1_第八章电动汽车的基础设施

12DW7主编第八章电动汽车的基础设施第八章电动汽车的基础设施第一节电动汽车的充电站第二节燃料电池汽车的加氢站第三节电动汽车的应用模式第一节电动汽车的充电站一、电动汽车充电站建设的现状二、电动汽车充电站的功能三、电动汽车充电站的运行模式四、电动汽车充电机五、充电站的监控网络系统六、充电机(站)安全七、充电站实例——北京公交电动汽车充电站一、电动汽车充电站建设的现状1.国外电动汽车充电站建设的现状2.国内电动汽车充电站建设的现状1.国外电动汽车充电站建设的现状图8-1美国Evoasis电动汽车充电站示意图2.国内电动汽车充电站建设的现状图8-2电动汽车充电站二、电动汽车充电站的功能1.充电站配电系统2.充电站充电系统3.充电站电池调度系统4.充电站监控系统二、电动汽车充电站的功能图8-3充电站功能简图1.充电站配电系统2.充电站充电系统3.充电站电池调度系统4.充电站监控系统1)系统应满足不同模式充电站对监控功能的需求。2)系统应具备良好的可伸缩性，可实现根据不同充电站模式对功能的需求，方便对系统功能模块进行裁剪。3)系统应具备良好的可扩展性，以满足逐渐变化的充电站监控应用需求。4)系统应具备一定的先进性，应采用当前主流的系统平台和语言进行开发。5)系统应具备良好的可靠性，且核心模块应能够在分布式应用环境下运行。4.充电站监控系统图8-4充电站监控系统1)系统应满足不同模式充电站对监控功能的需求。2)系统应具备良好的可伸缩性，可实现根据不同充电站模式对功能的需求，方便对系统功能模块进行裁剪。3)系统应具备良好的可扩展性，以满足逐渐变化的充电站监控应用需求。4)系统应具备一定的先进性，应采用当前主流的系统平台和语言进行开发。5)系统应具备良好的可靠性，且核心模块应能够在分布式应用环境下运行。三、电动汽车充电站的运行模式1.电池更换2.电池充电3.电池维护4.电池编组三、电动汽车充电站的运行模式图8-5充电站运作流程图1.电池更换(1)更换请求需要更换电池的车辆向调度室提出电池更换请求，以便安排停车位置，通知电池更换库准备更换电池并运至更换电池区，准备卸载设备。(2)车辆进入更换区已经提出更换请求的车辆进站后，根据调度指令将车开到更换电池区准确位置，准备更换电池。(3)故障诊断更换电池前，仔细翻阅车载监控装置故障记录，检查车辆电池在运营过程中是否有故障。(4)更换电池首先断开整车的高低压供电，然后才能卸载电池。1.电池更换(5)故障诊断接通整车的高低压供电，再进行一次故障诊断，确保更换完电池之后整车运行正常后将车驶出更换电池区，转到步骤7。(6)故障排除仔细阅读车载监控的故障诊断结果，查找故障原因，进行故障排除。(7)更换后处理对于故障电池箱，将故障电池和故障信息一并送维护车间，无故障的电池箱送充电区充电。1.电池更换图8-6电池更换流程图(1)更换请求需要更换电池的车辆向调度室提出电池更换请求，以便安排停车位置，通知电池更换库准备更换电池并运至更换电池区，准备卸载设备。(2)车辆进入更换区已经提出更换请求的车辆进站后，根据调度指令将车开到更换电池区准确位置，准备更换电池。(3)故障诊断更换电池前，仔细翻阅车载监控装置故障记录，检查车辆电池在运营过程中是否有故障。(4)更换电池首先断开整车的高低压供电，然后才能卸载电池。表8-1更换电池的关键动作和用时分布表(单位：s)(5)故障诊断接通整车的高低压供电，再进行一次故障诊断，确保更换完电池之后整车运行正常后将车驶出更换电池区，转到步骤7。(6)故障排除仔细阅读车载监控的故障诊断结果，查找故障原因，进行故障排除。(7)更换后处理对于故障电池箱，将故障电池和故障信息一并送维护车间，无故障的电池箱送充电区充电。2.电池充电(1)地面充电系统地面充电系统即电池组快速更换系统，也称机械充电，通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。(2)整车充电系统整车充电系统包括常规充电和快速充电两种。(1)地面充电系统地面充电系统即电池组快速更换系统，也称机械充电，通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。