新能源汽車充電設(shè)施建設(shè)及快速充電系統(tǒng)研究

楊陽　邱志卓　鄧方　江傳玉

摘 要：在新能源汽車中，最關(guān)鍵的就是充電設(shè)施，可以為能源汽車提供動力。因此，在當(dāng)前對新能源汽車的研究中，需要加大對充電設(shè)施的建設(shè)以及快速充電系統(tǒng)的研究力度，進一步促進新能源汽車的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 充電設(shè)施 快速充電系統(tǒng)

Research on New Energy Vehicle Charging Facilities Construction and Fast Charging System

Yang Yang，Qiu Zhizhuo，Deng Fang，Jiang Chuanyu

Abstract：Among the new energy vehicles， the most important thing is the charging facilities， which can provide power for energy vehicles. Therefore， in the current research on new energy vehicles， it is necessary to increase the construction of charging facilities and research on fast charging systems to further promote the rapid development of new energy vehicles.

Key words：new energy vehicles， charging facilities， fast charging systems

1 新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

由于傳統(tǒng)能源汽車會帶來大量尾氣污染，加之需要消耗大量的儲量有限的油氣資源，我國在近年來正在大力推動新能源汽車的建設(shè)。更關(guān)鍵的是，在傳統(tǒng)能源汽車制造領(lǐng)域，我國企業(yè)要想趕上歐美日等先發(fā)國家實在困難，因此多方因素導(dǎo)致新能源汽車在我國的發(fā)展迅速。我國汽車行業(yè)正依靠完備的工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與先進的電機與電池制造水平，在汽車行業(yè)領(lǐng)域進行技術(shù)上的彎道超車。在國家相關(guān)的新能源汽車補貼政策的激勵下，加上很多大城市的限號通行政策并不包含新能源綠牌車，因此近一兩年國內(nèi)新能源汽車的銷售量與保有量大幅提升。

目前新能源汽車多以電池為儲能設(shè)備，可是，新能源汽車目前所遇到的最大難題是現(xiàn)有充電設(shè)施難以滿足日趨增長的新能源汽車保有量，特別是目前只有很多城市中才有充電站，而且相比加油站加氣站，充電站數(shù)量較少，能源補給的限制對新能源汽車的快速發(fā)展上了一道緊箍咒，使新能源汽車只能有限的在大中型城市中推廣。因此有必要研究如何對新能源汽車充電設(shè)施進行布局與建設(shè)，同時完善這些設(shè)施的技術(shù)水平，保證能夠?qū)π履茉雌囘M行快速充電，就成為了當(dāng)前的研究重點與研究難點。充電樁設(shè)施在數(shù)量的不足與充電能力的限制，給我國新能源汽車的發(fā)展制造了巨大難以逾越的瓶頸問題，充電樁布局受到電網(wǎng)分布的限制，分布數(shù)量城市多、鄉(xiāng)鎮(zhèn)少，高速多、普通公路少，這就導(dǎo)致目前購買新能源汽車的群體多為城市上班族，主要用于上班通勤。而且由于新能源汽車特別是純電動汽車需要用到電池儲能，但目前電池技術(shù)還不完善，一方面電池安全系數(shù)不高，發(fā)生車禍后電池容易起火;另一方面電池長期使用會導(dǎo)致電池儲能量不斷下降，導(dǎo)致汽車必須頻繁充電。前者需要改進電池技術(shù)，比如刀片電池，后者目前還難以突破難題，純電動汽車在長期使用后，必然會需要頻繁充電，那么相應(yīng)的充電樁配置工作就必須要進一步完善。目前來看，新能源發(fā)展的主要障礙除了新能源汽車自身技術(shù)的不足和儲能設(shè)備壽命問題外，影響新能源汽車推廣的最大問題就是充電設(shè)施的布局配套不足的問題，這也是導(dǎo)致油電混合汽車比純電動汽車更受市場青睞的原因。

