淺析充電站技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

袁滿祥

摘 要：隨著我國(guó)化石燃料的不斷開采和利用，資源短缺現(xiàn)象越來越突出，使得新能源的發(fā)展迫在眉睫，尤其是近年來我國(guó)霧霾天氣多發(fā)，嚴(yán)重影響了人們的身心健康，更是加大了政府推進(jìn)新能源發(fā)展的決心。汽車尾氣作為霧霾的主要原因之一，以電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車徹底避免了尾氣的排放，對(duì)改善城市空氣質(zhì)量，減少化石燃料的利用都有著重要的意義，因而得到了較快的發(fā)展，而充電站技術(shù)作為電動(dòng)汽車發(fā)展的重要基礎(chǔ)，近年來發(fā)展十分迅速。本文主要針對(duì)充電站相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和闡述。

關(guān)鍵詞：充電站；電動(dòng)汽車；新能源

1 引言

隨著我國(guó)汽車保有量的不斷增長(zhǎng)，對(duì)石油資源的需求也不斷增高，使得我國(guó)石油資源緊張的局勢(shì)日益凸顯，同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了較大的污染，大城市霧霾現(xiàn)象較為嚴(yán)重，因此以電動(dòng)汽車為首的新能源汽車開始得到人們的認(rèn)可和關(guān)注，并取得了較快的發(fā)展。充電站作為電動(dòng)汽車發(fā)展的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施，是電動(dòng)汽車的能量補(bǔ)給站，充電站技術(shù)的成熟與完善是電動(dòng)汽車發(fā)展的重要先決條件。本文主要針對(duì)充電站技術(shù)

2 充電站技術(shù)的簡(jiǎn)介

2.1 充電站的結(jié)構(gòu)

一般來說，充電站主要有供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、電池調(diào)度系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及計(jì)費(fèi)系統(tǒng)五大部分組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。

供電系統(tǒng)是充電站中的供配電設(shè)備，主要包括電纜、變壓器及配電柜等，負(fù)責(zé)為充電站中的各設(shè)備提供正常工作所需的電能，一般來說直接由交流電供電結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，成本也更低，因此應(yīng)用較為廣泛。

充電系統(tǒng)是充電站中的核心部分，主要由維護(hù)車間、充電平臺(tái)、充電機(jī)、監(jiān)控室等各類電力電子設(shè)備組成，負(fù)責(zé)完成向電動(dòng)汽車電池組的充電，如何在不傷害電池的前提下高效便捷地完成充電是該部分的關(guān)鍵。

電池調(diào)度系統(tǒng)是負(fù)責(zé)電動(dòng)汽車電池更換、維護(hù)和充電的部分，一方面負(fù)責(zé)對(duì)充電站內(nèi)的電池的充電進(jìn)行監(jiān)控，另一方面當(dāng)用戶駕駛電動(dòng)汽車來到充電站時(shí)，調(diào)度完成汽車電池的更換。

計(jì)費(fèi)系統(tǒng)也是充電站的重要組成部分之一，主要負(fù)責(zé)對(duì)用戶的充電行為進(jìn)行計(jì)費(fèi)，其通過統(tǒng)一的管理平臺(tái)，能夠?qū)τ脩舻馁?gòu)電信息、車輛信息等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并向用戶提供查詢?nèi)肟?，一方面方便用戶的查詢，另一方面?duì)充電站的運(yùn)營(yíng)管理也有著積極的意義。

監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)充電站系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)充電站中各子系統(tǒng)進(jìn)行控制、管理和調(diào)度，其通過以太網(wǎng)與充電站中其他子系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)各部分間的通訊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)充電系統(tǒng)、電池調(diào)度系統(tǒng)等的監(jiān)控、調(diào)度和控制。

2.2 充電站充電技術(shù)

2.2.1常規(guī)充電

恒流充電、恒壓充電是兩種典型的常規(guī)充電法。恒流充電是通過改變充電系統(tǒng)的輸出電壓或改變蓄電池串聯(lián)電阻值的方法，保證充電電流強(qiáng)度恒定，但到了充電后期，充電電流大多作用于電解水，因此效率較低；恒壓充電是保持充電系統(tǒng)輸出電壓恒定的充電方式，隨著蓄電池電壓值的升高，電流不斷減小，這一充電方式接近于電池的最佳充電曲線，但在充電初期的電流值過大，容易對(duì)蓄電池造成損傷。

與其他充電方式相比，常規(guī)充電的充電電流相對(duì)較小，因而充電時(shí)間較長(zhǎng)，所用充電設(shè)備的功率值也較低，設(shè)備的成本也相對(duì)較低，另一方面常規(guī)充電由于功率和電流值較低，一般規(guī)模較大，多在夜間等電力低谷段進(jìn)行，電力成本也可得到降低，但無法滿足緊急的充電需求。

2.2.2快速充電

快速充電是以較大的電流值完成的較短時(shí)間內(nèi)的蓄電池充電，主要有變電流間歇式充電、變電壓間歇式充電等方法，其中變電流間歇式充電是指在充電前期采用變電流間歇充電的方法，增大充電電流，而在后期采用恒定電壓充電的方法，使蓄電池恢復(fù)至完全充電態(tài)，這種間歇式的充電方法使得蓄電池中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣和氧氣能夠得到充分的反應(yīng)時(shí)間，從而消除極化現(xiàn)象，更有利于下一輪充電；變電壓間歇式充電與變電流間歇式充電原理相同，通過間歇恒壓充電，提高充電電流，從而實(shí)現(xiàn)快速充電。

