电动汽车充电技术及基础设施建设

电动汽车充电技术及基础设施建设ElectricVehicleChargingTechnologyand

Infrastructure电动汽车充电技术

基础设施王震坡

张雷刘鹏

孙逢春

编著

2025-07-22a第九章

充电设施布局规划与选址

充电设施布局规划的原则与思路

电动汽车保有量的预测⽅法

充电设施布局规划模型

充电设施选址的影响因素与原则 第六章

充电基础设施

充电基础设施的分类与功能

充电站的布局及拓扑结构

充电站供配电系统

充电站运⾏维护与安全管理第⼆章

电动汽车相关基础知识电动汽车的分类电动汽车的应⽤领域与应⽤模式

动⼒电池技术基础s第三章

动⼒电池的充电⽅法

充电⽅法的评价指标

锂离⼦电池充放电特性

常规与快速充电⽅法a第七章

充电站监控系统

充电站监控系统的基本功能

充电站监控系统的⽹络结构

充电机监控单元与外界的通信协议 第⼋章

换电技术

动⼒电池⾃动更换技术

动⼒电池⼿动更换技术

换电模式应⽤案例第⼀章

概述充电技术的发展现状与趋势国内外充电基础设施发展现状第五章

充电机测试充电机测试分类充电系统互操作性测试第四章

充电机充电机的分类与构成

充电策略充电机主电路⼯作原理课程内容2/49

概述要点充电技术演进从传统充电⽅法到快速充电技术

，充电⽅式不断创新

，充电效率持

续提⾼。基础设施建设充电基础设施是电动汽车推⼴应⽤的重要⽀撑

，其建设速度和质量

直接影响电动汽车发展。全球发展对⽐各国充电技术和基础设施发展不平衡

，政策⽀持⼒度和市场接受度

存在差异。

本章内容

充电技术的发展现状

充电技术的发展趋势

国外充电基础设施发展现状

国内充电基础设施发展现状

章节意义了解电动汽车充电技术及基础设施的发展历程、现状与趋势

，为后续深⼊学

习打下基础

，并把握⾏业发展⽅向。通过对⽐国内外发展情况

，认识我国在

此领域的优势与挑战。第⼀章概述

3/49代表性⽆线充电应⽤

⾼通公司Halo系统2014年Formula

E⽐赛中展⽰

，基于磁共振传播效应

，充电效率超

过90%

，可变换充电功率

中国⽆线充电技术发展.中惠创智(2016年)：展⽰6.6kW⽆线充电桩

，传输距离20cm

，

效率达90%·中兴新能源：研发3~60kW系列产品

，在30多个城市开通⽆线充

电公交线路三种⽆线充电技术类型：1.感应⽆线充电技术：利⽤电磁感应原理进⾏短程⼤功率传输2.WiTricity技术：基于⾮辐射交变磁场耦合实现中程传输3.远程传输技术：通过微波或激光形式进⾏远程电能传输20世纪末已开始研究，现已在世界主要发达国家⼤范围开展

分级定电流充电法：针对传统充电⽅法缓慢的缺点

脉冲式充电法：

C.C.Chan和K.C.Chu提出

，通过周期性断开测量电池开路电压

间歇充电法：厦⻔⼤学陈体衔教授提出

，将恒流阶段改为限电压变电流间歇充电

智能充电法：利⽤模糊控制等智能技术控制充电过程

充电技术发展要点

从简单控制向智能化、

⾃适应⽅向发展

从有线充电向⽆线充电技术转变

充电速度和效率不断提⾼

对电池寿命保护更加重视1887年

，

Peukert通过不同放电速率实验

，预测电池在不同放电速率下的容量

1935年

，Woodbrode发现温度对充电特性的影响

1967年

，J.A.MAS研究⽓体析出现象并应⽤于充电电压控制

恒流充电和恒压充电最早采⽤的⽅法

，控制电路简单

，但充电时间⻓

，控制不当会影响电池寿命

分段式充电法包括⼆段式和三段式充电法

，在恒流法和恒压法基础上改进

，技术简单

，成本低1.1

充电技术的发展现状

早期研究

(1887-1967)

