电动汽车充电技术现状与发展

电动汽车充电桩发展的现状与发展 2015 6 28 2 充电设施建设不是简单的技术问题 而是复杂的系统工程 3 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 4 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 5 6 7 8 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 9 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 10 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 11 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 12 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 13 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 14 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 15 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 16 中国电力企业联合会 17 18 19 中国电力企业联合会 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 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 42 43 4电动汽车充电设施的运行使用 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 44 45 46 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 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 47 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 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 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 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 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 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 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 53 电动汽车有序充电控制架构 54 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 6 12 18 24 2 5 2 0 1 5 1 0 0 5 0 Example Equipmentofonehouse southeast2 6kW southwest1 4kW Fine Cloudy Rain 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 58 59 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 60 驱动电机 动力蓄电池 61 中国电力企业联合会 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 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 77 与智慧城市 智能电网发展相协调电动汽车充电是智能电网的智能用电的一部分 在我国智能电网规划中 2011年 2015年是 健全标准体系 支撑全面建设 时期 目标是 建设智能双向互动服务平台和相关技术支持平台 实现与电力用户的电力流 信息流 业务流的双向互动 78 国际标准化工作的需求电动汽车及充电设施国际标准化活动十分活跃 国际电工委员会 IEC 国际标准化组织 ISO 的相关技术委员会启动了一系列国际标准制修订工作 中国必须紧跟上国际标准化工作的步伐 79 80 81 电动汽车未来将逐渐由政府主导的公用车辆 公交 出租 环卫等 逐渐向私人乘用车辆发展 充电设施也将逐渐由快充和换电逐渐向慢充为主 快充为辅的模式发展 82 大功率充电 针对目前公用车辆的大量使用 大功率充电将存在一定的需求 在合理规划的