電動(dòng)汽車蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析與解決方案
2018-6-27 9:51:59??????點(diǎn)擊：
近年來，我國相繼發(fā)布電動(dòng)汽車和充電建設(shè)補(bǔ)貼政策，蓄電池充電機(jī)建設(shè)處在迅速擴(kuò)張階段，但由于蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)方案不合理，出現(xiàn)了蓄電池充電機(jī)投資高、效率低的尷尬境地。
本文對(duì)蓄電池充電機(jī)總平布置、充電機(jī)的選擇、變壓器容量選擇中的難點(diǎn)進(jìn)行分析：通過對(duì)充電車位的停車方式和站區(qū)交通組織分析，針對(duì)充電接中位置不同車輛和不同站區(qū)自然地形，提出了合理的蓄電池充電機(jī)總平布置方案。
通過對(duì)廈門蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)參數(shù)、廈門市乘用車主要車型充電參數(shù)分析，提出了充電選型方案對(duì)比分析，給出充電機(jī)選擇的優(yōu)化方案。通過對(duì)蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)負(fù)荷系數(shù)、變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出適合公共蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)需要系數(shù)值，最終合理選擇蓄電池充電機(jī)配電變壓器容量。
我國能源發(fā)展堅(jiān)持“節(jié)約、清潔、安全”的戰(zhàn)略方針，加快構(gòu)建清潔、高效、安全、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系，重點(diǎn)實(shí)施節(jié)約優(yōu)先、立足國內(nèi)、綠色低碳、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)四大戰(zhàn)略[1]。
車用能源的穩(wěn)定、清潔供應(yīng)成為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略問題，也日益成為人民群眾關(guān)注的焦點(diǎn)。發(fā)展電動(dòng)汽車、實(shí)現(xiàn)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化，推動(dòng)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，已經(jīng)形成了潮流。
我國相繼發(fā)布電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略和國家計(jì)劃，發(fā)布電動(dòng)汽車和充電設(shè)施建設(shè)的補(bǔ)貼政策，進(jìn)一步為產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明方向。蓄電池充電機(jī)建設(shè)處在迅速擴(kuò)張階段，但由于蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)方案不合理，出現(xiàn)了蓄電池充電機(jī)投資高、受益低的尷尬境地，其對(duì)蓄電池充電機(jī)重點(diǎn)中的難點(diǎn)進(jìn)行剖析，尋找更優(yōu)蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)方案迫在眉睫。
電動(dòng)汽車蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)包括：蓄電池充電機(jī)總平布置、充電系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及通信、土建及消防、輔助功能區(qū)等。其蓄電池充電機(jī)總布置涉及站區(qū)充電車位布置和交通組織、充電系統(tǒng)中涉及充電機(jī)選擇、供配電系統(tǒng)中配電變壓器容量選擇是蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。
1 蓄電池充電機(jī)總平布置