快速充电技术发展

现代⽆线充电技术

传统充电⽅法

4/49z

⼤功率提⾼充电功率

，实现电池的快速充电

，缓解

电动汽车续驶⾥程短的问题。⼤功率充电技

术能够改进电动汽车续驶⾥程短、

充电时间

⻓

、使⽤不⽅便的缺点。a

通⽤性确保充电设备能够适应不同类型动⼒电池的

充电控制算法、

电压等级

，并且可以与各类

电动汽车的动⼒电池系统的充电特性进⾏匹

配。

⽹络化基于⽹络化的管理体制对⼤量充电机进⾏有

效的协调管理

，使⽤中央控制主机监控分散

的充电机

，实现集中管理

，统⼀标准

，降低

使⽤和管理成本。e

⾼效化选择具有电能转换效率⾼

、建设成本低的充

电装置。

充电设施的充电效率和能耗指标不

仅影响电动汽车的充电时间

，⽽且直接影响

运⾏运作费⽤。

智能化包括对充电技术、

充电设施进⾏优化

，对电

池电量进⾏智能化计算与管理

，对电池故障

⾃动诊断和维护等

，提⾼充电安全性和⼯作

效率。

集成化充电系统将会和电动汽车能量管理系统以及

其他⼦系统集成为⼀个整体

，为电动汽车节

约布置空间

，降低系统成本

，优化充电效果

，延⻓电池寿命。随着电动汽车技术的不断发展和进步

，

电动汽车对

于充电系统实⽤性的要求也越来越⾼

，为了适应电

动汽车的快速发展

，充电技术正朝着以下六⼤趋势

发展。1.2

充电技术的发展趋势

5/49e

欧洲

2016年11⽉，宝⻢

、戴姆勒、福特与⼤众联

合签署谅解备忘录

，共建⾼压充电⽹络

2017年11⽉成⽴合资公司Ionity

，⾸批将建

⽴约400个快充站

计划到2020年

，建成千余个充电站

，充电功

率⾼达350kW

欧盟计划建造连接荷兰、

⽐利时、德国和奥地

利的25个充电站点

，预计花费1300万欧元

计划到2019年

，所有新建或改建住房必须安

装电动汽车充电设施

特点：政策驱动

，通过法规推动充电基础设施建设

，汽车制造商合作共建⾼功率充电⽹络

⽇本

制定明确的电动汽车充电站建设计划

，成功开

发⼤型快速充电器

在超市停车场、便利店及邮局等公共场所建设

充电设备

东京电⼒公司计划3年内建造千余座充电站

截⾄2015年底

，公共充电桩约22,110个，其中快速直流充电桩5,990个

，普通交流充电

桩16,120个

提前5年完成《⽇本下⼀代汽车战略2010》

中提出的建设5000个快速直流充电桩⽬标

特点：充电设施分布合理

，直流充电桩主要建在汽车销售

店、便利店等

，交流充电桩主要在酒店、停车场等

美国

截⾄2016年

，建成14,300个公共充电站

，

公共充电桩超过4.4万个

2016年7⽉，能源部宣布贷款45亿美元⽀持

充电站建设

特斯拉已建设71座超级充电站

，充电功率达

120kW

，30分钟可充240km电量

计划建设48条快速充电⾛廊

，覆盖35个州

，

共4.02万公⾥公路⽹

充电站分布于餐厅、休息站和购物中⼼等

，每

两站相距约50英⾥

特点：充电基础设施主要分布在东部和西部沿海地区

，重

点发展⾼功率快充⽹络

国际趋势总结各国政府积极推动充电基础设施建设

，侧重点有所不同：美国注重⾼速公路快充⽹络建设

，欧洲通过政策法规和汽车制造商联合推进

，

⽇本则重视城市内充电便利性。

充电技术向⾼功率、快速充电⽅向发展

，充电设施选址更加科学合理。1.3

国外充电基础设施发展现状6/49

换电模式探索

北汽新能源采⽤底盘换电技术

，截⾄2017年6⽉底

，北京地区已建

成换电站68座

⼒帆集团采⽤分箱换电技术

，截⾄2017年3⽉，旗下盼达⽤车累计

投⼊使⽤换电技术的运营车辆超过7000辆

⼒帆集团计划到2020年建设500座换电站

，并投放30万辆电池更换

式新能源汽车

换电站每台新能源汽车平均换电时间为3min

，每座换电站每天可为

2000辆新能源汽车更换电池e建设规模

截⾄2017年9⽉，我国电动汽车公共充电桩达到19万个

交流充电桩74,783个

，直流充电桩49,717个

，交直流⼀体充电桩

66,059个

私⼈充电桩总数达16.7万个

国家电⽹计划到2020年建成充电站1万座、

充电桩12万个 技术特点

我国充电基础设施发展进⼊新阶段

，标准体系不断完善

在北京地区

，

电动汽车有10万多辆

，充电桩已建设9.75万个

，基本

实现⼀车⼀桩

充电站智能监控系统实现对充电过程的实时监测和管理 地区分布"⼗⼆五"期间

，我国已在京津冀鲁和⻓三角地区主要城市间的⾼速公路建成快速充电⽹络

，覆盖⾼速公路1.1万km

"⼗三五"期间计划覆盖⾼速公路3.6万km

在北京、

上海、杭州等城市形成半径不超过1km的公共快充⽹络

发展挑战国家电⽹和南⽅电⽹公司也将换电模式作为电动汽车发展的重要模式

，

在各⾃的辖区范围内开展了相关的⽰范建设。但电池控制权和标准化建

设等⽅⾯的问题迟滞了换电站的进⼀步推⼴应⽤。1.4

国内充电基础设施发展现状

7/49本章介绍电动汽车的基本分类、

应⽤模式以及动⼒电池技术的基础知识

，为理解电动汽车充电技术奠定基础。常⽤动⼒电池类型讲解铅酸电池、镍氢电池、锂离⼦电池等不同类

型电池的特点、优缺点及其在电动汽车中的应⽤。e

学习⽬标

掌握电动汽车的分类及特点

了解电动汽车的应⽤模式

理解动⼒电池的基本⼯作原理

掌握电池管理系统的功能电动汽车的分类包括纯电动汽车(BEV)、混合动⼒汽车(HEV)、插电式混合动⼒汽车(PHEV)和燃料电池电动汽

车(FCEV)等不同类型及其特点。动⼒电池技术基础介绍化学能转换为电能的基本原理、

动⼒电池的

基本结构和参数

，

以及电池管理系统的功能和作

⽤。应⽤领域与模式探讨电动汽车在分时租赁、

融资租赁和电池租赁

等商业模式下的应⽤，

以及在公共交通、私⼈出

⾏等领域的实际应⽤。第⼆章

电动汽车相关基础知识介绍BMS的基本构成、功能及其在保障电池安

全、延⻓电池寿命⽅⾯的关键作⽤。电池管理系统(BMS)

8/49系列-并联混合动⼒系统⽰意图系列-并联混合动⼒电动汽车结构图⽰类型动⼒来源充电⽅式主要优势主要挑战BEV电池外部充电零排放

，维护成本低续航⾥程

，充电时间HEV燃油+电池⾃⾝发电燃油经济性

，⽆需充电仍有排放

，结构复杂PHEV燃油+电池外部充电+⾃⾝发电灵活性

，⾥程焦虑⼩结构复杂

，成本⾼电动汽车发展趋势.

各国相继公布纯燃油汽车退市时间表

德国：2030年禁⽌销售纯燃油汽车.

法国：2040年禁⽌销售纯燃油汽车.

预计到2030年

，新上市车型中四分之⼀为电动汽车

到2040年

，

电动汽车将占全球汽车保有量的三分之⼀插电式混合动⼒汽车(PHEV).可通过外部电源充电.⽐普通混合动⼒电池容量更⼤.可在纯电动模式下⾏驶⼀定距离.

结合了BEV和HEV的优点

.

减少对充电设施依赖

燃料电池电动汽车

(FCEV).

使⽤氢燃料电池产⽣电能.

零排放（仅排⽔蒸⽓）.

续航⾥程⻓于纯电动汽车.需要氢⽓加注基础设施.

加氢速度快

，类似加油纯电动汽车

(BEV)完全由电池提供动⼒零尾⽓排放续驶⾥程有限需要充电基础设施电机效率⾼

，噪⾳⼩

混合动⼒电动汽车

(HEV).

结合内燃机与电⼒驱动系统.

不能通过外部电源充电.制动能量回收系统.

燃油经济性优于传统汽车.减少排放

，不需充电设施2.1

电动汽车的分类FCEV

氢燃料电池加注氢⽓零排放

，加注快速基础设施不⾜

，成本⾼电动汽车类型对⽐9/49

电池租赁模式

⽤户购买车辆但租⽤电池

，分离车辆与电

池所有权

降低车辆初始购买成本（

电池占总成本

30%~40%）

减轻⽤户对电池寿命和性能衰减的顾虑

适⽤场景：

商⽤车队、

出租车、物流车等⾼

频使⽤场景车分享模式

（分时租赁）

⽤户⽆需购买车辆

，按需租⽤电动汽车

通过移动应⽤实现车辆定位、预约、解锁

等操作

降低⽤户使⽤成本

，提⾼车辆利⽤率

适⽤场景：城市短途出⾏

、通勤代步。

融资租赁模式

⽤户通过分期付款⽅式获得车辆使⽤权

降低⽤户购车初始资⾦压⼒

租赁期满后

，⽤户可选择购买车辆或更新

租约

适⽤场景：个⼈⻓期⽤车、企业车队建设模式对⽐与发展趋势

各种模式相互融合

，形成多元化商业⽣态⽤户需求多样化推动应⽤模式创新城市化与共享经济促进新模式发展2.2

电动汽车的应⽤领域与应⽤模式电动汽车应⽤模式多样化

，适应不同⽤户需求与市场环境

，主要包括以下三种商业模式：

10/49

化学能电能转换原理动⼒电池是⼀种能量转换装置

，通过电化学反应将化学能转化为电能。

在充电过程中将电能转化为化学能储存

，放电时则将化学能释放为电能

驱动车辆运⾏。

动⼒电池的分类

按电化学体系：铅酸电池、镍氢电池、锂离⼦电池等

按电解质类型：⽔系电解质、有机电解质、

固体电解质等

按应⽤场景：乘⽤车⽤

、商⽤车⽤

、特种车辆⽤等2.3

动⼒电池技术基础

电动汽车动⼒系统的核⼼组成部分 动⼒电池的基本结构基本结构层次：

电池单体

(Cell)

电池模块

(Module)

电池包

(Pack)电压(V)容量(Ah)：标称电压、

⼯作电压

范围：标称容量、

实际容

量电池单体组成：

正极材料

负极材料 电解质 隔膜

外壳与极⽿e动⼒电池的基本参数⾃放电

率：静置状态下容量损

失率：直流内阻、

交流内

阻

能量

(Wh)

：总能量、

⽐能量功率

(W)

：输出功率、

⽐功率循环寿命：充放电循环次数内阻(mΩ)

11/49e

铅酸电池⼯作电压：

约2.0V/单体能量密度：

30~40Wh/kg优点：.成本低廉.技术成熟 回收体系完善.低温性能较好缺点： 能量密度低.