2 新能源汽車充電設(shè)施建設(shè)的內(nèi)容

2.1 設(shè)施的布局

如前文所述，我國新能源汽車目前發(fā)展的最大障礙就是在于新能源汽車充電設(shè)施的規(guī)劃與建設(shè)還不合理不完備。在相關(guān)新能源汽車充電設(shè)施建設(shè)中，第一步要先對區(qū)位因素科學(xué)的具體的實事求是的進行綜合考量，參考新能源汽車的未來發(fā)展方向、單程充電里程等，選擇合適的服務(wù)半徑。但是在此過程中還需要根據(jù)城市交通的總體規(guī)則，要具體明確區(qū)域內(nèi)的新能源汽車的交通量，進一步地根據(jù)充電需求的數(shù)量來進行合理的布局。

在對充電樁的分布的研究中，首先是要根據(jù)建設(shè)的成本計算，能源汽車的使用數(shù)量和特點等來進行對應(yīng)的充電樁布局規(guī)劃。其中對于新能源公交車來說，充電樁應(yīng)該與新能源汽車的數(shù)量進行1對1的配比，進而來滿足新能源公交車在行駛過程中對電量的需求。但是在對于一些社會停車場、大型商場等位置時，盡可能保證預(yù)留的充電樁的數(shù)量要大于等于總停車位的15%，這樣才能夠保證及時為新能源汽車提供動能。部分住宅小區(qū)、辦公室、住宅等位置的充電樁數(shù)量，應(yīng)該在停車位的10%。在對充電樁進行布局的過程中，一定要保證新能源汽車在行駛15-30分鐘之內(nèi)可以遇到一個充電站，滿足新能源汽車對電能的需求，但是此時還是要考慮道路等級的因素。在當(dāng)前設(shè)置的充電站的規(guī)模上來看，需要結(jié)合交通和功能來進行劃分，其中可以將用地規(guī)模劃分為三類2100m2、1200m2、50-200m2，其中相對應(yīng)的充電樁的設(shè)置數(shù)量應(yīng)該是為12，80，1-2臺充電器，這樣就可以滿足新能源汽車在行駛過程中對電能的要求。但是為了進地步的保證充電樁的分布均勻，針對一些中心城市區(qū)，一般還需要在公交路線的15-20km內(nèi)設(shè)置公交車的充電站，而針對郊區(qū)來說，一般是選擇公交線路的20-30千米來建立對應(yīng)的公交車的充電站。

2.2 設(shè)施的建設(shè)

目前我國布局建設(shè)的充電樁的數(shù)量超過了50萬個，這其中公共充電樁占到了一半，汽車和車樁的配比能夠達到3.8：1，公共類充電基礎(chǔ)設(shè)施超過23萬個，其中交流充電設(shè)施超過了9萬個，直流超過了7萬個，交直流一體化超過了7萬個。但我國國土面積廣大，這些數(shù)量依然無法滿足未來的需求。而且在地域上，充電設(shè)施分布非常不均衡，城市多，鄉(xiāng)鎮(zhèn)少，高速多，一般公路少。

在當(dāng)前新能源汽車充電樁設(shè)施的建設(shè)過程中，我國充電樁的數(shù)量已經(jīng)達到了50萬個，其中公共充電樁占到了51%，其中汽車和車樁的配比能夠達到3.8：1。當(dāng)前我國公共類充電基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)達到了23萬個。而交流充電的設(shè)施是9萬個，直流充電設(shè)施是7萬個，交直流一體化的充電設(shè)施達到了7萬個。雖然我國當(dāng)前新能源汽車充電設(shè)施的建設(shè)數(shù)量較多，但是依然無法滿足新能源汽車在發(fā)展過程中對充電設(shè)施的要求。按照我國政府公布的相關(guān)政策，以續(xù)航能達到150千米的新能源汽車為銷售價格的1/3提供補貼，從而促使人們更積極地購買新能源汽車。在當(dāng)前政策的支持下，充電設(shè)施建設(shè)的成本逐漸降低，使得我國新能源汽車充電站的建設(shè)不斷的發(fā)展，因此，在未來的發(fā)展過程中，應(yīng)該加大對充電樁和充電站設(shè)施的建設(shè)，逐步地擴大充電系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模，從而來建立一個開放的充電基礎(chǔ)設(shè)施，從而能夠滿足新能源汽車的充電需求。

3 新能源汽車快速充電系統(tǒng)的研究

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體建設(shè)

