【正文】 電動汽車充電機(jī)（站）設(shè)計(jì) 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)行 13 在充電區(qū)完成電能的補(bǔ)給，內(nèi)部建設(shè)充電平臺、充電機(jī)以及充電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口，同時(shí)應(yīng)配備整車充電機(jī)。 （ 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(shè)備，同時(shí)應(yīng)建設(shè)電池存儲間用于存放備用電池。 （ 5） 電池維護(hù)間 電池重新配組、電池組均衡、電池組實(shí)際容量測試、電池故障的應(yīng)急處理等工作都在電池維護(hù)間進(jìn)行。 其消防等級按化學(xué)危險(xiǎn)品處理。 充電站建設(shè)方案 充電站設(shè)計(jì)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(jìn)行電能補(bǔ)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(shè)將直接影響電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。充電站建設(shè)應(yīng)考慮功能性、技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益等多方面因素。 （ 1）兼顧經(jīng)濟(jì)效益及社會效益 充電站作為一個(gè)商業(yè)運(yùn)營單位，在進(jìn)行建設(shè)論證期間，建設(shè)成本、運(yùn)行成本必須予以充分考慮。 首先，在 電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)考慮電動汽車供充電需求，變配電站就近建設(shè) ，同時(shí) 考慮 電網(wǎng)負(fù)荷平衡， 在 晝夜峰谷差較大區(qū)域，提高負(fù)荷利用率； 第二， 在進(jìn)行整個(gè)區(qū)域的充電站規(guī)劃時(shí)，不能只是計(jì)算 建設(shè)單個(gè)充電站建設(shè)成本、運(yùn)行成本以及經(jīng)濟(jì)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(qiáng)公眾對使用電動汽車的興趣和信心。實(shí)現(xiàn)充電站經(jīng)濟(jì)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(bǔ)給 ， 為了順利實(shí)現(xiàn)提供能量補(bǔ)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(shè)備性能和接口應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范。 （ 3）考慮通用性和擴(kuò)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(jī)（站）設(shè)計(jì) 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)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(shè)計(jì)要保證功能完善、通用性以及可擴(kuò)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(shè)備應(yīng)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(shè)備和人身的安全 是充電站設(shè)計(jì)必須充分保證的。安全性的范圍不僅包括充電設(shè)備，如充電站和充電機(jī)，而且包括被充電設(shè)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(yùn)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(jìn)行充電站設(shè)計(jì)時(shí)，須盡量減小充電站給周圍環(huán)境帶來的負(fù)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(shè)備的地方，充電站是否會影響這些設(shè)備的正常運(yùn)行也是需要考慮的。 充電站建設(shè)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(yīng)的電能補(bǔ)給方式就不一樣，因此，為該車輛提供服務(wù)的充電站的建設(shè)方案就應(yīng)該有所不同，要具體問題具體分析?？紤]充電站的建設(shè)成本和運(yùn)行成本，可 根據(jù) 區(qū)域 特點(diǎn) 建設(shè)多種類型的充電站。下面根據(jù)車輛適合的 能量 補(bǔ)給方式的不同 列舉幾種 充電站設(shè)計(jì)方案。 充電站建設(shè)方案 1 本方案 滿足 整車充電方式 需求，適合車輛集團(tuán)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(wù)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(shè)有專門停車場。在內(nèi)部停車場就可建立充電站實(shí)現(xiàn)充電。根據(jù)充電設(shè)備安裝點(diǎn)現(xiàn)有的負(fù)荷容量、充電站容量來考慮是否單獨(dú)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(jìn)行記錄，計(jì)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(jìn)行單獨(dú)核算，計(jì)量裝置安裝在充電機(jī)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(jī)（站）設(shè)計(jì) 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)行 15 余電量和充電量，通過充電機(jī)顯示屏顯示電量、電單價(jià)和總電費(fèi)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(fèi)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(shè)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(diǎn)在于能及時(shí)的快速為車輛提供電能補(bǔ)給，盡可能滿足車輛的運(yùn)營要求 ， 充電站布局 效果 圖 如 圖 17。 需要及時(shí)補(bǔ)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(shí)出租車閑置時(shí)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(shí)補(bǔ)充勢必影響出租車的運(yùn)營時(shí)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(jìn)行此方案的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候就要滿足快速更換電池的需求。 此類充電站必須考慮設(shè)計(jì)快速更換電池區(qū)和多層的充電平臺架。同時(shí) 提供電池租賃，必要時(shí)提供車輛維修、保養(yǎng)等服務(wù)。車輛所有者需繳納電池租賃費(fèi)用以及電池更換服務(wù)費(fèi)。 當(dāng)然，在成本預(yù)算有限的條件下，也可以只是對外進(jìn)行電池租賃和電池更換服務(wù)，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(jī)（站）設(shè)計(jì) 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)行 16 圖 17 電池組更換方式下的充電站布局 充電站建設(shè)方案 3 本方案 同時(shí)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(yùn)期間 可利用夜間低谷時(shí)段進(jìn)行整車充電，一次充電至少應(yīng)滿足單程運(yùn)行里程，在運(yùn)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(wù)用車、企業(yè)商務(wù)車、 社會 車輛 等 車輛都會有此電能補(bǔ)給需求。