重量⼤.循环寿命有限·环境污染风险应⽤场景：低速电动车、早期电动车、启停系统s

锂离⼦电池⼯作电压：

3.2~3.7V/单体能量密度：

90~250Wh/kg优点：.能量密度⾼.

循环寿命⻓.

⾃放电率低

⽆记忆效应缺点：.

成本较⾼

安全性需特别关注

需要精确的电池管理系统应⽤场景：主流纯电动汽车、插电式混合动⼒汽车

镍氢电池⼯作电压：

约1.2V/单体能量密度：

60~80Wh/kg优点： 安全性能好.

环境友好.

成本适中

温度适应性较好缺点：.

能量密度中等 有—定记忆效应

⾃放电率较⾼应⽤场景：混合动⼒汽车、早期电动汽车2.4

常⽤动⼒电池类型电动汽车动⼒电池是电动汽车的核⼼部件

，不同类型的电池具有不同的特性和应⽤场景。

⽬前主要的动⼒电池类型包括锂离⼦电池、镍氢电池和铅酸电池。

12/49

BMS

主要功能g

参数监测监测电池电压、

电流、温度等参数

均衡控制平衡各电池单元之间的电压差异

BMS

组成结构

主控制单元系统核⼼

，协调各功能模块

均衡控制模块调节电池单元间能量分布

BMS

⼯作原理

状态估算计算SOC（荷电状态）、SOH（健康状态），预测电池可⽤容量和剩余寿命

BMS

定义电池管理系统(BMS)是动⼒电池系统的核⼼部件

，负责监

控、保护和管理电池系统

，确保电池安全、

⾼效地运⾏。A重要性

保障电池安全

，防⽌过充电、过放电和过热

延⻓电池使⽤寿命

优化电池性能

，提⾼能量利⽤效率

提供电池状态信息

，⽀持充电决策2.5

电池管理系统

(BMS)