快速充電的充電電流遠(yuǎn)大于常規(guī)充電電流，因而其充電時(shí)間較短，一般10-15分鐘即可充至80%-90%左右，由于不存在記憶性，蓄電池可以大容量的充電及放電，充放電壽命也較長(zhǎng)?？焖俪潆姖M足了車輛的緊急充電需求，另外減少了充電站對(duì)車位的需求。

2.2.3更換電池組

更換電池組是一種完全不同于前兩種的充電方式，電動(dòng)汽車在變電站中直接更換已經(jīng)充滿電的蓄電池，從而大大縮短了等待的時(shí)間。一方面留在充電站的蓄電池組也可以由充電站自行調(diào)度在電力低谷時(shí)完成充電，大大降低了電力成本；另一方面充電站可以對(duì)蓄電池進(jìn)行深度放電等維護(hù)措施，從而延長(zhǎng)電池組的使用壽命。

2.3 充電站其他關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1諧波抑制技術(shù)

充電站中由于使用了大量的電力電子設(shè)施，在整流逆變的過程中難免產(chǎn)生各次諧波，如果不進(jìn)行抑制將會(huì)直接輸出到電網(wǎng)中，從而對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及電能的質(zhì)量造成較大的影響，因此變電站諧波抑制技術(shù)也十分重要。針對(duì)變電站產(chǎn)生的各次諧波，可以采用以下三種抑制方式：一是增加換流裝置的相數(shù)，降低諧波電流的有效值；二是接入無功補(bǔ)償裝置，通過增加無功補(bǔ)償提高電力系統(tǒng)對(duì)諧波的承受能力；三是加裝濾波裝置，對(duì)高次諧波進(jìn)行濾波，從而避免諧波溢出進(jìn)入電網(wǎng)。

2.3.2功率調(diào)控技術(shù)

充電站由于自身功耗較大，對(duì)局部配電網(wǎng)的負(fù)荷均衡有著較大的影響，短時(shí)間內(nèi)大量充電設(shè)備同時(shí)工作可能造成局部過負(fù)荷，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性十分不利，因此充電站的功率調(diào)控技術(shù)也十分關(guān)鍵。充電站處的功率調(diào)控主要依靠自身監(jiān)控系統(tǒng)，從上級(jí)電網(wǎng)公司獲得實(shí)時(shí)負(fù)荷信息，并根據(jù)負(fù)荷信息對(duì)充電站內(nèi)充電設(shè)施的輸出功率進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)度控制，優(yōu)先保證電動(dòng)汽車的充電，通過電池調(diào)度系統(tǒng)對(duì)站內(nèi)蓄電池的充電進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的削峰填谷。

2.3.3防漏電技術(shù)

充電站中充電設(shè)備的電壓等級(jí)一般較高，一旦發(fā)生漏電將會(huì)對(duì)人體造成較大的安全隱患，因此防漏電技術(shù)在充電站充電設(shè)備中得到了普遍的應(yīng)用。一方面充電設(shè)備中均配置有低壓斷路器和剩余電流保護(hù)裝置，另一方面充電設(shè)備均采用了雙層絕緣材料進(jìn)行絕緣，有效避免了設(shè)備漏電帶來的安全隱患，提高了充電站的安全性。

3 充電站技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，隨著霧霾天氣的多發(fā)，政府開始重視大氣污染的治理，大力支持倡導(dǎo)電動(dòng)汽車的發(fā)展，出臺(tái)實(shí)施了各類稅收、補(bǔ)貼等優(yōu)惠政策，促進(jìn)了電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，也使得充電站技術(shù)也得到了較大的提高和完善，并已經(jīng)在許多大型城市中得到了較為廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)已建成的充電站數(shù)量已經(jīng)超過1000座，充電站的建設(shè)運(yùn)營(yíng)以及相關(guān)技術(shù)都得到了較大的突破。但是還要看到，當(dāng)前充電站大多集中建設(shè)于東部省份的大型城市中，并且數(shù)量仍相對(duì)較少，因此隨著電動(dòng)汽車的不斷推廣，變電站技術(shù)仍有著廣闊的發(fā)展空間。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

3.2.1無線充電

現(xiàn)階段的充電站技術(shù)，主要是以電纜為媒介，通過電纜與蓄電池的連接完成電能的傳輸，這種方式的操作較為復(fù)雜，并且連接部分容易發(fā)生損壞，安全性也有局限性。隨著無線充電技術(shù)的發(fā)展和成熟，基于電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的無線充電方式將成為變電站的未來發(fā)展趨勢(shì)，其使用便捷，不需要人工操作，且安全程度更高，用戶只需要將車停至指定位置即可。

3.2.2與新能源發(fā)電相結(jié)合

目前我國(guó)仍主要以熱電作為主要發(fā)電方式，電動(dòng)汽車并沒有在本質(zhì)上避免化石燃料的使用，另一方面鑒于充電站的諧波和功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的不利影響，未來可以將充電站與太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等新能源發(fā)電相結(jié)合，通過新能源發(fā)電與充電站打包式的組合，一方面降低了充電站給電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來的不利影響，另一方面充電站也削弱了新能源的波動(dòng)性，二者相輔相成，極大地促進(jìn)了新能源以及充電站技術(shù)的發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著人們對(duì)環(huán)境問題的日益關(guān)注以及電動(dòng)車相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，在政府的大力支持下，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)步入高速發(fā)展階段，充電站作為重要的配套基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)有著先行發(fā)展的重要基礎(chǔ)作用，相信隨著充電站技術(shù)的不斷發(fā)展完善，必將推動(dòng)我國(guó)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展。

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