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电动汽车充电桩相关技术问题探讨

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摘要:新能源汽车的推广应用依赖于充电基础设施的建设和运营。近年来,中国充电基础设施的发展取得了一些成绩,但仍有很大的发展空间,结合多年实际工程经验,对其中一些问题进行了分析。

关键词:充电柱;新能源汽车;问题;建议

随着能源和环境的挑战越来越严峻,各国纷纷出台相关政策,力求普及推广新能源汽车,全球汽车产业也随之迈进了全新的发展阶段———动力革命。充电桩是插电式混动汽车和电动汽车进行电能补给的重要配套设施。充电桩的布局建设,是影响消费者对新能源汽车接受程度重要因素之一。在充电桩的发展过程中,暴露出来的充电时间、充电安全、充电站选址等方面的问题亟需解决。

1充电桩相关内容的解释

1.1充电桩及其功能充电桩(Chargingpile)一般安装在公共场所和住宅小区的停车场或者充电站内,可以固定在墙壁或地面,其功用如同加油站里的加油机,可依据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。其输入端直接接入交流电网,输出端连接充电插头,为电动汽车充电。

1.2充电桩的分类按安装方式分:可分为挂壁式充电桩、落地式充电桩。按安装地点分:可分为专用充电桩、公共充电桩。按充电口数目分:可分为一桩多充、一桩一充。按充电方式分:可分为交流充电桩、直流充电桩、交直流一体充电桩。

1.3充电桩的技术实现直流充电桩的工作原理:经整流滤波,三相交流电变为直流电供给IGBT桥。通过控制器中的驱动电路,作用于IGBT桥后,直流电压又转换为交流电压。然后,交流电压经高频变压器的变压隔离,再次经整流滤波得到直流脉冲,便可对电池组充电。此过程中,控制器可依据参数的变化(电池的端电压、电流大小)实现动态控制,实施修改充电参数。此外,为保证系统运行过程中的安全性、可靠性,设计有过热、过流、过压保护电路。具体充电过程:充电时,将充电桩的充电手柄与电动汽车的充电插口相连接,然后在刷卡区刷IC卡,按照屏幕的提示进行操作,选择充电模式,即可充电。整个充电过程中,监控单元都会对充电接口的连接状况、电压、电流实时监控,一旦发生异常,便会立即发出警报。为确保充电桩的高效运行,采用了模块化原则编写主程序。主程序包括:IC卡识别模块、中央控制模块、显示模块、打印模块、通讯模块、检测模块等。激活充电桩时,各模块之间由主程序协调,从而实现一整套的充电流程。多线程的处理方式可确保各模块之间互不影响。

2充电桩、充电站的发展现状及问题

应对方案类似加油站,充电站同样需要让使用者感受到方便、快捷的使用体验。所以这对充电桩技术的要求、充电站的选址提出了很高的要求。现如今充电桩、充电站的发展主要存在三个方面的问题。

2.1安全问题用于新能源汽车充电的电压主要为220V、380V,远远超过人体安全电压的范围,同时,电流的热效应带来的安全隐患同样不可忽视。本着安全第一的原则,充电桩的安全必须纳入首要的考虑内容中。以下是几种应对方案:1)请勿将易燃、易爆或化学物品、可燃性材料等危险品靠近充电桩放置。2)充电枪头应保持干燥清洁。若充电枪头脏污时,应使用干布擦拭,禁止在带电情况下触摸充电枪芯。3)当充电线缆或充电枪存在破裂、线路裸露等缺陷时,严禁使用充电桩。若有发现此类缺陷,应及时联系工作人员维修。4)严禁私自维修、拆卸、改造充电桩,若有相关需求,应联系工作人员。5)在充电过程中,不能拔卸枪头。应确保充电过程中的人身和车辆安全。