数据采集与处理实时采集电压、

电流、温度等参数

，通过算法进⾏数据处理与分析

保护与控制根据监测数据

，执⾏电池保护策略

，必要时断开电路

，防⽌安全事故

通信接⼝模块与外部设备数据交换

电流采集模块监测电池充放电电流

温度采集模块监控电池温度状态

电压采集模块测量单体电池电压

SOC估算。安全保护过充、过放、过温等多重保护机制准确计算电池荷电状态13/49第三章

动⼒电池的充电⽅法本章介绍动⼒电池充电⽅法的评价指标、

充放电特性以及各种充电⽅法的原理与特点。

充电⽅法的选择直接影响电池性能和寿命

，是电动汽车技

术的关键环节。

了解充电⽅法对电池性能和寿命的影响

，掌握评价充电⽅法的关键指标

理解常规充电和快速充电⽅法的原理、特点及适⽤场景

掌握锂离⼦电池的充放电特性

，包括电池极化现象及其影响

掌握充电优化⽅法

，提⾼充电效率

，延⻓电池使⽤寿命锂离⼦电池充放电特性电池极化现象、最佳充电电

流曲线及电流接受⽐快速充电⽅法脉冲式充电法、变电流间歇

充电法和智能充电法常规充电⽅法恒流充电法、恒压充电法和阶段充电法充电优化⽅法基于电池特性的充电策略优

化与控制⽅法充电⽅法的评价指标充电效率、充电时间、

电池内阻及电池寿命等指标 本章要点

14/49电池内阻电池内阻是电池内部的电阻

，会影响充电过程中的能量损耗和发

热情况。

电池内阻越⼤

，充电过程中的损耗越⼤

，充电效率越低。

同时

，较⼤的内阻会导致充电过程中温度升⾼

，影响电池寿

命和安全性。电池寿命电池寿命是衡量充电⽅法⻓期影响的重要指标。不同的充电⽅

法会对电池材料产⽣不同程度的影响

，进⽽影响电池的循环寿

命。优质的充电⽅法应当在保证充电速度的同时

，尽可能减少

对电池寿命的不良影响。充电效率充电效率是衡量充电过程中能量转化效率的重要指标。

⾼效率的

充电⽅法能够减少能源损耗

，降低充电成本

，减少对电⽹的负荷

影响。

充电效率与充电电流、

电池内阻、温度等因素密切相关。充电时间充电时间直接影响电动汽车的实⽤性和⽤户体验。

充电时间过⻓

会降低电动汽车的使⽤便利性。

充电时间与充电电流⼤⼩、

电池

容量、

充电⽅式以及电池状态等因素有关。电动汽车充电⽅法的优劣需要通过多种指标进⾏综合评价

，

以下是主要评价指标及其对充电过程的影响：3.1

充电⽅法的评价指标

合理选择充电⽅法需综合考虑以上各项指标

，在充电速度与电池寿命之间找到平衡点

15/49。锂电池典型充放电曲线

不同倍率下的容量和能量变化

要点总结锂离⼦电池的充放电特性受电流倍率、温度和⽼化程度等因素影响。极化现象是影响电池性能的关键因素

，合理的充电策略可以有效减少极化影响

，延⻓电池寿命。e充放电曲线特征

锂离⼦电池充电过程通常表现为电压快速上升

，然后稳定在平台期

，最

后再次快速上升

放电过程呈现电压缓慢下降的特征

，放电末期电压会快速下降

不同倍率下充放电曲线形态相似

，但平台期电压⽔平和容量表现不同

对电池性能和寿命的影响

极化现象导致电池充放电效率降低

，实际可⽤容量减少

⾼倍率充电会加剧极化

，增加电池内部热量

，加速材料⽼化

反复的深度充放电会引起SEI膜增厚

，导致电池内阻增⼤

合理控制充电策略可有效减少极化

，延⻓电池寿命 极化现象

电化学极化：

电极表⾯电化学反应速度引起的极化

，与电流密度相关

浓度极化：

电极表⾯与电解液本体间离⼦浓度差异导致的极化

欧姆极化：

由电池内阻引起的电压降

，与电流⼤⼩成正⽐3.2

锂离⼦电池充放电特性16/49

阶段充电法

⼯作原理结合恒流和恒压⽅法

，分为⼆段式（恒流+恒压）

和三段式（恒流+恒压+涓流）。

特点 技术实现简单

，成本低

基本能满⾜电池充电要求

不能精准识别电池放电深度

充电控制较弱

，易造成电解液失⽔

应⽤场景⼴泛应⽤于各类电动汽车充电设备

，是⽬前最常⽤的充电⽅法。 恒压充电法

⼯作原理充电过程中保持充电电压恒定

，随着电池内阻的变化

，充电电流逐渐减⼩。

特点

控制电路简单

充电开始时电流较⼤

充电末期电流较⼩

不当控制可能损害电池

应⽤场景适⽤于对充电电流要求不严格的场合

，如部分⼩型

电⼦设备。=恒流充电法

⼯作原理以恒定电流对电池充电

，直⾄达到预设电压值。

特点

控制电路简单 实现⽅式容易 充电时间较⻓

不能区分电池放电深度

应⽤场景适⽤于简单充电设备和对充电时间要求不⾼的场

合。w

充电⽅法对⽐传统充电⽅法各有优缺点

，阶段式充电法在恒流和恒压充电法的基础上进⾏了改进

，更加适合现代电动汽车动⼒电池的充电需求。然⽽

，这些传统⽅法仍存在

充电缓慢、

安全性能不佳等缺点

，为快速充电⽅法的发展提供了动⼒。3.3

常规充电⽅法

17/49

脉冲式充电法原理：通过间歇性地向电池施加电流

，⽽不是持续的恒流或恒压充电。⼯作⽅式：在充电过程中

，充电装置和蓄电池被周期性地断开并⾃动测

量蓄电池的开路电压。优点：减少电池极化现象

，加快充电速度

，延⻓电池寿命。 变电流间歇充电法原理：在充电过程中动态调整充电电流⼤⼩

，并设置间歇期。⼯作⽅式：根据电池状态动态变化充电电流⼤⼩

，并设置休息时间让电

池内部化学反应充分进⾏。优点：适应电池不同阶段的充电需求

，提⾼充电效率和安全性。c

ReflexTM

快速充电法原理：在充电过程中加⼊短时间的放电脉冲。⼯作⽅式：通过短时间的反向电流脉冲来消除电池极化效应