蓄電池充電機(jī)包括站內(nèi)建筑、站內(nèi)外行車道、充電區(qū)、臨時(shí)停車區(qū)及供配電設(shè)施等。站區(qū)總布置應(yīng)滿足總體規(guī)劃要求，并應(yīng)符合站內(nèi)工藝布置合理、功能區(qū)分區(qū)合理明確、充電高峰時(shí)的交通組織應(yīng)安全、便捷、順暢。
蓄電池充電機(jī)充電車位布置和站內(nèi)交通組織與停車場(chǎng)（庫）設(shè)計(jì)極為相似，但也有蓄電池充電機(jī)自身特點(diǎn)，其兩者相同和不同對(duì)比分析見表1。
表1 蓄電池充電機(jī)與停車場(chǎng)（庫）對(duì)比表
從表1中可以看出，蓄電池充電機(jī)建設(shè)不僅要考慮常規(guī)停車場(chǎng)（庫）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而且還要考慮服務(wù)電動(dòng)汽車充電接口位置、充電機(jī)類型、供配電設(shè)備布置及電纜管溝布置等，在蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)中，服務(wù)車輛充電接口位置成為蓄電池充電機(jī)總平布置中的難點(diǎn)。
蓄電池充電機(jī)服務(wù)車輛的充電接口位置決定停車方式，而停車方式又決定了通（停）車道最小寬度和交通組織。根據(jù)服務(wù)車輛的充電接口位置和蓄電池充電機(jī)總平自然地形情況，選擇適合停車方式、交通組織及蓄電池充電機(jī)出入口，其方案選擇見表2。
2 充電機(jī)選擇
蓄電池充電機(jī)按服務(wù)車輛類型不同可分公共蓄電池充電機(jī)、專用蓄電池充電機(jī)。專用蓄電池充電機(jī)屬固定服務(wù)車輛的蓄電池充電機(jī)，充電機(jī)選擇可按服務(wù)車輛電池參數(shù)，準(zhǔn)確地選擇充電機(jī)額定功率、充電電壓和充電電流，充電機(jī)的有效充電功率近乎等于充電機(jī)額定功率。因此，專用蓄電池充電機(jī)充電機(jī)選擇較為簡單。
公共蓄電池充電機(jī)屬無固定服務(wù)車輛的蓄電池充電機(jī)，必須能夠滿足進(jìn)入市場(chǎng)的各種電壓等級(jí)的電動(dòng)汽車充電需求[7]。文獻(xiàn)[3]規(guī)定電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓：144V、288V、317V、346V、400V、576V，但各汽車廠商分布許多非標(biāo)準(zhǔn)電壓的電動(dòng)汽車，這樣，公共蓄電池充電機(jī)充電機(jī)的選擇更為復(fù)雜，且不確定性。因此，本文重點(diǎn)對(duì)公共蓄電池充電機(jī)充電機(jī)選擇進(jìn)行分析。
表2 蓄電池充電機(jī)充電車位及交通組織方案表
目前廈門市乘用車充電主力是出租和網(wǎng)約車：比亞迪e5、北汽EV200、吉利帝豪EV，其車輛充電參數(shù)見表3。
表3 廈門蓄電池充電機(jī)的車充電參數(shù)表
從表3中可看出，采用同一恒電流充電機(jī)對(duì)3種不同充電電壓車型充電時(shí)，充電電壓越高充電功率越高，充電電壓越低充電功率越低。由此可見，倘若能準(zhǔn)確選擇充電機(jī)的充電電壓，或者充電機(jī)能恒功率充電，就能提高充電功率，其具體方案分析如下。
1）方案一：選擇2～3個(gè)充電電壓的充電機(jī)，一個(gè)規(guī)格對(duì)一種車型或充電參數(shù)相近的幾種車型充電[7]，但充電區(qū)域應(yīng)設(shè)車輛引導(dǎo)充電標(biāo)識(shí)，但該方案可能出現(xiàn)充電機(jī)配比與實(shí)時(shí)充電車輛不匹配，造成部分充電機(jī)閑置，充電車輛卻在排隊(duì)。
2）方案二：選用恒功率充電機(jī)。由于現(xiàn)階段的恒功率電壓范小，充電功率提高有限。例如選擇60kW充電機(jī)，充電電壓：300～600V，600～750V（恒功率），最大充電電流：100A。這樣還是會(huì)出現(xiàn)部分充電車輛的充電功率偏低的現(xiàn)象。
文獻(xiàn)[4]規(guī)定充電機(jī)額定電流和額定電壓。文獻(xiàn)[5]規(guī)定充電機(jī)輸出電壓和電流。文獻(xiàn)[6]規(guī)定直流充電接口的額定值，3個(gè)文獻(xiàn)規(guī)定的額定值見表4。
綜合上述分析與規(guī)定，公共蓄電池充電機(jī)充電機(jī)選擇可采用表中方案一和方案二中優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合配置，即是：①選擇部分充電功率：60kW，充電電壓：200～400V，400～500V，最大充電電流：150A，以滿足類似于北汽EV200的充電電壓較低的乘用車快速充電需求；②選擇部分充電機(jī)功率：60kW，充電電壓：300～600V，600～750V（恒功率），最大充電電流：100A，以滿足類似于比亞迪的充電電壓高的乘用車快速充電需求，充電高峰時(shí)作為似于北汽EV200的充電電壓較低的乘用車充電補(bǔ)充。