2.2时间问题有研究表明,66%的消费者认为新能源汽车不如普通汽车方便,并且其中63%的人觉得充电阶段的问题是首要原因。这些影响消费者决策的问题摆在了科技工作者和政府身上。消费者主要认为的充电阶段时间的问题主要有两个方面:一是寻找充电桩的时间;二是充电的时间。对于第一个问题:电动汽车充电桩属于电网配用电侧,由于其结构上的特殊性,决定了自动化通信网络的特点为:覆盖面广、被测点多且分散、通信距离短。同时,随着城市的发展,网络拓扑要求具有灵活性和扩展性的结构。因此,在选择充电桩的通信方式时,应考虑如下问题:1)可靠性———在较强的电磁干扰和噪声干扰、长期的恶劣环境中,通信系统需保持畅通,应具有较高的可靠性。2)建设及维护费用———在可靠性达到要求的前提下,综合各方面因素,考虑建设以及后续使用过程中维护所需的费用。3)双向通信———此通信方式可在实现信息量上传的同时,实现控制量的下达。4)多业务的数据传输速率———以后,终端的业务量将会呈现不断增加的趋势。因此,主站与子站,以及子站与终端之间的通信,对实现多业务数据传输速率的要求也将逐步升高。5)通信的灵活性、可扩展性———由于充电桩的控制点多、覆盖面广且分散,故应采用标准的通信协议。鉴于“ALLIP”网络技术的发展,以及不断增长的电力运营业务,故需要考虑基于IP的业务承载,同时也要考虑安装调试、运行维护过程中的便利性。对于第二个问题:普通汽车在加油站加油,算上排队,也不过20min左右。而电动汽车则普遍需要1h或是更长时间。充满电续航里程也只有普通汽车的一半还不到。虽然特斯拉建议他的消费者们在这段时间去吃饭或是去咖啡馆,但未免还是会减少人们购买电动车的热情。目前,新型电池、不断更新的充电技术一定会让这个问题得到更好的解决。

2.3通信问题因充电桩是属于配电网侧的,故其通信方式常常与配电网络的自动化等问题综合考虑。在选择通信方式时,需综合考虑不同区域、不同的实际条件等因素。可见,通信是实现配电网络自动化的重难点。对于电动汽车充电桩,其通信方式主要为无线通信及有线通信两种。其中,无线通信主要是采用移动运营商的移动数据接入业务。而有线通信主要包括:工业串行总线和有线以太网。工业串行总线具有设计简单、数据传输可靠等优点,但其缺陷在于灵活性差、扩展性差、布网复杂、施工成本高、通信容量低。有线以太网同样具有数据传输可靠的优点,相较于工业串行总线,其还具有网络容量大的优点;其缺陷在于灵活性差、扩展性差、布线复杂、施工成本高。若采用移动运营商的移动数据业务,则需要把充电桩接入移动运营商的移动数据网络,这需要向运营商支付昂贵的费用,且这笔费用将随充电桩数目的增加而越来越多;与此同时,网络的可靠性、数据的安全性都将受限于移动运营商,这有碍于设备的安全可靠运行;此外,因为所接入的移动数据带宽为共享带宽,故当大量设备在局部区域同时接入时,网络的可靠性将下降,用户的平均带宽会恶化。可见,这并不适合充电桩群的大量、密集型接入,不利于大量的数据传输。

3一种新技术———V2G

V2G是Vehicle-to-grid的简称,它描述了这样的一个系统:当插电式混合动力汽车或是纯电动车没有运行的时候,可以将其电池的能量传送到电网;反之,当电动汽车需要充电时,电池可以从电网获取电能。车辆到电网(V2G)技术可以通过电动汽车帮助电网实现电力平衡,它开启了一种新的可能性,即电动汽车车主可以将电池储存的电力出售给供电公司。目前在英国,有21个此类项目正在运行中,旨在充分利用电动汽车的储能功能,在低成本、非高峰时段为电动汽车充电,而后在高峰时期将多余的电力返销给电网,从而产生利润。

4结论

鉴于不断攀升的石油价格,以及大气污染物所引发的一系列环保问题,电动汽车、混动汽车等新能源汽车再次吸引了各方各界的关注。自中国电动汽车重大专项实施以来,纯电动、混动以及燃料电池汽车的动力系统集成、动力总成关键零部件、整车集成等多方面均取得了重要技术突破。同时,在技术标准搭建、专利战略等方面也取得了良好效果,为新能源汽车产业奠定了良好的自主知识产权基础。

作者:彭怡 单位:国网重庆市电力公司市区供电分公司营销部

汽车电器杂志责任编辑:张雨    阅读:人次