，增强电池

对充电电流的接受能⼒。优点：显著减少充电时间

，减轻电池内部发热

，延⻓电池使⽤寿命。 变电压间歇充电法原理：在充电过程中动态调整充电电压

，并设置间歇期。⼯作⽅式：根据电池状态变化充电电压

，避免电压过⾼造成电池损伤。优点：减少过充风险

，提⾼充电安全性和效率。x波浪式间歇正负零脉冲充电法原理：综合运⽤变电压、

变电流和正负零脉冲技术。特点：通过复杂的电压和电流波形控制

，最⼤限度地减少电池极化现

象。 智能充电法原理：基于电池状态实时监测和智能算法的充电控制。特点：

能够根据电池类型、温度、⽼化程度等实时调整充电参数。快速充电技术通过创新的充电⽅式缩短充电时间

，提⾼充电效率

，是解决电动汽车续航⾥程短问题的重要途径。

快速充电⽅法的选择应根据电池类型、使⽤环境和应⽤场景

，综合考虑充电速度、

电池寿命和安全性等因素。3.4快速充电⽅法

18/49智能充电算法基于电池状态实时调整充电参数

，动态优化充电过程

结合电池模型与AI技术

，预测最佳充电曲线通过电池阻抗谱分析

，优化充电策略⾃适应充电策略根据电池SOC、温度等参数⾃动调整充电电流针对不同使⽤场景

，动态选择最适合的充电模式通过极化现象分析

，

⾃动调整充电间隔与电流⼤⼩

延⻓电池寿命技术

避免电池过充与过放

，控制SOC在最佳⼯作范围内

温度补偿充电技术

，减少极端温度对电池的损害

基于电池历史数据的健康状态评估与充电优化

充电效率提升⽅法

多级充电优化

，根据不同充电阶段调整充电策略

脉冲充电与去极化技术

，提⾼电池充电电流接受率

负脉冲放电法

，减⼩电池内阻

，加快充电速度

充电优化关键点智能充电优化旨在平衡充电速度、

电池寿命和安全性三者之间的关系

，根据电池的实时状态和使⽤环境动态调整充电参数

，实现最优充电效果。3.5

充电优化⽅法充电优化⽅法旨在提⾼充电效率、延⻓电池寿命并保障充电安全性

，主要包括以下⼏类：

19/49充电机是电动汽车能量补给的关键设备

，负责将电⽹的电能安全、

⾼效地传输给电动汽车动⼒电池。

根据安装位置和⼯作原理的不同

，充电机可分

为多种类型

，各有其特点和应⽤场景。

本章将系统介绍充电机的基本知识

，为理解电动汽车充电基础设施提供技术⽀撑。4.1

充电机的分类与构成车载/⾮车载、

交/直流充电机分类及其基本构成4.3

充电机主电路⼯作原理传导式与⽆线充电技术主电路原理与设计

重点关注：

充电机是连接电⽹与电动汽车的桥梁

，其安全性、

可靠性和⾼效性直接影响电动汽车的使⽤体验和推⼴应⽤。4.4

充电机性能及技术要求充电机的性能标准与技术规范要求4.2

充电策略常⽤充电控制策略与充电模式选择

第四章

充电机

20/49按安装⽅式分类⾮车载充电机固定在地⾯或墙壁上的充电

设备按功率等级分类中功率7kW

~

50kW主电路包括功率变换电路、滤波电路等电能转换装置通信接⼝与电池管理系统、

监控系统进⾏数据交换⼈机界⾯显⽰屏、操作⾯板、指⽰灯等交互装置保护电路过压、过流、短路、过温等多重保护机制控制系统负责充电过程控制、

监测和保护功能4.1

充电机的分类与构成车载充电机安装在车辆上的充电设备

充电机基本构成传导式充电通过物理连接进⾏充电⽆线充电通过电磁场传递能量

充电机分类按充电⽅式分类

21/49⼤功率>50kW⼩功率≤

7kW分段充电策略⼆段式充电法结合恒流和恒压两种⽅式

，先恒流后恒压三段式充电法初始恒流充电

，

中期恒压充电

，末期涓流充电当充电电流减⼩到设定值后转为涓流充电阶段恒流恒压充电策略>

恒流充电阶段以恒定电流对电池充电

，直⾄电池电压达到设定值>

恒压充电阶段保持电压恒定

，

电流逐渐减⼩

，直⾄充电完成

对电池性能的影响

充电策略直接影响电池的充电效率和充电时间

不当的充电策略可能导致电池永久性损坏

优化的充电策略可以延⻓电池的使⽤寿命

根据电池状态动态调整充电策略可提⾼安全性充电策略是充电机控制电池充电过程的⽅法

，根据电池类型和充电需求采⽤不同的策略

，

以确保充电效率和电池寿命。智能充电策略⾃适应充电控制根据电池状态实时调整充电参数脉冲式充电⽅法通过脉冲电流充电

，减少极化效应

，提⾼充电效率4.2

充电策略22/49a⽆线充电技术主电路

基本原理：基于电磁感应或磁场谐振原理

，通过⾮接触⽅式实现电能传输

主要技术类型：1.感应⽆线充电技术：短程⼤功率传输2.磁场谐振技术(WiTricity)：

中程电能⽆线传输3.微波或激光转换技术：远程电能传输

电路构成：发射端电路(⾼频逆变器)、耦合装置(发射线圈和接收线圈)、

接收端电路(整流滤波)

应⽤案例：

⾼通公司Halo系统(90%充电效率)、

中惠创智6.6kW⽆线充

电桩(传输距离20cm)

传导式充电技术主电路b

基本结构：包括AC/DC整流器、

DC/DC变换器、控制电路和通信接⼝等

部分

⼯作原理：将市电交流电源转换为直流电源

，通过功率转换与控制实现对

动⼒电池的精确充电b

功率等级：根据充电功率可分为⼩功率(≤10kW)、

中功率(10~50kW)

和⼤功率(>50kW)

功率因数校正：通过PFC电路提⾼电源利⽤效率

，减少谐波⼲扰4.3

充电机主电路⼯作原理充电机主电路是电动汽车充电系统的核⼼部分

，主要包括传导式充电技术和⽆线充电技术两种类型的主电路。 车载充电机系统架构

充电技术对⽐与发展传导式充电优势.充电效率⾼.