表4 直流充電機(jī)的充電電壓和充電電流值
3 蓄電池充電機(jī)配電變壓器容量選擇
1）充電機(jī)需要系數(shù)選取
通常來說，DC-DC變換器的效率?s高于96%，可認(rèn)為是理想變換器將其損耗忽略不計(jì)，線路效率?L的一般為0.95～0.98，且供電線路較短，其損耗可忽略不計(jì)。
負(fù)荷系數(shù)Ks與充電機(jī)類型、服務(wù)車輛需求有關(guān)，從充電機(jī)的選擇分析中可以看出，專用充電機(jī)的負(fù)荷系數(shù)Ks相對(duì)比較高，公共充電機(jī)的負(fù)荷系數(shù)Ks較低。
同時(shí)，運(yùn)行系數(shù)Kt與電動(dòng)汽車的充電需求及車樁比有關(guān)，充電需求與電動(dòng)車的續(xù)駛里程、日行駛里程、開始充電時(shí)間有關(guān)。
廈門現(xiàn)階段主要充電車是出租車和網(wǎng)約車。出租車采用兩班制運(yùn)營方式，每天日行駛里程在300km左右，車每天充電2～4次，主要是飯間、休息和換班前快充補(bǔ)電[9]；網(wǎng)約車每天行駛里程在200km左右，每天充電2～3次，主要是飯間、休息及出行低谷期。
因此，充電時(shí)間集中，廈門島內(nèi)交通便利蓄電池充電機(jī)出現(xiàn)爆滿排隊(duì)充電現(xiàn)象，此類的充電高峰期無法錯(cuò)開，其同時(shí)運(yùn)行系數(shù)Kt應(yīng)取1。
綜合上述分析，公共蓄電池充電機(jī)需要系數(shù)主要取決于充電機(jī)負(fù)荷系數(shù)Ks，除了上述與充電機(jī)類型、服務(wù)車輛需求有關(guān)外，從表5中可看出，同一功率配置不同充電電壓和充電流，對(duì)同一車類型充電時(shí)最大的負(fù)荷系數(shù)是不同的。
表5 電動(dòng)汽車充電參數(shù)表
從圖1中可看出，實(shí)際充電曲線是由充電電流曲線和充電電壓曲線組成，其整個(gè)充電過程中動(dòng)態(tài)跟蹤蓄電池可接受的充電電流，即充電機(jī)根據(jù)電池的充電狀態(tài)確定充電參數(shù)，使充電電流始終保持在電池可接受的充電電流曲線附近。
從圖1中還可看出，充電過程一般分為4個(gè)階段：①SOC在0～10%時(shí)，充電電流較大，充電電壓先有一小幅跳變后急劇上升；②SOC在10%～80%時(shí)，充電電流繼續(xù)保持，充電電壓緩慢升高；③SOC在80%～98%時(shí)，充電電流急劇下降，充電電壓繼續(xù)逐步升高；④SOC在98%～100%時(shí)，充電電流微小保持，充電電壓又再次急劇升高；表5中最大充電功率在實(shí)際充電過程中不會(huì)出現(xiàn)。
同時(shí)，在充電過程中，充電電流電壓還受到電池溫度和環(huán)境溫度影響，某一車型在同一充電機(jī)上每一次充電時(shí)的負(fù)荷系數(shù)Ks是不同的。
圖1 電動(dòng)汽車的充電曲線
廈門現(xiàn)有蓄電池充電機(jī)的變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)也驗(yàn)證上述分析。根據(jù)國網(wǎng)車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)，廈門目前蓄電池充電機(jī)的充電熱度（充電量）排在全國前8位，廈門島內(nèi)的華榮蓄電池充電機(jī)和雙涵蓄電池充電機(jī)的充量車輛經(jīng)常出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象，但這兩個(gè)站蓄電池充電機(jī)的變壓器負(fù)載率卻不高。其運(yùn)行數(shù)據(jù)見表6。
表6 蓄電池充電機(jī)配電變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)表
綜合上述蓄電池充電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、充電參數(shù)及充電曲線分析，公共蓄電池充電機(jī)充電機(jī)負(fù)荷系數(shù)可取0.37～0.44，根據(jù)式（2），考慮充電機(jī)效率?s、同時(shí)運(yùn)行系數(shù)Kt、線路效率?L后，充電機(jī)的需要系數(shù)可取0.45，考慮今后充電機(jī)真正實(shí)現(xiàn)恒功率，可提高充電機(jī)負(fù)荷系數(shù)，充電機(jī)需要系數(shù)上限可取0.7。