在當(dāng)前新能源汽車充電系統(tǒng)的建設(shè)過程中，國家對新能源快速充電系統(tǒng)的投資金額較大，目的是為了進一步的解決新能源汽車充電速度較慢的問題以及促進新能源汽車的快速發(fā)展。當(dāng)前新能源汽車快速充電的系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的充電系統(tǒng)之間存在較大的差別，這套系統(tǒng)使用的是充電機和快速充電站來對新能源汽車進行快速充電，充電的功率可以達到50-100kWh，充電時長一般只需要30分鐘到50分鐘。而充電站的配電系統(tǒng)與控制系統(tǒng)主要是對充電站進行配電保護，特別在發(fā)生充電故障時及時切斷電源，避免進一步的損壞。最關(guān)鍵的是，交流電樁可以為新能源汽車提供充電電源，能夠滿足汽車在行駛過程中對電源的需求，可以隨時進行對汽車的充電，保證汽車的正常行駛。

3.2 系統(tǒng)功能的具體設(shè)計與建設(shè)

在當(dāng)前新能源汽車的快速充電系統(tǒng)中，多依賴于測控與保護系統(tǒng)來建立充電站的配電系統(tǒng)，在啟動充電站后臺系統(tǒng)后，就可以經(jīng)由系統(tǒng)中即時監(jiān)測的汽車數(shù)據(jù)信息，通過使用公用的測控裝置和微機保護測控一體化裝置，來監(jiān)控管理配電系統(tǒng)，并確保汽車充電過程的安全，特別是要避免電池在充電過程中出現(xiàn)起火情況。這一系統(tǒng)的應(yīng)用與升級能夠進一步提高快速充電系統(tǒng)中的工作效率，并且減少了在系統(tǒng)建設(shè)過程中的資金投入力度。而對于快手充電系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)來說，是需要有相關(guān)的工作人員來進行具體的操作，從而實現(xiàn)對充電對象的控制，加強在充電過程中機械設(shè)備的保護力度，一般是可以通過遠程操控來實現(xiàn)對新能源汽車和快速充電系統(tǒng)的控制。其中主要是借助攝像機經(jīng)過多方位的調(diào)整。來實現(xiàn)對計算機的全方位的科學(xué)控制。在當(dāng)前新能源汽車的充電站中，充電樁所占據(jù)的面積較小，因而可以隨意的進行安裝和操作。但是同時需要加強對接裝欠壓，過壓，過流的保護工作。還需要安裝觸摸屏和指示燈，便于及時的掌握電樁的運行情況，及時的解決電樁出現(xiàn)的問題。同時還需要安裝多功能的交流電度表，進一步的記錄交流充電量的數(shù)據(jù)信息。而在快速充電系統(tǒng)中的直流電機中，是由功率單元、電氣接口、通信接口和控制單元構(gòu)成，通過相互融合來進一步的為新能源汽車進行快速充電過程。但是在進行對直流電機的設(shè)計過程中，需要結(jié)合汽車的型號來選擇對應(yīng)的直流電機，從而來保證電機輸出的功率能夠符合新能源汽車類型，滿足新能源汽車在充電中的各項要求。

4 結(jié)語

簡單來說，新能源汽車在行駛過程中對充電設(shè)施的依靠性較大，需要充電設(shè)施來及時的提供動力，從而保證新能源汽車的穩(wěn)定行駛。因此就是要加大的充電設(shè)施的投入和研發(fā)力度，其中在對于新能源充電系統(tǒng)進行設(shè)計過程中，要嚴格的按照新能源汽車對充電的要求，汽車的型號等來進行設(shè)計。但是還是要結(jié)合相應(yīng)市場的需求來科學(xué)合理地規(guī)劃充電設(shè)施和設(shè)備。在快速充電系統(tǒng)中加入一些高科技技術(shù)，使快速充電成為可能，如大力推進光伏充電站的配套建設(shè)等，讓新能源有更大的發(fā)展空間，并在未來取代傳統(tǒng)能源汽車。

參考文獻：

[1]易桂波，沈志意.綠色發(fā)展理念下新能源汽車充電設(shè)施規(guī)劃布局研究[D].中外建筑，2018（08）：179-180.