①电动汽车用户可租用充满电的动力电池组，更换已经耗尽的动力电池组，有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的便捷性。②对更换下来的动力电池组可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行经济性，也解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程及价格等难题。③可以及时发现电池组中单电池的问题，对于电池的维护工作将具有积极意义。电池组放电深度的降低也将有利于电池寿命的提高。①车辆电池组设计标准化和易更换。(1)地面充电系统地面充电系统即电池组快速更换系统，也称机械充电，通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。②车辆运营中需要及时更换电池来满足运行，因此充电站中电池充电应能与车辆专业化快速分开。③由于电池组快速更换需要专业化，因而电池组快速更换模式只适用于专用的充电站。①电动汽车用户可租用充满电的动力电池组，更换已经耗尽的动力电池组，有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的便捷性。②对更换下来的动力电池组可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行经济性，也解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程及价格等难题。③可以及时发现电池组中单电池的问题，对于电池的维护工作将具有积极意义。电池组放电深度的降低也将有利于电池寿命的提高。①车辆电池组设计标准化和易更换。②车辆运营中需要及时更换电池来满足运行，因此充电站中电池充电应能与车辆专业化快速分开。③由于电池组快速更换需要专业化，因而电池组快速更换模式只适用于专用的充电站。图8-7地面单箱充电结构图③由于电池组快速更换需要专业化，因而电池组快速更换模式只适用于专用的充电站。图8-8地面整组充电结构图(2)整车充电系统整车充电系统包括常规充电和快速充电两种。1)常规充电,动力电池在放电终止后，应立即充电(在特殊情况下也不应超过24h)，充电电流相当低，约为15A，这种充电叫做常规充电(普通充电)。①尽管充电时间较长，但因为所用功率和电流的额定值不是关键因素，因此充电器和安装成本比较低。②可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本。③可提高充电效率，延长电池的使用寿命。常规充电模式的主要缺点为充电时间过长，当车辆有紧急运行需求时难以满足。①设计电动汽车的续驶里程尽可能大，需满足车辆一天运营需要，仅仅利用晚间停运时间充电。(2)整车充电系统整车充电系统包括常规充电和快速充电两种。②由于常规充电以相当低的电流为动力电池充电，因此在家里、停车场和公共充电站都可以进行。③常规充电站一般规模较大，以便能够同时为多辆电动汽车进行充电。2)快速充电，常规充电一般时间较长，给实际使用带来许多不便。①充电时间短。②充电电池寿命长(可充电2000次以上)。③没有记忆性，可以大容量充电及放电，在几分钟内就可充70%～80%的电池电量。(2)整车充电系统整车充电系统包括常规充电和快速充电两种。④由于充电在短时间内(约为10～15min)就能使电池储电量达到80%～90%，与加油时间相仿，因此，建设相应充电站时可不配备大面积停车场。①充电器充电效率较低，且相应的工作和安装成本较高。②由于采用快速充电，充电电流大，这就对充电方法以及充电的安全性提出了更高的要求，同时计量收费设计也需特别考虑。①电动汽车续驶里程适中，即在车辆运行的间隙进行快速补充电，来满足运营需要。②由于相应的大电流需求可能会对公用电网产生有害的影响，因而快速充电模式只适用于专业的充电站。1)常规充电,动力电池在放电终止后，应立即充电(在特殊情况下也不应超过24h)，充电电流相当低，约为15A，这种充电叫做常规充电(普通充电)。①尽管充电时间较长，但因为所用功率和电流的额定值不是关键因素，因此充电器和安装成本比较低。