【正文】 電動汽車充電機（站）設計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運行 13 在充電區(qū)完成電能的補給，內(nèi)部建設充電平臺、充電機以及充電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡接口，同時應配備整車充電機。 （ 4） 更換電池區(qū) 更換電池區(qū)是車輛更換電池的場所，需要配備電池更換設備，同時應建設電池存儲間用于存放備用電池。 （ 5） 電池維護間 電池重新配組、電池組均衡、電池組實際容量測試、電池故障的應急處理等工作都在電池維護間進行。 其消防等級按化學危險品處理。 充電站建設方案 充電站設計要考慮的因素 電動汽車的動力來源于電池。由于車載空間和重量所限，電池的容量只能滿足一定里程的要求，充電系統(tǒng)也就成為電動汽車進行電能補給的不可缺少的子系統(tǒng)。因此，在目前動力電池提供的續(xù)駛里程有限的情況下，充電站的建設將直接影響電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。充電站建設應考慮功能性、技術(shù)要求、經(jīng)濟效益和社會效益等多方面因素。 （ 1）兼顧經(jīng)濟效益及社會效益 充電站作為一個商業(yè)運營單位，在進行建設論證期間，建設成本、運行成本必須予以充分考慮。 首先，在 電網(wǎng)規(guī)劃時考慮電動汽車供充電需求，變配電站就近建設 ，同時 考慮 電網(wǎng)負荷平衡， 在 晝夜峰谷差較大區(qū)域，提高負荷利用率； 第二， 在進行整個區(qū)域的充電站規(guī)劃時，不能只是計算 建設單個充電站建設成本、運行成本以及經(jīng)濟效益，還要綜合考慮社會效益。 要推廣普及電動汽車，就必須配套完善的充電體系，保證電動汽車使用無后顧之憂，以增強公眾對使用電動汽車的興趣和信心。實現(xiàn)充電站經(jīng)濟效益和社會效益的雙贏，是電動汽車產(chǎn)業(yè)化和推廣普及的關(guān)鍵。 （ 2）滿足相關(guān)規(guī)范 充電站的主要功能是有效地完成電動汽車電池的電能補給 ， 為了順利實現(xiàn)提供能量補給的功能，充電站的配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、電池調(diào)度系統(tǒng)和充電站監(jiān)控系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設備性能和接口應滿足相關(guān)規(guī)范。 （ 3）考慮通用性和擴展性 電動汽車的發(fā)展必將呈現(xiàn)百花齊放的局面，動力電池也會是多種類型電池，電動汽車充電機（站）設計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運行 14 如鉛酸電池、鋰離子電池、鎳氫類電池等共存的局面。即使是同一類型的電池，充電曲線以及使用性能也不同。因此，充電站設計要保證功能完善、通用性以及可擴展性。 （ 4）考慮充電智能化 如果充電站的使用規(guī)程繁瑣，將限制電動汽車的推廣使用。因此，充電站的充電設備應操作簡單、安全，降低對車輛駕駛?cè)藛T的要求，保證不具備相關(guān)的專業(yè)知識的車輛駕駛?cè)藛T安全使用。 （ 5）滿足安全要求 設備和人身的安全 是充電站設計必須充分保證的。安全性的范圍不僅包括充電設備，如充電站和充電機，而且包括被充電設備，如電動汽車、蓄電池，特別是包括充電工作人員、汽車駕駛員。 （ 6）滿足環(huán)保要求 充電站的運行必將對周圍環(huán)境帶來一定的影響 ， 比如電磁干擾、噪音、安全危害等。進行充電站設計時，須盡量減小充電站給周圍環(huán)境帶來的負面影響， 保證滿足本區(qū)域的環(huán)保要求。 此外，在有電子測量儀器等敏感設備的地方，充電站是否會影響這些設備的正常運行也是需要考慮的。 充電站建設方案 以上 論述了可滿足多種充電方式需要的充電站的總體結(jié)構(gòu)。電動車 輛的種類不同，對充電的需求就不同，相應的電能補給方式就不一樣，因此，為該車輛提供服務的充電站的建設方案就應該有所不同，要具體問題具體分析?？紤]充電站的建設成本和運行成本，可 根據(jù) 區(qū)域 特點 建設多種類型的充電站。下面根據(jù)車輛適合的 能量 補給方式的不同 列舉幾種 充電站設計方案。 充電站建設方案 1 本方案 滿足 整車充電方式 需求，適合車輛集團采用 ， 充電站布局 如 圖 16。 結(jié)合我國國情， 一般來說， 公交車、 城市環(huán)衛(wèi)車、郵政車輛，工程車、政府公務用車、企業(yè)商用車等車輛所屬 權(quán)明確，車輛所屬單位內(nèi)部設有專門停車場。在內(nèi)部停車場就可建立充電站實現(xiàn)充電。