技术成熟可靠

成本相对较低

功率范围⼴泛⽆线充电优势.便捷性⾼

，⽆需插拔

.安全性⾼

，避免触电.适应性强

，不受环境影响.

具有⼴阔的应⽤前景

23/49电磁兼容性及其他要求电磁兼容性：满⾜电磁⼲扰和电磁抗扰度要求

，不影响周边设备

正常⼯作通信性能：具备稳定可靠的通信功能

，与电池管理系统和监控系

统实现良好通信操作便捷性：

界⾯友好

，操作简单

，具备必要的显⽰和提⽰功能计量准确性：

电能计量功能的准确度符合相关标准要求安全性要求绝缘性能：

充电机必须具备良好的绝缘性能

，防⽌漏电过充保护：具备过充电、过放电、过流、过温保护功能紧急停机：设置明显的紧急停机按钮

，确保紧急情况下能迅速切

断电源可靠性要求使⽤寿命：满⾜⻓期稳定⼯作的要求

，使⽤寿命不低于规定值环境适应性：在规定的温度、湿度、海拔等条件下能正常⼯作抗⼲扰能⼒：

具有良好的抗⼲扰能⼒

，确保充电过程稳定可靠性能标准输⼊输出参数：输⼊电压范围、输出电压范围、输出电流范围等效率要求：充电效率不低于规定值

，⾼效节能功率因数：满⾜电⽹要求的功率因数指标充电机性能及技术要求应符合国家标准和⾏业规范

，确保充电安全、

⾼效、

可靠

24/494.4

充电机性能及技术要求互操作性测试流程1测试顺序与项⽬编码规则确定2供电设备互操作性测试（连接、握⼿

、配置、

充电、结束阶段）3车辆互操作性测试（物理连接、通信、

充电控制等）4测试结果记录与评估

互操作性测试能确保不同⼚商的充电设备与电动汽车之间实现⽆缝兼容

，为⽤户提

供⼀致的充电体验。充电机测试是确保电动汽车充电设备安全可靠运⾏的重要环节

，包括电⽓性能测试、

通信性能测试、

保护功能测试以及互操作性测试等多个⽅⾯

，

旨在全⾯验证充电机的功能与性能指标。通信性能测试验证充电机与车辆或电池管理系统之间的通信协议实现及数据传输可靠

性保护功能测试测试过压、过流、短路、过温等异常情况下的保护功能响应时间及可靠

性使⽤及保养要求测试测试充电机在⻓期使⽤过程中的可靠性和维护保养的便捷性电⽓性能测试测试充电机输出电压、

电流精度

，效率

，纹波系数等电⽓性能指标互操作性测试是验证不同⼚商的充电设备和电动汽车之间能否正常⼯作的关键

测试

，确保充电系统标准化和兼容性。第五章

充电机测试

充电系统互操作性测试

充电机测试分类

25/49

通信性能测试验证充电机与电池管理系统之间的通信功能

充电握⼿阶段通信测试

充电参数配置阶段通信测试

充电阶段信息交换测试

充电终⽌阶段通信测试

充电机与电池管理系统的协议⼀致性测试w

电⽓性能测试主要检验充电机的电⽓性能参数是否符合标准要求

输出电压范围和精度测试

输出电流范围和精度测试

电压纹波系数测试

充电效率测试

输⼊功率因数测试使⽤及保养要求确保充电设备的正常使⽤和维护

充电设备操作⼿册的完整性检查

充电设备标识的规范性检查

充电设备的定期维护要求检查

充电设备的安全使⽤规范检查

故障处理与排除⽅法检查

保护功能测试检验充电机的各种保护功能是否正常

输出过压保护功能测试

输出过流保护功能测试

输⼊过⽋压保护功能测试

绝缘检测功能测试

紧急停机功能测试

5.1

充电机测试分类ClassificationofCharging

EquipmentTests注：充电机测试应按照相关国家标准和⾏业规范进⾏，确保充电设备的安全性和可靠性。

26/49供电设备互操作性测试电⽓特性：

电压、

电流、频率等参数测试

连接控制：

CP、

CC信号检测及功能测试

通信协议：报⽂交换、握⼿过程测试安全保护：过流、过压、漏电等保护功能测试a车辆互操作性测试连接检测握⼿阶段充电阶段结束阶段

车辆控制器响应特性测试

充电控制逻辑测试

电池管理系统通信测试

车辆安全保护功能测试互操作性测试顺序与流程测试前准备：确认测试设备完好

，连接正确测试顺序：按照规定的测试项⽬顺序依次进⾏测试数据记录：

实时记录测试过程中的各项参数结果分析：根据测试标准对结果进⾏判定D项⽬编码规则互操作性测试项⽬编码采⽤统—规则

，包含：设备类型测试类别测试项⽬-

-A/V

XXYY测试仪器及要求车辆控制器模拟盒⽰波器（带宽≥20MHz）负载模拟装置电参数测量仪通信协议分析仪5.2

充电系统互操作性测试

27/49章节概述充电基础设施承担着为电动汽车动⼒电池提供电能的重要使命

，是电动汽车⾏业快速发展的基础性设施。

本章将介绍充电基础设施的基本分类、

功

能特点、

布局结构以及供配电系统的设计原则

，并探讨谐波治理和运⾏维护等关键问题。第六章

充电基础设施充电基础设施的分类、功能、布局结构及供配电系统的设计与匹配⽅法 本章要点

掌握充电基础设施的分类与特点

理解充电站系统结构与布局原则

熟悉供配电系统设计与匹配⽅法

了解谐波治理技术与安全管理规范

28/49

运⾏维护与安全管理

设备定期维护与评价

设备缺陷管理

消防安全保障管理

⽂件档案管理%供配电系统

供配电系统的基本结构

交流配电系统的配置原则

系统匹配的⽅法和理论

布局及拓扑结构

充电站的建设形式

充电站的系统结构

不同拓扑结构的优缺点 谐波与谐波治理

谐波的产⽣机理

谐波对电⽹和设施的危害

谐波治理的技术和⽅法 分类与功能

充电桩的类型与特点

充电站的分类与功能

不同应⽤场景下的选择充电站I

分类

模式A住宅⼩区、商场充电站

模式C电池更换站模式

功能与应⽤场景

模式A：适⽤于⼩型纯电动汽车、

PHEV等

模式B：适⽤于纯电动公交车、环卫车等

模式C：适⽤于频繁充电的车辆

，如⼤型纯电动公交车充电桩I

分类

交流充电桩220V或380V交流电源接⼝

功能与应⽤场景

适⽤于⼩区、

商场、

写字楼等停车场

为个⼈车辆提供⽇常充电服务

适合⼩型纯电动汽车和插电式混合动⼒车

充电时间较⻓

，适合停车时间较⻓的场景现代充电站⽰例

结构特点⽐较充电桩 单点式结构.体积⼩

，安装灵活.