②可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本。③可提高充电效率，延长电池的使用寿命。常规充电模式的主要缺点为充电时间过长，当车辆有紧急运行需求时难以满足。①设计电动汽车的续驶里程尽可能大，需满足车辆一天运营需要，仅仅利用晚间停运时间充电。②由于常规充电以相当低的电流为动力电池充电，因此在家里、停车场和公共充电站都可以进行。③常规充电站一般规模较大，以便能够同时为多辆电动汽车进行充电。2)快速充电，常规充电一般时间较长，给实际使用带来许多不便。①充电时间短。②充电电池寿命长(可充电2000次以上)。③没有记忆性，可以大容量充电及放电，在几分钟内就可充70%～80%的电池电量。④由于充电在短时间内(约为10～15min)就能使电池储电量达到80%～90%，与加油时间相仿，因此，建设相应充电站时可不配备大面积停车场。①充电器充电效率较低，且相应的工作和安装成本较高。②由于采用快速充电，充电电流大，这就对充电方法以及充电的安全性提出了更高的要求，同时计量收费设计也需特别考虑。①电动汽车续驶里程适中，即在车辆运行的间隙进行快速补充电，来满足运营需要。②由于相应的大电流需求可能会对公用电网产生有害的影响，因而快速充电模式只适用于专业的充电站。图8-9整车充电系统与车辆的连接图②由于相应的大电流需求可能会对公用电网产生有害的影响，因而快速充电模式只适用于专业的充电站。图8-10整车充电通信网络结构图3.电池维护图8-11维护车间的运作流程图4.电池编组(1)充电平台充电机结束后，就地编组，不足的电池箱从备用电池库补齐，利用充电平台诊断电池及其管理系统，确保送往电池更换库的电池和电池管理系统无故障后，送电池更换库。(2)电池更换库备用电池库的电池具有编组能力的时候(备用电池数量较多，达到整车数量)，对电池箱进行编组，诊断无故障后，送电池更换库。(1)充电平台充电机结束后，就地编组，不足的电池箱从备用电池库补齐，利用充电平台诊断电池及其管理系统，确保送往电池更换库的电池和电池管理系统无故障后，送电池更换库。(2)电池更换库备用电池库的电池具有编组能力的时候(备用电池数量较多，达到整车数量)，对电池箱进行编组，诊断无故障后，送电池更换库。四、电动汽车充电机1.车载充电机和地面充电机2.传导式充电机和感应式充电机3.普通充电机和多功能充电机4.地面充电机的功能模块5.充电接口四、电动汽车充电机表8-2电动汽车充电机类型1.车载充电机和地面充电机图8-12标准的充电桩系统2.传导式充电机和感应式充电机图8-13感应式充电机结构图2.传导式充电机和感应式充电机图8-14移动式感应充电3.普通充电机和多功能充电机4.地面充电机的功能模块图8-15电动汽车地面充电机的功能模块组成框图5.充电接口(1)交流充电接口考虑民用充电设施的安全、能源供给端的合理规划及乘用车辆的实际能源补给需求等问题，采用额定电流不超过32A的单向交流供电方式。(2)直流充电接口为了实现对商用车辆及乘用车辆的快速能源补给，可利用非车载充电机将交流电转换成直流电，通过直流充电接口完成充电过程。(1)交流充电接口考虑民用充电设施的安全、能源供给端的合理规划及乘用车辆的实际能源补给需求等问题，采用额定电流不超过32A的单向交流供电方式。图8-16交流充电接口插头和插座的各个端子布置方式(1)交流充电接口考虑民用充电设施的安全、能源供给端的合理规划及乘用车辆的实际能源补给需求等问题，采用额定电流不超过32A的单向交流供电方式。表8-3交流充电接口端子定义(2)直流充电接口为了实现对商用车辆及乘用车辆的快速能源补给，可利用非车载充电机将交流电转换成直流电，通过直流充电接口完成充电过程。图8-17直流充电接口插头和插座的各个端子布置方式a)插头端子布置图b)插头端子布置图(2)直流充电接口为了实现对商用车辆及乘用车辆的快速能源补给，可利用非车载充电机将交流电转换成直流电，通过直流充电接口完成充电过程。表8-4直流充电接口端子定义五、充电站的监控网络系统1.充电站网络功能2.通信协议设计原则1.充电站网络功能(1)监控CAN网络监控CAN网络实时完成充电机和监控站的数据交换。(2)车载CAN网络车载CAN网络平时