根據(jù)充電設備安裝點現(xiàn)有的負荷容量、充電站容量來考慮是否單獨配置充電站用配電變壓器。如果不需要對每輛車的用電情況進行記錄，計量裝置安裝在變壓器高壓側(cè)；如果需要對每輛車的用電進行單獨核算，計量裝置安裝在充電機內(nèi)部，與車載電池管理系統(tǒng)通信，獲取電池剩電動汽車充電機（站）設計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運行 15 余電量和充電量，通過充電機顯示屏顯示電量、電單價和總電費等信息。用戶通過 IC 卡、市政一卡通或銀行卡等即可快捷方便的完成充電費用結(jié)算。 圖 16 整車充電方式下的充電站布局 效果 圖 充電站建設方案 2 本方案 滿足快速更換 電池方式 需求 。 這種方案的優(yōu)點在于能及時的快速為車輛提供電能補給，盡可能滿足車輛的運營要求 ， 充電站布局 效果 圖 如 圖 17。 需要及時補充電能的最典型的就屬 出租車。出租車的行駛范圍、線路、里程具有很大的不確定性，同時出租車閑置時間較短。如果采用整車充電方式或者車用動力電池電能不能及時補充勢必影響出租車的運營時間，降低車輛使用率和收入。這類車輛需要的就是快速更換電池。 為此，在進行此方案的 結(jié)構(gòu)設計的時候就要滿足快速更換電池的需求。 此類充電站必須考慮設計快速更換電池區(qū)和多層的充電平臺架。同時 提供電池租賃，必要時提供車輛維修、保養(yǎng)等服務。車輛所有者需繳納電池租賃費用以及電池更換服務費。 當然，在成本預算有限的條件下，也可以只是對外進行電池租賃和電池更換服務，電池來源為其他能為電池充電的充電站和營銷單位 。 電動汽車充電機（站）設計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運行 16 圖 17 電池組更換方式下的充電站布局 充電站建設方案 3 本方案 同時滿足 整車充電方式和電池更換方式 需求 。 該方案保證車輛 在停運期間 可利用夜間低谷時段進行整車充電，一次充電至少應滿足單程運行里程，在運營期間采用電池組更換方式，以提高車輛的利用率。公交車、特殊園區(qū)用車、政府公務用車、企業(yè)商務車、 社會 車輛 等 車輛都會有此電能補給需求。該方案對應的充電站應該規(guī)模較大。 充電站布局 效果 圖 如 圖 18。 一般來說， 充電站建設用地可充分利用車輛的 停車場所， 比如社會的大型停車場、 公交首末站停車場、世博會和景點內(nèi)部停車場， 以 充分利用土地資源，降低充電站建設成本。此類充電站應具備所有 5 個部分：配電室、中央監(jiān)控室、充電 區(qū)、更換電池區(qū)和電池維護區(qū)。若無需對車輛進行單獨考核，電能計量裝置安裝在配電變壓器高壓側(cè)，由所屬公司向電力公司繳納電費即可；若需考核每輛車的耗能情況，則需在充電機單設計量計費裝置，進行記錄和繳費。在運營期間所更換的電池可由所屬上級單位配備。 這類充電站可考慮采用地面充電機，既可以實現(xiàn)停運期間的常規(guī)充電，又可以進行快速充電。這種充電站一般容量較大，對電網(wǎng)的電能質(zhì)量的影響在設計時需要予以考慮，多功能充電機是一種較好的方案。 電動汽車充電機（站）設計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運行 17 圖 18 同時有整車充電和電池更換的充電 站 布局 效果 圖 充電站建設方案 4 上述的 3 種方案都是從社會充電站的角度出發(fā)提出的，隨著我國居民的生活水平的提高，私家車的數(shù)量越來越多， 以下 討論 私家車充電方案 ， 建議私家車主根據(jù)自己的條件選擇不同的方式。 （ 1）在自家獨立停車庫建設充電裝置 可以利用已有的住宅供電設施，從住宅配電箱專門引一路線路至車庫的專用插座，來提供便攜式充電電源，計量和計費方式可采用目前電力部門所采取的預付電費的 IC 卡。根據(jù)車輛裝備和允許充電時間，選擇充電機類型和充電方法。 （ 2）住宅小區(qū)的集中停車場建設充電站 可以利用小區(qū)原 有的供電配套設施進行改造。具體方案應根據(jù)小區(qū)的供電設施、方案以及小區(qū)的建筑環(huán)境具體來確定，如：在停車庫處安裝多個充電專用配電箱，配置充電專用插座，待充電車輛通過加長充電線連接充電，計量和計費采取小區(qū) IC 卡或銀行卡等方式收費。分析現(xiàn)有的住宅小區(qū)結(jié)構(gòu)，從安全角度考慮，采用感應式充電機是比較理想的選擇。 （ 3）在社會充電站進行充電 在接受到電池需充電的信息后，將車及時開到社會充電站進行充電（無論是整車充電方式還是電池更換方式），或向充電站請求配送電池并更換的上門服務。 小結(jié) 本節(jié)首先分析了充電站設計應 考慮的因素，然后根據(jù)車輛的電能補給方式的需求提出了不同的充電站建設方案。