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电动汽车充换电站技术研究及谐波治理兰鹏飞

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：兰鹏飞

[导读] 摘要：为了减少城市交通造成的温室气体排放，以电动汽车为主的新能源汽车已经成为传统汽车产业升级、城市环境治理、能源替代等方面的共同目标。

        （庄河供电公司辽宁庄河 116400）
        摘要：为了减少城市交通造成的温室气体排放，以电动汽车为主的新能源汽车已经成为传统汽车产业升级、城市环境治理、能源替代等方面的共同目标。随着电动汽车的不断普及，城市交通的发展需要一边面临电动汽车用户行驶里程焦虑和充电排队焦虑的问题，一边需要应付大量电动汽车的增长带来的电网负荷过载、交通拥堵的压力。为了解决上述问题，电动汽车电池续航能力的提高、充电站规模的完善和电动汽车充电引导显得尤为重要。由于目前短期时间内，难以实现电池电芯技术限制上的突破，完善的充电基础设施的规划与建设也不是朝夕间就可以完成的，实现一个有效的电动汽车充电引导策略，可以缓解未来几年大量电动汽车充电请求和出行需求对电网和交通的压力，更符合电动汽车目前的发展需求，是未来几年大规模电动汽车并网的基础和保障，电动汽车充电调度成为一个重要的研究方向。
        关键词：电动汽车；充换电站技术；谐波治理
        引言
        随着我国新能源汽车规模化市场的不断发展，公共充电基础设施保有量持续高速增长，２０１９年全国充电设施新增１２．９万台，充电桩保有量达到１２１．９万台。今年经济面临较大下行压力，新基建有望成为拉动经济的重要推手，其中充电桩作为新基建重要一环，将迎来投资加速。电动汽车充电基础设施是为电动汽车提供电能的相关设施总称，包括充电智能服务平台、集中式充换电站和分散式充电桩等。充电设备是为电动汽车动力蓄电池提供电能的专用设备，即交流充电桩、非车载充电机等。
        1新能源汽车的发展现状
        由于传统能源汽车会带来大量尾气污染，加之需要消耗大量的储量有限的油气资源，我国在近年来正在大力推动新能源汽车的建设。更关键的是，在传统能源汽车制造领域，我国企业要想赶上欧美日等先发国家实在困难，因此多方因素导致新能源汽车在我国的发展迅速。我国汽车行业正依靠完备的工业产业结构与先进的电机与电池制造水平，在汽车行业领域进行技术上的弯道超车。在国家相关的新能源汽车补贴政策的激励下，加上很多大城市的限号通行政策并不包含新能源绿牌车，因此近一两年国内新能源汽车的销售量与保有量大幅提升。目前新能源汽车多以电池为储能设备，可是，新能源汽车目前所遇到的最大难题是现有充电设施难以满足日趋增长的新能源汽车保有量，特别是目前只有很多城市中才有充电站，而且相比加油站加气站，充电站数量较少，能源补给的限制对新能源汽车的快速发展上了一道紧箍咒，使新能源汽车只能有限的在大中型城市中推广。因此有必要研究如何对新能源汽车充电设施进行布局与建设，同时完善这些设施的技术水平，保证能够对新能源汽车进行快速充电，就成为了当前的研究重点与研究难点。充电桩设施在数量的不足与充电能力的限制，给我国新能源汽车的发展制造了巨大难以逾越的瓶颈问题，充电桩布局受到电网分布的限制，分布数量城市多、乡镇少，高速多、普通公路少，这就导致目前购买新能源汽车的群体多为城市上班族，主要用于上班通勤。而且由于新能源汽车特别是纯电动汽车需要用到电池储能，但目前电池技术还不完善，一方面电池安全系数不高，发生车祸后电池容易起火；另一方面电池长期使用会导致电池储能量不断下降，导致汽车必须频繁充电。前者需要改进电池技术，比如刀片电池，后者目前还难以突破难题，纯电动汽车在长期使用后，必然会需要频繁充电，那么相应的充电桩配置工作就必须要进一步完善。
        2充电设备
        １．１充电设备分类
        电动汽车充电设备的功能相当于传统燃油汽车的加油机，作为电动汽车动力蓄电池的“加电”设备，充电设备的基本功能包括电源输入保护、计量、通信、充电控制与保护，除供电外，通常还具有运行状态监测、充电故障监测、电动汽车充电时间计算以及对之前的历史数据进行存储和记录的功能。按ＧＢ５０９６６—２０１４《电动汽车充电站设计规范》电动汽车充电设备可分类为交流充电桩、非车载充电桩等。交流充电桩也称作“慢充”，是采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能的专用供电装置，其作为交流电源控制管理器提供电力输出，连接电动汽车上的车载充电机为电动汽车动力电池充电，其输入输出电压一般采用单相２２０Ｖ交流电源，输入额定电流不大于３２Ａ。非车载充电桩也称作“快充”或“直流充电桩”，是安装在电动汽车车体外，将交流电能变换为直流电能，采用传导方式为电动汽车储能设备充电的专用供电装置，通过自带的充电机为电动汽车的蓄电池充电，特点是充电电流大，适用于公共场所快充。充电主机系统可认为是非车载充电桩的其中一种，是将电动汽车充电模块集中在一起，通过功率分配单元按电动汽车充电功率的实际需求对充电模块进行动态分配，可通过群管群控技术对多辆电动汽车的同时充电实现统一调度、统一管理，充电主机系统可实现电动汽车群的有序充电、按需充电，也可实现低谷充电削峰填谷作用。不同类型充电设备的特点及适用范围如表１所示。

        图１“一位一桩”车位后布置
        1.2系统功能的具体设计与建设
        在当前新能源汽车的快速充电系统中，多依赖于测控与保护系统来建立充电站的配电系统，在启动充电站后台系统后，就可以经由系统中即时监测的汽车数据信息，通过使用公用的测控装置和微机保护测控一体化装置，来监控管理配电系统，并确保汽车充电过程的安全，特别是要避免电池在充电过程中出现起火情况。这一系统的应用与升级能够进一步提高快速充电系统中的工作效率，并且减少了在系统建设过程中的资金投入力度。而对于快手充电系统中的控制系统来说，是需要有相关的工作人员来进行具体的操作，从而实现对充电对象的控制，加强在充电过程中机械设备的保护力度，一般是可以通过远程操控来实现对新能源汽车和快速充电系统的控制。其中主要是借助摄像机经过多方位的调整。来实现对计算机的全方位的科学控制。在当前新能源汽车的充电站中，充电桩所占据的面积较小，因而可以随意的进行安装和操作。但是同时需要加强对接装欠压，过压，过流的保护工作。还需要安装触摸屏和指示灯，便于及时的掌握电桩的运行情况，及时的解决电桩出现的问题。同时还需要安装多功能的交流电度表，进一步的记录交流充电量的数据信息。
        结束语
        我国电动汽车产业发展迅速，但随知而来电动汽车充电成为需要面对的问题，充电难制约电动汽车的快速发展和普及。特别是电动汽车电池和充电技术还没有完全成熟，由于各种原因，国内新能源汽车起火事件层出不穷，引起了人们对电动汽车及充电设施安全的担忧和广泛关注。故充电基础设施的设计除应贯彻执行国家相关法律、法规外，还须合理选择充电设备、确定其负荷等级、进行正确负荷计算、对充电设备进行合理的供配电保护及监控，并对充电设备采用剩余电流保护及等电位联结，以做到安全可靠、经济合理、使用便利、绿色环保。
        参考文献
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