2）變壓器容量選擇
4 結(jié)論
通過對(duì)蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)中的難點(diǎn)分析，提出現(xiàn)階段行之有效的設(shè)計(jì)方案，以降低項(xiàng)目投資，提高蓄電池充電機(jī)充電效率。
1）通過對(duì)充電車位的停車方式和站區(qū)交通組織分析，針對(duì)充電接中位置不同車輛和不同站區(qū)自然地形，選擇不同停車方式和交通組織方案，以合理確定總平布置。
2）通過對(duì)廈門現(xiàn)有蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)參數(shù)和充電主力車型充電參數(shù)的分析，提出公共蓄電池充電機(jī)可選擇2～3種規(guī)格恒功率充電機(jī)。
3）通過對(duì)蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)負(fù)荷系數(shù)、變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出公共蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)需要系數(shù)可取0.45～0.7，以合理選擇變壓器容量。
近年來，我國電動(dòng)汽車發(fā)展和蓄電池充電機(jī)充電設(shè)施的建設(shè)都取得長足進(jìn)步，但電動(dòng)汽車廠商推出電動(dòng)汽車動(dòng)力電池參數(shù)差異較大及充電接口位置不同，充電機(jī)還未真正實(shí)現(xiàn)全范圍恒功率等因素制約行業(yè)的健康發(fā)展，只有同類型電動(dòng)汽車動(dòng)力電池參數(shù)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，充電機(jī)真正實(shí)現(xiàn)恒功率，才能有效消除了因?yàn)檐囕v充電電流電壓和充電接口位置差異等不確定因素。
因此，現(xiàn)有階段只能通過深度剖析蓄電池充電機(jī)重點(diǎn)中的難點(diǎn)，優(yōu)化蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)方案，才能提高蓄電池充電機(jī)的投資效益，吸引更多的社會(huì)資金和力量參與蓄電池充電機(jī)建設(shè)。
本文對(duì)蓄電池充電機(jī)總平布置、充電機(jī)的選擇、變壓器容量選擇中的難點(diǎn)進(jìn)行分析：通過對(duì)充電車位的停車方式和站區(qū)交通組織分析，針對(duì)充電接中位置不同車輛和不同站區(qū)自然地形，提出了合理的蓄電池充電機(jī)總平布置方案。
通過對(duì)廈門蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)參數(shù)、廈門市乘用車主要車型充電參數(shù)分析，提出了充電選型方案對(duì)比分析，給出充電機(jī)選擇的優(yōu)化方案。通過對(duì)蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)負(fù)荷系數(shù)、變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出適合公共蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)需要系數(shù)值，最終合理選擇蓄電池充電機(jī)配電變壓器容量。
我國能源發(fā)展堅(jiān)持“節(jié)約、清潔、安全”的戰(zhàn)略方針，加快構(gòu)建清潔、高效、安全、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系，重點(diǎn)實(shí)施節(jié)約優(yōu)先、立足國內(nèi)、綠色低碳、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)四大戰(zhàn)略[1]。
車用能源的穩(wěn)定、清潔供應(yīng)成為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略問題，也日益成為人民群眾關(guān)注的焦點(diǎn)。發(fā)展電動(dòng)汽車、實(shí)現(xiàn)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化，推動(dòng)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，已經(jīng)形成了潮流。