該方案對應(yīng)的充電站應(yīng)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(shè)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(diǎn)內(nèi)部停車場， 以 充分利用土地資源，降低充電站建設(shè)成本。此類充電站應(yīng)具備所有 5 個(gè)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(hù)區(qū)。若無需對車輛進(jìn)行單獨(dú)考核，電能計(jì)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(fèi)即可；若需考核每輛車的耗能情況，則需在充電機(jī)單設(shè)計(jì)量計(jì)費(fèi)裝置，進(jìn)行記錄和繳費(fèi)。在運(yùn)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(jī)，既可以實(shí)現(xiàn)停運(yùn)期間的常規(guī)充電，又可以進(jìn)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(shè)計(jì)時(shí)需要予以考慮，多功能充電機(jī)是一種較好的方案。 電動汽車充電機(jī)（站）設(shè)計(jì) 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)行 17 圖 18 同時(shí)有整車充電和電池更換的充電 站 布局 效果 圖 充電站建設(shè)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(dú)立停車庫建設(shè)充電裝置 可以利用已有的住宅供電設(shè)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(jì)量和計(jì)費(fèi)方式可采用目前電力部門所采取的預(yù)付電費(fèi)的 IC 卡。根據(jù)車輛裝備和允許充電時(shí)間，選擇充電機(jī)類型和充電方法。 （ 2）住宅小區(qū)的集中停車場建設(shè)充電站 可以利用小區(qū)原 有的供電配套設(shè)施進(jìn)行改造。具體方案應(yīng)根據(jù)小區(qū)的供電設(shè)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(gè)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(jì)量和計(jì)費(fèi)采取小區(qū) IC 卡或銀行卡等方式收費(fèi)。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(yīng)式充電機(jī)是比較理想的選擇。 （ 3）在社會充電站進(jìn)行充電 在接受到電池需充電的信息后，將車及時(shí)開到社會充電站進(jìn)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(wù)。 小結(jié) 本節(jié)首先分析了充電站設(shè)計(jì)應(yīng) 考慮的因素，然后根據(jù)車輛的電能補(bǔ)給方式的需求提出了不同的充電站建設(shè)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(yùn)行線路作為電動汽車的電動汽車充電機(jī)（站）設(shè)計(jì) 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)行 18 前期推廣領(lǐng)域，以便于就近建設(shè)充電站，提高充電站的使用效率，更好地利用有限的經(jīng)濟(jì)資源，尤其是有助于積累建設(shè)大型充電站的經(jīng)驗(yàn)。這類車輛要求充電站能滿足多種充電方式，這就對于建設(shè)社會充電站，無論是適用于社會運(yùn)營的大型充電站、還是建設(shè) 針對特殊對象的 小型 充電 店，都有著重要的借鑒和指導(dǎo)作用。 充電站運(yùn)作流程 當(dāng)充電站建設(shè)方案基本確定以 后，需要設(shè)計(jì)合理的運(yùn)作流程，以提高充電站的運(yùn)行效率。 以下 設(shè)計(jì)大型充電站的運(yùn)作流程，該大型充電站功能完備，能滿足多種充電方式。 當(dāng)電動汽車進(jìn)入充電站，按照它的需求進(jìn)入能量補(bǔ)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(jìn)行故障診斷，出具狀況檢測報(bào)告，根據(jù)不同情況進(jìn)入充電程序。如果是需要更換電池的車輛進(jìn)站，該車駛?cè)敫鼡Q電池區(qū)，進(jìn)行故障診斷，出具故障診斷報(bào)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(hù) 區(qū)，進(jìn)行篩選、維護(hù)、充電和裝箱。 電池更換方式的運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)行。充電機(jī)和電池管理單元通信，將電池的數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠潆姍C(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主機(jī)。 如果電池管理系統(tǒng)分析認(rèn)為電池正常，則進(jìn)入正常的充電程序 ； 如果電池管理系統(tǒng)分析認(rèn)為電池出現(xiàn)故障，則視故障情況進(jìn)行處理。詳細(xì)的分析可由充電機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主機(jī)給出。 充電結(jié) 束后，電池管理系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主機(jī)給出充電過程的詳細(xì)數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)給出對電池的具體評價(jià)。 車輛采用電池更換方式的具體運(yùn)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(jìn)站之前應(yīng)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(zhǔn)備更換電池并運(yùn)至更換電池區(qū)、準(zhǔn)備卸載設(shè)備。 2） 車輛進(jìn)入更換區(qū) 電動汽車充電機(jī)（站）設(shè)計(jì) 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)行 19 已經(jīng)提出更換請求的車輛進(jìn)站后，根據(jù)調(diào)度指令將車開到更換電池區(qū)準(zhǔn)確位置，準(zhǔn)備更換電池。 3） 故障診斷 更換電池前，必須仔細(xì)翻閱車載監(jiān)控裝置故障記錄，檢查車輛電池在運(yùn)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(shí)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(zhǔn)備好的電池裝車。 5） 故障診斷 接通整車的高低壓供電，再進(jìn)行一次故障診斷，確保更換完電池之后整車運(yùn)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(xì)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(hù)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(jī)（站）設(shè)計(jì) 電動汽車 充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)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