功率相对较⼩

投资成本低6.1

充电基础设施的分类与功能充电站.集中式配电系统

.多台充电设备.配备专⽤供电系统

.可集中治理谐波

直流地⾯充电桩提供⼤功率直流快充第六章

29/49专⽤停车场充电站

模式B 拓扑结构⽰例充电站系统拓扑结构⽰意图 布局设计原则

安全性：确保设备间距、消防通道、

防⽕分区满⾜规范要求

经济性：合理配置充电设备数量

，优化供配电系统

便利性：布局合理

，⽅便车辆进出

，减少排队等待

灵活性：预留扩展空间

，适应未来业务增⻓需求

环保性：

降低对周边环境的影响

，减少噪声和电磁⼲扰

充电站的建设形式

住宅⼩区与商业⼤厦专⽤停车场充电站

专⽤停车场充电站（公交、环卫等）

电池更换站

⾼速公路服务区充电站充电站的系统结构品

基本结构组成：

充电设备、

配电设备、控制系统、辅助设施

拓扑结构：集中式、分散式、混合式

供电系统结构：

交流供电型、

直流供电型、

交直流混合型

集中式充电站配置⼤功率充电设备

，适合车辆密集区域；分散

式充电站灵活布点

，满⾜分散充电需求。6.2

充电站的布局及拓扑结构

30/49充电站系统匹配⽅法

充电机电池负载功率模型：基于充电过程中的功率变化曲线

，计

算最⼤功率需求

充电站配电容量需求模型：综合考虑同时充电数量、

充电功率和

负载因数

电动公交车充电站容量需求模型：基于车辆运⾏时间表和充电需

求特性

充电站服务能⼒计算模型：评估充电站的最⼤服务车辆数量和充

电效率供配电系统基本结构

包括⾼压配电装置、

变压器、低压配电装置、⽆功补偿装置和谐

波治理装置等

充电站交流配电系统连接充电桩和充电机

，保障充电设备的供电

安全

根据充电站规模和容量需求配置相应等级的供电系统电⽹影响与技术考量

充电设施对电⽹的影响：

负载波动、

电能质量问题、

峰⾕差加⼤

需考虑谐波抑制与⽆功功率补偿措施

采⽤M/M/S排队论模型进⾏充电站服务能⼒评估和优化配电系统配置原则

安全可靠性原则：确保充电设备及车辆的⽤电安全

经济性原则：根据实际需求合理配置供电容量

，避免过度投资

前瞻性原则：考虑未来扩容需求

，为后续发展预留空间

关键点：

充电站供配电系统的合理规划和配置是保障充电站安全⾼效运⾏的基础

，需综合考虑电能质量、

安全可靠性、经济性和前瞻性等多种因素。6.3

充电站供配电系统31/49

有源电⼒滤波器(APF)有源电⼒滤波器是⼀种补偿⽆功、

动态抑制谐波的电⼒电⼦装置

，能补偿变化

的⽆功功率以及抑制⼤⼩和频率都变化的谐波。主要特点：

滤除谐波可达95%以上

动态补偿⽆功功率

电⽹阻抗对其影响不⼤

能跟踪电⽹频率变化e谐波治理效果滤波前失真的电流波形

⽆源滤波器(PPF)主要类型：.单调谐滤波器：针对特定次数谐波

⾼通滤波器：滤除⾼次谐波.双调谐滤波器：

同时吸收两个频率谐波 谐波的产⽣

充电站中整流电路、

变流器等⾮线性负载是谐波的主要产⽣源

充电机PWM变流器⼯作时会产⽣⼤量谐波电流

充电站中的电⼒电⼦装置导致电流波形失真谐波的危害对电⽹的危害：增加⽹损、

引起电⽹谐振、

⼲扰通信设备对充电设施的危害：使变压器过热、使电容器过载、

降低设备寿命

对电⽓设备的危害：产⽣附加损耗、

降低功率因数

混合型有源电⼒滤波器(HAPF)混合型有源电⼒滤波器能兼顾APF性能优越和PPF成本低廉的优点

，⼯程上应

⽤⼴泛。注⼊⽀路的存在使得注⼊式HAPF能⼤⼤降低有源部分的容量

，因此

该装置对⾼压配电⽹特别适⽤，并且⽆功补偿和谐波治理也能同时实现。6.4

谐波与谐波治理

32/49改善的电流波形滤波后

设备定期维护与评价

建⽴完善的设备台账

，妥善保存各类技术资料

按照规定定时进⾏设备维护和检修

定时检查通风、照明等基础设施的运⾏状态

根据地区、季节特点做好防尘、

防潮等⼯作

消防安全保障管理

严格执⾏

《中华⼈⺠共和国消防法》和相关规定

建筑物的燃烧性能和耐⽕极限应符合《建筑设计防⽕规范》

防⽕重点区域应设置明显标志

，实⾏责任制

灭⽕器宜选⽤ABC⼲粉灭⽕器，

定期检查

定期进⾏消防安全演练a

设备缺陷管理按紧急程度分为三个等级：危急

直接威胁运⾏安全

，需要即刻处理的缺陷

严重

暂时能运⾏但必须尽快处理的缺陷⼀般

对安全运⾏影响不⼤的缺陷

发现危急、严重缺陷时应⽴即解决并上报6.5

充电站运⾏维护与安全管理为保证充电站安全⾼效运⾏

，

需建⽴完善的管理制度和安全规范

，包括以下关键⽅⾯：

充电站的安全管理是确保充电设施⾼效运⾏和⽤户安全的关键。完善的管理制度、定期的设备维护和严格的安全规范能有效预防各类事故发⽣。安全标识与⽂件管理

按GB2894标准设置安全标识

妥善保存竣⼯图纸等技术⽂件

建⽴⽂件清单和借阅登记制度防汛、

防寒、

防⾼温管理

配备防汛设备和物资

低温时检查加热器运⾏

⾼温时监控设备温度。防护与标识管理

33/49品

系统⽹络分层站控层数据服务器、前置通信服务器、监控⼯作站数据采集、

处理、

存储和图形化展⽰系统结构监控主站：整个充电监控系统的监控、管理中⼼

，完成充电机信息的采集和显⽰

，充电机的控

制和管理监控终端：具有与监控主站的通信接⼝和与蓄电池管理系统的通信接⼝，负责采集充电机状态

数据和电池数据通信⽹络：

实现充电设备之间、

充电设备与监控计算机之间的数据传输

，采⽤CAN协议和

TCP/IP协议

配置原则

遵循安全性、

可靠性、

实⽤性、扩展性、

开放性、容错性等原则

满⾜充电实际业务对实时性的要求

，具有较⾼的性能价格⽐

系统局域⽹必须具有有效的防病毒措施和安全隔离措施

监控主站设备配置必须满⾜系统功能要求性能指标

考虑后续充电站的扩展需求

，预留⾜够的系统资源 系统概述充电站监控系统是充电站的监控、管理中⼼

，可以实时监测电池及充电机的电流、

电压等参数

，

确保充电过程的安全。

系统利⽤先进的信息技术实现运⾏和管理⾃动化

，降低⼯作⼈员的劳动强

度

，提⾼充电站运⾏和管理⽔平。通信层通信管理机、数据集中器、安全防护服务器数据转发与控制命令的下达采集/设备层充电机、充电桩、测控保护装置原始数据采集、

就地操作执⾏充电站监控系统

配电监控.安全防护

充电监控

烟感监控

换电监控

设备管理第七章充电站监控系统软件层次结构品

软件架构

主要功能34/49↓

设备管理

完成配电设备、

充电设备等的台账管理

充电信息记录、存储与统计分析

电池组和车辆信息的维护与记录管理

烟感监控

在电池充电架中安装烟雾传感器

探测锂离⼦动⼒电池过充电导致⾃燃释放的

烟雾

与充电监控功能配合保障电池充电安全c

换电监控

对电池更换设备、

电池箱和充电架进⾏实时

监控

动态选择电池成组配置⽅案

实时监控电池更换操作

，确保安全完成电池

更换。安全防护监控

对充电站进⾏视频监控和周界安全监控

监控消防、

⻔禁等安全系统

当发⽣异常事件时

，实现安全防护联动监控

配电监控

完成配电⽹⾃动化数据采集、数据计算处理

控制操作、保护信息处理、

事件报警

对有源滤波及⽆功补偿装置进⾏实时监控

充电监控

采集处理充电机和充电桩的实时运⾏数据

与电池管理系统进⾏通信获取电池状态信息

获取电能计量表信息

，进⾏充电计费和控制

充电站监控系统通过整合上述功能

，确保充电设施安全、

可靠、

⾼效地运⾏

，为电动汽车充电提供保障。

7.1

充电站监控系统的基本功能充电站监控系统是充电站安全⾼效运⾏的关键组成部分

35/49

系统集成说明：

系统采⽤分层融合⽅法

，采集/设备层、通信层及站控层分别只对相关异构数据进⾏

整合及模型转换

，减少了异构数据融合的⼯作量以及层与层之间交互的信息量。 站控层功能

数据的采集、处理、存储

图形化数据展⽰

遥控、

负荷调控等控制功能

部署监控管理系统应⽤程序及数据库管理软件

实现充电桩（机）

运⾏情况的管控功能 通信层功能

数据转发与控制命令的下达

部署通信管理软件

负责监控管理系统下⾏命令的发布

充电桩（机）

上⾏数据的接收

为站控层和采集/设备层之间提供通信桥梁

采集/设备层功能

原始数据采集

就地操作执⾏

充电机、

充电桩的运⾏控制

测控保护装置的实时监测

安全防护设备的操作与数据反馈7.2

充电站监控系统的⽹络结构

采集/设备层

通信层

站控层充电机

充电桩测控保护装置安全防护设备数据服务器监控⼯作站

前置通信服务器通信管理机数据集中器安全防护服务器36/49

模式C电池更换站模式

站内安装有直接为电池包充电的充电机和应

急充电机

配备电池快速更换设备和电池架

适⽤于频繁充电的车辆

，如⼤型纯电动公交

车和环卫车等监控系统结构监控主站a

模式A住宅⼩区/商场模式

在住宅⼩区和商场、

写字楼等现有专⽤停车

场安装

配置—定数量的交流智能充电桩和少量直流

地⾯充电机

适⽤于⼩型纯电动汽车、插电式混合动⼒汽

车等监控系统结构监控主站a

模式B专⽤停车场模式

适⽤于具有专⽤停车场的车辆

，如电动公交

车和环卫车等

在专⽤停车场安装—定数量的地⾯充电机

利⽤车载充电机为车载电池充电监控系统结构监控主站7.3

充电站监控系统的设置模式根据充电站的建设模式不同

，充电站监控系统也采⽤不同的模式进⾏设置

，主要分为以下三种典型模式：

确保监控系统与站内设备通信接⼝兼容

，实现有效数据

交互

根据充电站规模和充电机数量选择适合的监控系统架构

监控系统需具备扩展性

，满⾜后续充电站扩建的需求监控系统设置要点

37/49更换设备充电桩充电机电池架⽹络⽹络报⽂代号

报⽂描述报⽂ID源地址⽬的地址AIM

交流充电桩辨识信息1交流充电桩车载充电机CIM

车载充电机辨识信息2车载充电机交流充电桩2配置阶段报⽂报⽂代号

报⽂描述报⽂ID

源地址⽬的地址AOP

交流充电桩输出参数17

交流充电桩车载充电机CBP

车载充电机及电池参数

18车载充电机交流充电桩3充电及结束阶段报⽂⽰例报⽂代号报⽂描述报⽂ID

源地址⽬的地址ARD

充电实时数据

34

交流充电桩

车载充电机CRB

电池实时数据

36

车载充电机

交流充电桩

⾮车载充电机与电池管理系统通信协议通信原则:.

采⽤CAN通信协议

，兼容道路车辆控制系统⽹络.

物理层和数据链路层符合ISO

11898与SAE

J1939标准

数据帧格式遵循"CAN总线2.0B版本"规定.BMS与充电机协同⼯作

，检测电池参数⽹络拓扑结构:

车载充电机与交流充电桩通信协议通信流程阶段:配置阶段充电阶段充电结束7.4

充电机监控单元与外界的通信协议电池管理系统地址

:

244

(F4H)充电机地址

:

229

(E5H)握⼿阶段CAN总线

(250kbit/s)协议数据单元(PDU)格式:DATA

0~64位PF8位PS8位SA8位R

1位DP

1位P

3位握⼿阶段报⽂报⽂分类:38/491 国内外换电模式应⽤案例

国际应⽤案例

以⾊列

Better

Place公司：

曾致⼒于电动汽⻋电池系统快速更换

，

但因成本投⼊过⼤和标准⽆法统⼀⽽失败

特斯拉公司：

2013年发布电池更换技术

，换电时间可缩短⾄90秒

，

但于2015年终⽌推⼴

国内应⽤案例

北汽新能源：

采⽤底盘换电⽅式

，截⾄2017年6⽉在北京建成68座

换电站

，投放2400多辆换电出租⻋

⼒帆集团：

采⽤分箱换电技术

，截⾄2017年3⽉投⼊使⽤超7000辆

换电⻋辆

，规划到2020年建设500座换电站

国家电⽹和南⽅电⽹：

在各⾃辖区范围内开展相关⽰范建设

，但电池

控制权和标准化建设问题制约进⼀步推⼴

动⼒电池⾃动更换技术

⾃动更换系统由总体⽅案、组成部件及⼯作原理构成

更换动作包括定位、举升、锁⽌释放、

电池包移出与安装等步骤

关键技术包括电⽓连接器、

电池包定位与锁⽌机构等动⼒电池⼿动更换技术

依靠⼈⼯或简单机械辅助⼯具完成电池包更换

适⽤于较⼩型电池包或分箱式电池系统

需要专业操作⼈员完成电⽓连接与机械固定换电技术概述换电技术作为电动汽⻋能量补给的补充⽅式

，可以快速实现电动汽⻋动⼒电池的更换

，缩短能量补给时间

，提⾼⻋辆使⽤效率。第⼋章

换电技术动⼒电池更换技术原理、

流程及应⽤案例

39/49a更换动作的基本准则与过程车辆进站定位

解锁电池箱更换电池箱锁紧并检测完成驶出

更换过程应确保电⽓连接器的安全分离与可靠连接

整个更换过程需控制在90秒以内

，提⾼车辆运营效率

系统应具备⾃诊断功能

，确保更换操作的安全性

40/49

⼯作原理

电动汽车进站后

，系统⾃动识别车辆型号及电池参数

定位系统引导车辆⾄指定位置并完成精确定位

更换机构⾃动解锁车辆电池箱连接装置

取出亏电电池箱

，同时准备充满电的电池箱

将充满电的电池箱精确安装到车辆中并锁紧

系统检测新电池箱连接状态

，确认安装完成系统组成及结构⾃动更换机械系统：

负责电池箱的抬升、移动、定位和安装

充电系统：

对取下的电池进⾏集中充电管理电池存储系统：存放充满电的电池以及待充电电池控制系统：

协调各⼦系统运⾏

，实现电池更换全⾃动化

安全防护系统：确保更换过程中的设备和⼈员安全⾃动更换系统总体⽅案系统设计以保障更换过程的安全性和可靠性为基本原则采⽤模块化设计思路

，实现电池快速更换与充电功能的分离主要针对公交车、

出租车等运营车辆

，解决电池充电时间⻓的问题

系统集成电池存储、

更换、

充电和管理功能于⼀体

8.1

动⼒电池⾃动更换技术

⼿动更换技术概述动⼒电池⼿动更换技术是⼀种相对简单但需要专业⼈员操作的电池更换⽅式

，主要适⽤于规模较⼩、

更换频次较低的场景。

与⾃动更换系统相⽐

，⼿

动更换技术投资成本低

，但操作时间较⻓

，⼈⼒成本较⾼。操作流程车辆准备将车辆停放在专⽤⼯位

，切断电源

，确保车辆处于安全状态拆卸电池连接断开⾼压连接器，

拆卸电池固定装置和机械连接点取出旧电池使⽤专⽤⼯具或设备取出需要更换的电池组安装新电池放⼊充满电的新电池

，

固定连接点

，接通⾼压系统

适⽤场景分析

维修场景在维修电池故障时

，需要进⾏临时或

应急的电池更换

特种车辆⾮标准化电池组的特种电动车辆

，需要定制化的更换⽅案安全要求专业⼈员操作必须由经过专业培训的技术⼈员执⾏更换操作绝缘防护操作⼈员必须穿戴绝缘⼿套、鞋等防护装备⼯具要求使⽤专⽤绝缘⼯具

，避免短路或电击风险环境要求⼲燥通风环境

，避免潮湿条件下操作

8.2

动⼒电池⼿动更换技术

⼩型车队适⽤于⼩规模运营的电动车队

，⽆需

⼤量投资⾃动化设备

初期试点在引⼊⾃动更换系统前的过渡阶段，

验证换电模式可⾏性

41/49特斯拉（美国）●2013

●

2015

2013年发布电池更换技术

，换电时间可缩短⾄90秒以内

随着超级充电站效率和功率不断提升

，换电模式失去推⼴动⼒

换电基础设施建设运营成本过⼤

2015年终⽌换电模式推⼴

，仅在加州保留1个换电站⽤于⽰范运⾏北汽新能源

截⾄2017年6⽉，北京地区已建成68座换电站

已在北京、厦⻔和兰州投放超过2400辆换电出租车

计划在2022年北京-张家⼝冬奥会前投放5万辆换电纯电动出租车

主要应⽤于出租车领域

，解决快速能源补给问题Better

Place（以⾊列）

致⼒于采⽤换电机器⼈实现电动汽车电池系统的快速更换

曾向雷诺公司订购10万辆Fluence

ZE电动汽车⽤于研发和推⼴换电技术

失败原因：所需成本投⼊过⼤

，换电模式标准⽆法统⼀

教训：标准化和成本控制是换电技术推⼴的关键障碍⼒帆集团

采⽤分布式电池温控技术

，不改变底盘结构

截⾄2017年3⽉，累计投⼊使⽤换电技术运营车辆超过7000辆

计划到2020年建设500座换电站

，投放30万辆换电式新能源汽车●每台车平均换电时间3分钟

，每座换电站每天可为2000辆车更换电池8.3

换电模式应⽤案例国内外企业换电技术实践经验与教训

换电模式发展经验总结

在特定应⽤场景（如出租车、

公交车）

具有明显

优势

电池控制权和标准化建设是主要障碍

国外企业案例

需权衡建设成本与充电效率的关系

国内企业案例已转向超级充电底盘换电技术分箱换电技术

已失败42/49充电设施的科学布局与合理选址是电动汽车产业发展的关键⽀撑

，本章将探讨充电设施规划布局的⽅法论与实践指导。充电设施布局规划模型

基于燃料需求的城市充电设施数量规划模型

⾯向区域的充电设施布局规划模型

⾯向城际间线性路段的充电设施布局规划模型

充电站服务规模规划模型充电设施布局规划的原则与思路

适应电动汽车发展需求

结合城市规划与电⽹规划

统筹考虑⽤户便利性与经济性

分区域、分阶段实施规划充电设施选址的影响因素与原则

交通可达性与⽤户便利性

电⽹条件与供电能⼒

⼟地资源与城市规划兼容性

经济效益与投资回报电动汽车保有量的预测⽅法

基于灰⾊理论的预测⽅法

基于时间序列数据的预测⽅法

基于情景分析的预测⽅法

基于Bass模型的预测⽅法第九章

充电设施的布局规划与⽤地选址

43/49规划流程关键规划要素需求分析基于车辆保有量、⾏驶特征进⾏精

准需求预测容量规划根据区域需求特征确定充电桩数量与功率站点布局考虑服务半径、交通可达性和⽤地

条件配套设施电⽹接⼊

、安全防护和监控系统等配套设计

适度超前原则充电设施建设应适度超前于电动汽车发展

，引导和促进电动汽车推⼴应

⽤。亟

统筹兼顾原则统筹考虑电动汽车发展规模、

充电需求特点、

电⽹承载能⼒

，合理规划

建设布局。

需求导向原则根据电动汽车分布和使⽤特点

，满⾜不同区域、不同场景的充电需求。

城乡统筹原则结合城乡规划和电⽹规划

，合理确定充电设施建设时序和空间布局。1.

电动汽车发展现状及趋势分析2.充电需求特性分析与预测3.充电设施建设现状评估4.充电设施规模测算5.充电设施空间布局规划6.

实施保障措施制定9.1

充电设施布局规划的原则与思路

充电设施布局规划的思路

充电设施布局规划的原则第九章

充电设施的布局规划与⽤地选址

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基于灰⾊理论的预测⽅法

适⽤于信息不完全、不确定性系统的预测

仅需少量数据即可建⽴预测模型

通过GM(1,1)模型进⾏累积⽣成和指数拟合

对短期预测效果较好

，⻓期预测精度降低

基于情景分析的预测⽅法

设定乐观、

中性、

悲观等不同情景

考虑政策⽀持⼒度、技术进步等多种因素

针对不同情景分析可能的发展路径

提供决策参考

，适合多变量影响的复杂系统w基于Bass模型的预测⽅法

模拟新产品/新技术的扩散与采⽤过程.

考虑创新系数(p)和模仿系数(q)两个关键参数

特别适⽤于电动汽车等新兴技术产品的预测

能较好地反映技术采⽤的S形曲线特征

应⽤建议：在实际预测中

，通常需要结合多种⽅法

，并根据数据可获得性、预测时间跨度和影响因