我國相繼發(fā)布電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略和國家計(jì)劃，發(fā)布電動(dòng)汽車和充電設(shè)施建設(shè)的補(bǔ)貼政策，進(jìn)一步為產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明方向。蓄電池充電機(jī)建設(shè)處在迅速擴(kuò)張階段，但由于蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)方案不合理，出現(xiàn)了蓄電池充電機(jī)投資高、受益低的尷尬境地，其對(duì)蓄電池充電機(jī)重點(diǎn)中的難點(diǎn)進(jìn)行剖析，尋找更優(yōu)蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)方案迫在眉睫。
電動(dòng)汽車蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)包括：蓄電池充電機(jī)總平布置、充電系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及通信、土建及消防、輔助功能區(qū)等。其蓄電池充電機(jī)總布置涉及站區(qū)充電車位布置和交通組織、充電系統(tǒng)中涉及充電機(jī)選擇、供配電系統(tǒng)中配電變壓器容量選擇是蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。
1 蓄電池充電機(jī)總平布置
蓄電池充電機(jī)包括站內(nèi)建筑、站內(nèi)外行車道、充電區(qū)、臨時(shí)停車區(qū)及供配電設(shè)施等。站區(qū)總布置應(yīng)滿足總體規(guī)劃要求，并應(yīng)符合站內(nèi)工藝布置合理、功能區(qū)分區(qū)合理明確、充電高峰時(shí)的交通組織應(yīng)安全、便捷、順暢。
蓄電池充電機(jī)充電車位布置和站內(nèi)交通組織與停車場(chǎng)（庫）設(shè)計(jì)極為相似，但也有蓄電池充電機(jī)自身特點(diǎn)，其兩者相同和不同對(duì)比分析見表1。
表1 蓄電池充電機(jī)與停車場(chǎng)（庫）對(duì)比表
從表1中可以看出，蓄電池充電機(jī)建設(shè)不僅要考慮常規(guī)停車場(chǎng)（庫）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而且還要考慮服務(wù)電動(dòng)汽車充電接口位置、充電機(jī)類型、供配電設(shè)備布置及電纜管溝布置等，在蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)中，服務(wù)車輛充電接口位置成為蓄電池充電機(jī)總平布置中的難點(diǎn)。
蓄電池充電機(jī)服務(wù)車輛的充電接口位置決定停車方式，而停車方式又決定了通（停）車道最小寬度和交通組織。根據(jù)服務(wù)車輛的充電接口位置和蓄電池充電機(jī)總平自然地形情況，選擇適合停車方式、交通組織及蓄電池充電機(jī)出入口，其方案選擇見表2。
2 充電機(jī)選擇
蓄電池充電機(jī)按服務(wù)車輛類型不同可分公共蓄電池充電機(jī)、專用蓄電池充電機(jī)。專用蓄電池充電機(jī)屬固定服務(wù)車輛的蓄電池充電機(jī)，充電機(jī)選擇可按服務(wù)車輛電池參數(shù)，準(zhǔn)確地選擇充電機(jī)額定功率、充電電壓和充電電流，充電機(jī)的有效充電功率近乎等于充電機(jī)額定功率。因此，專用蓄電池充電機(jī)充電機(jī)選擇較為簡單。
公共蓄電池充電機(jī)屬無固定服務(wù)車輛的蓄電池充電機(jī)，必須能夠滿足進(jìn)入市場(chǎng)的各種電壓等級(jí)的電動(dòng)汽車充電需求[7]。文獻(xiàn)[3]規(guī)定電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓：144V、288V、317V、346V、400V、576V，但各汽車廠商分布許多非標(biāo)準(zhǔn)電壓的電動(dòng)汽車，這樣，公共蓄電池充電機(jī)充電機(jī)的選擇更為復(fù)雜，且不確定性。因此，本文重點(diǎn)對(duì)公共蓄電池充電機(jī)充電機(jī)選擇進(jìn)行分析。
