37|38|39|40|41|√42|运营管理系统主要实现客户服务、计费管理、收费账务、清分结算、资产管理、电池配送、运行管理、集中监控管理、高级应用（如用户预约充电、有序充电管理、充换电站导航）等功能，能够为电动汽车充换电服务网络的运营管理提供有力支撑，保证电动汽车运营高效有序，实现电动汽车运营智能化。运营管理系统利用RFID、传感器、图像识别等技术，通过GPRS/3G、WiFi、Internet等通讯手段，将具有身份标识的电动汽车、动力电池、充电设施、用户汽车、智能电网等相关主体进行互联，实现基于物联网的电动汽车智能充换电服务网络的自动化运行与管理。43|Internet无线传感器通信终端交流充电桩充电站电池更换站车载终端管理中心充电设施运营管理系统44454电动汽车充电设施的运行使用充电设施检验检测连接器检测、通讯协议检测、互操作性检测监控系统功能性检测、通信协议检测直流充电机、交流充电桩功能性、安全性检测存在的问题：针对部分的设备初步具备相应的标准，但缺少国家或行业认定的权威检测机构，同时部分标准在操作性上存在一定的问题。4647|√48|目前，电动汽车充换电设施接入配电网的典型方式主要有：充/换电站输电线路110kV母线10kV母线………………10kV线路10kV线路……配变变电站主变主变配变充电桩充电桩(b)充/换电站充电桩(a)充电桩充/换电站充/换电站0.4kV母线充/换电站：采用专变接入或专线接入10千伏中压配电网。充电桩：就近接入0.38千伏低压配电网。49|中国电力企业联合会电动汽车对电网的影响——大量电动汽车接入•增加售电量•削峰填谷•应急电源•分布式电源单元•辅助服务•供给能力（配网扩容）•电能质量•电网安全可靠性（冲击）电动汽车影响电动汽车对电网的影响取决于电网与电动汽车之间的互动方式与水平机遇电动汽车对电网的影响主要包含两大大方面：对电网负荷产生影响对电网电能质量产生影响电动汽车充电的特点①大功率充电对电网的影响：由于车辆运行特性的不同和车辆充电分布的空间特性，同时加之电网基础建设和常规负荷的不同，规模化电动汽车充电对电网将产生影响，并且随着充电功率的增加，单次充电时间缩短，充电对电网的波动性、随机性影响将更加的严重。②电能质量问题：由于充电设备（车载和非车载充电机）的高频化，充电设备运行对电网产生了一定的谐波问题，通过车载充电设备认证、改进充电设备硬件拓扑、改善充电设备控制策略及增加整体滤波装置等方式可以减少充电设备对电网的谐波污染。220V交流慢充方式的接入的增多，还可能导致三相不平衡问题，需要增加相关治理设备。③非车载直流充电机充电效率问题：目前车辆电池包总端电压各个厂家不同且差距较大，为了服务更多车型，充电设备将不断扩大充电支持电压范围，使用中导致直流充电设备不能运行在最佳效率区间内，建议通过出台相关标准约定车辆电池电压区间，研发新型充电设备，研究相关的控制策略，降低充电设备损耗，提高充电设备的能量利用效率是未来充电设备发展的重要方向。④充电设施智能充电控制问题：随着电动汽车保有量和充电设施建设运营主体的增多，与电网运行安全协调的充电设施智能充电控制问题将日益突出，需要探索在满足电动汽车使用需求、用户经济性和电网安全运行等条件下的电动汽车充电功率、电量的分配方法是未来电动汽车发展过程中的重要内容。电动汽车充电对电网影响双向互动能量信息电动汽车的双重属性：可控负荷储能单元有序充电电动汽车将成为智能电网的重要资源和技术应用对象B2G(BatterytoGrid)电池更换模式充电模式V2G(VehicletoGrid)集中充电电池更换电池组用户方面:降低充电成本峰谷分时电价高效便捷的充电服务智能充电服务网络引导用户，优化充电行为增加额外收入为电网提供辅助服务电网方面：避免配网改造或降低改造成本减小配网过载提高供电可靠性改善电网运行效率移峰或削峰填谷电动汽车与智能电网融合将对用户和电网产生积极作用55|电动汽车有序充电控制架构区域电网地区(城市)配电网本地供电设施充（换）电站电动汽车及其用户电网调度自动化系统配电自动化控制系统变电站自动化系统/负控系统充换电服务网络运营管理系统充换电站监控系统充电控制器控制目标区域电网电力平衡配电网优化运行本地用电优化、需求响应、本地分布式电源协调多辆电动汽车充电协调保证能量需求、充电经济性约束条件约束条件约束条件约束条件约束条件约束条件约束条件约束条件物理对象控制平台LevelILevelIILevelIIILevelIVLevelV56|中国电力企业联合会电动汽车有序充电控制架构交互方式能量交互:作为移动式分布储能单元，与电网实现双向能量流动(根据电网或者电动汽车的需要)；信息交互:电动汽车、用户、电网之间建立信息交互(车辆能量状态、电网负荷状态、计费信息等)。应用层面调峰、调频、促进可再生能源接入，参与车辆数量不同，不同层面需要相应的控制策略。意义V2G对未来电动汽车商业模式将产生重大影响，但V2G要实现商业化应用，最终依赖于电池技术的进步。（更长的循环寿命，更大的比能量）。V2G技术配置一台双向变流器。晚上为电动汽车充电，将电动汽车作为储能元件。白天电动汽车通过双向变流器向建筑放电。此种方式适合拥有独立建筑的家庭。V2H技术太阳能风能※间歇性充电/放电可再生能源61218242.5[ｋｗ]2.01.51.00.50Example:Equipmentofonehouse（southeast2.6kW+southwest1.4kW）FineCloudyRain来源：theResearchCenterforPhotovoltaics,NationalInstituteofAdvancedIndustrialScienceandTechnology(AIST)HP锂电池利用太阳能、风能等间歇性可再生能源发电具有不稳定性，发电能力很大程度上依赖于天气，利用电动汽车的动力电池储能可对新能源发电的并网提供支撑。电动汽车充放电与可再生能源发电协调控制60|√61电动汽车相关标准混合动力汽车工作组燃料电池汽车工作组动力电池工作组驱动电机工作组电动汽车分标委TC114/SC27整车标准关键部件标准基础设施标准共有委员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、高校和研究所等。为了更广泛的利用行业力量，提高标准制修订的实力和效率，在标委会下又分别成立了若干标准研究工作组。62|驱动电机动力蓄电池63|中国电力企业联合会64|65|66|67|68|69|70|71|72|73|74|75|76|77|78|中国电力企业联合会充电前沿技术及标准研制还需要加强无线充电技术在电动汽车与智能电网互动在交流大功率充电在电动汽车消防安全技术在电动汽车传导充电系统一致性测试79|与智慧城市、智能电网发展相协调电