在電動汽車產(chǎn)業(yè)化初期，建議選擇那些行駛路線固定的車輛如公交線路、城市環(huán)衛(wèi)車、郵政車等的運行線路作為電動汽車的電動汽車充電機（站）設計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運行 18 前期推廣領域，以便于就近建設充電站，提高充電站的使用效率，更好地利用有限的經(jīng)濟資源，尤其是有助于積累建設大型充電站的經(jīng)驗。這類車輛要求充電站能滿足多種充電方式，這就對于建設社會充電站，無論是適用于社會運營的大型充電站、還是建設 針對特殊對象的 小型 充電 店，都有著重要的借鑒和指導作用。 充電站運作流程 當充電站建設方案基本確定以 后，需要設計合理的運作流程，以提高充電站的運行效率。 以下 設計大型充電站的運作流程，該大型充電站功能完備，能滿足多種充電方式。 當電動汽車進入充電站，按照它的需求進入能量補給程序。如果是整車充電，則連接整車充電系統(tǒng)。該系統(tǒng)進行故障診斷，出具狀況檢測報告，根據(jù)不同情況進入充電程序。如果是需要更換電池的車輛進站，該車駛?cè)敫鼡Q電池區(qū)，進行故障診斷，出具故障診斷報告，然后更換上更換電池庫的整組電池。對于更換下來的電池按有無故障就地分離。無故障電池直接送充電區(qū)，在充電區(qū)充滿電后就地編組送電池存儲間 ； 有故障電池送電池維護 區(qū)，進行篩選、維護、充電和裝箱。 電池更換方式的運作流程 為了更加有效的利用電動汽車輛，通常電池電量不足的電動汽車進站后直接更換充滿電的電池 ， 更換電池的過程要求快捷。 車輛進入電池更換區(qū)，將需要充電的電池從車輛上卸下放入電池充電平臺，充滿電的電池更換到車輛上，車輛繼續(xù)運行。充電機和電池管理單元通信，將電池的數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠潆姍C監(jiān)控網(wǎng)絡主機。 如果電池管理系統(tǒng)分析認為電池正常，則進入正常的充電程序 ； 如果電池管理系統(tǒng)分析認為電池出現(xiàn)故障，則視故障情況進行處理。詳細的分析可由充電機監(jiān)控網(wǎng)絡主機給出。 充電結(jié) 束后，電池管理系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡主機給出充電過程的詳細數(shù)據(jù)記錄，同時給出對電池的具體評價。 車輛采用電池更換方式的具體運作流程為 ： 1） 更換請求 為了使得更換更加快捷，需要更換電池的車輛進站之前應向充電站提出電池更換請求，以便站臺調(diào)度安排停車位置、通知電池存儲間準備更換電池并運至更換電池區(qū)、準備卸載設備。 2） 車輛進入更換區(qū) 電動汽車充電機（站）設計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運行 19 已經(jīng)提出更換請求的車輛進站后，根據(jù)調(diào)度指令將車開到更換電池區(qū)準確位置，準備更換電池。 3） 故障診斷 更換電池前，必須仔細翻閱車載監(jiān)控裝置故障記錄，檢查車輛電池在運營過程中是否故障。如果有故障 記錄，則記錄故障信息（包括故障位置和類型）。然后清除故障記錄。 4） 更換電池 首先斷開整車的高低壓供電，然后才能卸載電池。卸載的時候，將故障電池和無故障電池分開擺放 ； 卸載完畢后，將已經(jīng)準備好的電池裝車。 5） 故障診斷 接通整車的高低壓供電，再進行一次故障診斷，確保更換完電池之后整車運行正常后將車駛出更換電池區(qū)，轉(zhuǎn)到步驟 7） ； 如果仍然出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)到步驟 ⑥ 。 6） 故障排除 仔細閱讀車載監(jiān)控的故障診斷結(jié)果，查找故障原因。如 果 連接線未接通等可立即排除的故障，立即排除 ， 然后轉(zhuǎn)到 步驟 5） ； 如 果 屬于電池箱內(nèi)部故障，則通知 電池存儲間所需電池箱的類型和編號以及車輛位置、記錄故障信息（包括故障位置和類型） ， 然后清除故障記錄 ， 收到備用電池后，返回 步驟 4） 。 7） 更換后處理 對于故障電池箱，將故障電池和故障信息一并送電池維護區(qū)；無故障的電池箱送充電區(qū)充電。 綜上 所述 ，更換電池流程參 如 圖 19 所示 。 電動汽車充電機（站）設計 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運行 20 Y E SN O局 局 局 局局 局 局 局 局 局局 局 局 局局 局 局 局 局局 局 局 局局 局 局 局局 局 局 局局 局 局 局局 局局 局 局 局局 局局 局 局 局局 局局 局 局 局局 局 局 局局 局 局 局局 局 局 局局 局 局 局局 局 局 局 局局 局 局 局Y E SN ON OY E S局 局 局 局局 局 局 局 局局 局 局 局 局 圖 19