表2 蓄電池充電機(jī)充電車位及交通組織方案表
目前廈門市乘用車充電主力是出租和網(wǎng)約車：比亞迪e5、北汽EV200、吉利帝豪EV，其車輛充電參數(shù)見表3。
表3 廈門蓄電池充電機(jī)的車充電參數(shù)表
從表3中可看出，采用同一恒電流充電機(jī)對(duì)3種不同充電電壓車型充電時(shí)，充電電壓越高充電功率越高，充電電壓越低充電功率越低。由此可見，倘若能準(zhǔn)確選擇充電機(jī)的充電電壓，或者充電機(jī)能恒功率充電，就能提高充電功率，其具體方案分析如下。
1）方案一：選擇2～3個(gè)充電電壓的充電機(jī)，一個(gè)規(guī)格對(duì)一種車型或充電參數(shù)相近的幾種車型充電[7]，但充電區(qū)域應(yīng)設(shè)車輛引導(dǎo)充電標(biāo)識(shí)，但該方案可能出現(xiàn)充電機(jī)配比與實(shí)時(shí)充電車輛不匹配，造成部分充電機(jī)閑置，充電車輛卻在排隊(duì)。
2）方案二：選用恒功率充電機(jī)。由于現(xiàn)階段的恒功率電壓范小，充電功率提高有限。例如選擇60kW充電機(jī)，充電電壓：300～600V，600～750V（恒功率），最大充電電流：100A。這樣還是會(huì)出現(xiàn)部分充電車輛的充電功率偏低的現(xiàn)象。
文獻(xiàn)[4]規(guī)定充電機(jī)額定電流和額定電壓。文獻(xiàn)[5]規(guī)定充電機(jī)輸出電壓和電流。文獻(xiàn)[6]規(guī)定直流充電接口的額定值，3個(gè)文獻(xiàn)規(guī)定的額定值見表4。
綜合上述分析與規(guī)定，公共蓄電池充電機(jī)充電機(jī)選擇可采用表中方案一和方案二中優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合配置，即是：①選擇部分充電功率：60kW，充電電壓：200～400V，400～500V，最大充電電流：150A，以滿足類似于北汽EV200的充電電壓較低的乘用車快速充電需求；②選擇部分充電機(jī)功率：60kW，充電電壓：300～600V，600～750V（恒功率），最大充電電流：100A，以滿足類似于比亞迪的充電電壓高的乘用車快速充電需求，充電高峰時(shí)作為似于北汽EV200的充電電壓較低的乘用車充電補(bǔ)充。
表4 直流充電機(jī)的充電電壓和充電電流值
3 蓄電池充電機(jī)配電變壓器容量選擇
1）充電機(jī)需要系數(shù)選取
通常來說，DC-DC變換器的效率?s高于96%，可認(rèn)為是理想變換器將其損耗忽略不計(jì)，線路效率?L的一般為0.95～0.98，且供電線路較短，其損耗可忽略不計(jì)。
負(fù)荷系數(shù)Ks與充電機(jī)類型、服務(wù)車輛需求有關(guān)，從充電機(jī)的選擇分析中可以看出，專用充電機(jī)的負(fù)荷系數(shù)Ks相對(duì)比較高，公共充電機(jī)的負(fù)荷系數(shù)Ks較低。
同時(shí)，運(yùn)行系數(shù)Kt與電動(dòng)汽車的充電需求及車樁比有關(guān)，充電需求與電動(dòng)車的續(xù)駛里程、日行駛里程、開始充電時(shí)間有關(guān)。
廈門現(xiàn)階段主要充電車是出租車和網(wǎng)約車。出租車采用兩班制運(yùn)營方式，每天日行駛里程在300km左右，車每天充電2～4次，主要是飯間、休息和換班前快充補(bǔ)電[9]；網(wǎng)約車每天行駛里程在200km左右，每天充電2～3次，主要是飯間、休息及出行低谷期。
因此，充電時(shí)間集中，廈門島內(nèi)交通便利蓄電池充電機(jī)出現(xiàn)爆滿排隊(duì)充電現(xiàn)象，此類的充電高峰期無法錯(cuò)開，其同時(shí)運(yùn)行系數(shù)Kt應(yīng)取1。
綜合上述分析，公共蓄電池充電機(jī)需要系數(shù)主要取決于充電機(jī)負(fù)荷系數(shù)Ks，除了上述與充電機(jī)類型、服務(wù)車輛需求有關(guān)外，從表5中可看出，同一功率配置不同充電電壓和充電流，對(duì)同一車類型充電時(shí)最大的負(fù)荷系數(shù)是不同的。
表5 電動(dòng)汽車充電參數(shù)表
從圖1中可看出，實(shí)際充電曲線是由充電電流曲線和充電電壓曲線組成，其整個(gè)充電過程中動(dòng)態(tài)跟蹤蓄電池可接受的充電電流，即充電機(jī)根據(jù)電池的充電狀態(tài)確定充電參數(shù)，使充電電流始終保持在電池可接受的充電電流曲線附近。
從圖1中還可看出，充電過程一般分為4個(gè)階段：①SOC在0～10%時(shí)，充電電流較大，充電電壓先有一小幅跳變后急劇上升；②SOC在10%～80%時(shí)，充電電流繼續(xù)保持，充電電壓緩慢升高；③SOC在80%～98%時(shí)，充電電流急劇下降，充電電壓繼續(xù)逐步升高；④SOC在98%～100%時(shí)，充電電流微小保持，充電電壓又再次急劇升高；表5中最大充電功率在實(shí)際充電過程中不會(huì)出現(xiàn)。
同時(shí)，在充電過程中，充電電流電壓還受到電池溫度和環(huán)境溫度影響，某一車型在同一充電機(jī)上每一次充電時(shí)的負(fù)荷系數(shù)Ks是不同的。
圖1 電動(dòng)汽車的充電曲線
廈門現(xiàn)有蓄電池充電機(jī)的變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)也驗(yàn)證上述分析。根據(jù)國網(wǎng)車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)，廈門目前蓄電池充電機(jī)的充電熱度（充電量）排在全國前8位，廈門島內(nèi)的華榮蓄電池充電機(jī)和雙涵蓄電池充電機(jī)的充量車輛經(jīng)常出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象，但這兩個(gè)站蓄電池充電機(jī)的變壓器負(fù)載率卻不高。其運(yùn)行數(shù)據(jù)見表6。
表6 蓄電池充電機(jī)配電變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)表
綜合上述蓄電池充電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、充電參數(shù)及充電曲線分析，公共蓄電池充電機(jī)充電機(jī)負(fù)荷系數(shù)可取0.37～0.44，根據(jù)式（2），考慮充電機(jī)效率?s、同時(shí)運(yùn)行系數(shù)Kt、線路效率?L后，充電機(jī)的需要系數(shù)可取0.45，考慮今后充電機(jī)真正實(shí)現(xiàn)恒功率，可提高充電機(jī)負(fù)荷系數(shù)，充電機(jī)需要系數(shù)上限可取0.7。
2）變壓器容量選擇
4 結(jié)論
通過對(duì)蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)中的難點(diǎn)分析，提出現(xiàn)階段行之有效的設(shè)計(jì)方案，以降低項(xiàng)目投資，提高蓄電池充電機(jī)充電效率。
1）通過對(duì)充電車位的停車方式和站區(qū)交通組織分析，針對(duì)充電接中位置不同車輛和不同站區(qū)自然地形，選擇不同停車方式和交通組織方案，以合理確定總平布置。
2）通過對(duì)廈門現(xiàn)有蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)參數(shù)和充電主力車型充電參數(shù)的分析，提出公共蓄電池充電機(jī)可選擇2～3種規(guī)格恒功率充電機(jī)。
3）通過對(duì)蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)負(fù)荷系數(shù)、變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出公共蓄電池充電機(jī)的充電機(jī)需要系數(shù)可取0.45～0.7，以合理選擇變壓器容量。
近年來，我國電動(dòng)汽車發(fā)展和蓄電池充電機(jī)充電設(shè)施的建設(shè)都取得長足進(jìn)步，但電動(dòng)汽車廠商推出電動(dòng)汽車動(dòng)力電池參數(shù)差異較大及充電接口位置不同，充電機(jī)還未真正實(shí)現(xiàn)全范圍恒功率等因素制約行業(yè)的健康發(fā)展，只有同類型電動(dòng)汽車動(dòng)力電池參數(shù)趨于標(biāo)準(zhǔn)化，充電機(jī)真正實(shí)現(xiàn)恒功率，才能有效消除了因?yàn)檐囕v充電電流電壓和充電接口位置差異等不確定因素。
因此，現(xiàn)有階段只能通過深度剖析蓄電池充電機(jī)重點(diǎn)中的難點(diǎn)，優(yōu)化蓄電池充電機(jī)設(shè)計(jì)方案，才能提高蓄電池充電機(jī)的投資效益，吸引更多的社會(huì)資金和力量參與蓄電池充電機(jī)建設(shè)。
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