电动汽车背景

1、.1.1 选题背景随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向1。电动汽车作为新一代的交通工具，在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。电动汽车具备接入电网进行电能补给的能力，受到各国政府的广泛关注。在美国，能源部牵头实施了 EV Project2计划，通过免费为电动汽车的用户建设家用充电桩来推广电动汽车的使用。中国在2009年1月，财政部、科技部发布了关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知，提出了“十城千辆”的大规模示范应用计划。2010年4 月，

2、电动汽车传导式充电接口、电动汽车充电站通用要求、电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议和轻型混合动力电动汽车能耗量试验方法4 项国家标准出台，而国家对包括电动汽车在内的新能源汽车也实施了补贴扶持政策。目前，电动汽车主要分为插入式混合电动汽车(plug-in hybrid electric vehicle ，PHEV) 和纯电动汽车(battery electric vehicle ，BEV) 。随着未来电动汽车的普及，电动汽车大规模接入电网充电，将对电力系统的运行与规划产生不可忽视的影响。这些影响主要包括：1 ）负荷的增长。电动汽车充电将导致负荷增长，若大量电动汽车集中在负荷高峰期充

3、电，将进一步加剧电网负荷峰谷差，加重电力系统的负担。2 ）电网运行优化控制难度的增加。电动汽车用户用车行为和充电时间与空间分布的不确定性，使得电动汽车充电负荷具有较大的随机性，这将加大电网控制的难度。3 ）影响电能质量。电动汽车充电负荷属于非线性负荷，所使用的电力电子设备将产生一定的谐波，有可能引起电能质量问题。 4 ）对配电网规划提出新的要求。在配电网中增加众多充电设施以及大量电动汽车充电，将改变配电网负荷结构和特性，传统的配电网规划准则可能无法适用于电动汽车大规模接入的情景3。 在全球新能源汽车的广泛深入研究下,逐步形成了电动汽车产业的商业化、规模化。电动汽车的商业化运营牵涉到全社会各方面

4、，电动汽车的运营需要政府电动汽车整车以及配件生产企业能源供给企业整体运营企业的相互配合，根据不同的组织方式和盈利模式形成了不同的运营模式4。电动汽车充电站的运营究竟选取哪种模式，最主要包括以下三个方面：一是消费者使用的总体经济性、方便性，这关系到运营模式的竞争力；二是能源供给企业的盈利模式，这决定着电动汽车充电站的可持续发展能力；三是对城市电网运行的影响，这是城市整个电网能否安全、高效地运行的关键因素。 1 ） 整车充电中的慢速充电方式可以充分利用低谷电力充电，电费相对降低，但是充电时间过长使车辆的使用十分不便；快速充电方式下充电时间短易于车辆的使用，但是充电费用较高，且会大大缩短电池的使用寿

5、命；而且整车充电模式下初次购买及后续更换电池的费用很高（约占车辆总费用30%50%）。换电池模式单纯的租赁费和电费支出可能比整车充电模式有一定幅度增加，但是由于节省购买电池的费用，如果政策和管理到位，理论上车辆整个生命时期的运营费用会显著低于整车充电模式，且换电池模式的灵活性、方便性都相对较好。 2 ） 换电池模式属于能源新物流模式。换电池模式有利于电池生产企业规模化、标准化生产，有利于能源供给企业的规模化采购与集约化管理，能够显著降低总运营成本。能源供给企业作为一个相对独立的中间运营商，有利于政府施加更具针对性的扶持和优惠政策，如电价政策、购买电池补贴政策等，容易建立起清晰的财务盈利模式，比

6、单纯提供充电服务可获得更高的经济回报，具有更大的发展空间。3 ） 整车充电中的快充大量发展将使得电网谐波污染问题突出，治理成本提高。换电池模式集中充电便于统一调度、管理和监控，能够最大程度发挥削峰填谷作用，提高电力系统负荷率，最大限度减少谐波污染等对电网的不利影响，有利于电网的安全稳定运行和电力资源的优化利用。 从目前电动汽车充换电的模式的宏观研判可以看出，以电池慢充、快速换电为特征的运行模式具有明显的优势及发展前途。运行模式快速换电（集中慢充）交流慢速充电直流快速充电电能补充时间5-10分钟6-12小时1-3小时安全性和可操作性好好低或不可行电池维护专业维护和管理缺乏维护和管理缺乏维护和管理

7、对电网影响可有效互动成规模后，影响较大影响较大对用户影响解除用户对电池寿命、成本和性能顾虑用户对电池寿命、成本和性能等有顾虑用户对电池寿命、成本和性能等有顾虑图1 电动汽车运行模式分析对比综上所述，换电池模式具有更突出的优势和更广阔的发展前景。考虑到差异化需求和特殊情况下电能补给的需要，以更换电池为主、整车充电为辅的运营模式将成为我国电动汽车充电站未来发展的主流模式。2011年1月国家电网公司确定了“换电为主，插充为辅，集中充电，统一配送”的电动汽车服务网络发展策略。在该运营模式中至少有2 种类型的工作站，其中集中型充电站实现对电池的大规模集中充电，而配送站则不具备充电功能，只是作为用户获得更

8、换电池服务的场所。这样的运营模式的特点是： 1 ）配送站不承担充电功能，没有电网接入的问题，站址选择灵活，以满足用户更换电池方便为主要规划目标； 2 ）集中型充电站充电功率大，且可集中控制充电功率，有利于制定电网友好的充电方案，在时空随机性方面，充电具有优越性6。1.2 选题意义集中型充电站一般由上级110（35）/10kV直接供电，其负荷一般可达数千kW甚至更大。研究显示，未来电动汽车充电负荷占未来电网负荷的20%以上甚至更高，如此大比重的电动汽车负荷的合理充放电将会对电网负荷特性产生较大的影响。图2 电动汽车换电站接线示意图集中型充电站可看作大型的充电负荷，作为储能单元，在条件成熟时也可作

9、为系统的备用电源，在电动汽车迅速发展的条件下，研究其选址、容量、负荷曲线等特性，其意义体现在：（1）集中型充电站需满足本地区的电动汽车负荷需求，所以其选址要求与电动汽车交通密度和充电需求的分布尽可能一致，并应符合充电站服务半径要求。研究电动汽车充电站选址及规模对促进电动汽车发展具有积极作用。（2）电动汽车集中充电站作为分布式的储能装置，可以通过协调控制其充放电过程，使之在系统负荷高峰时放电、低谷时充电，实现系统的削峰填谷。若控制不当，在电网高峰期充电，将加重系统负荷负担，降低其经济性。这就要求充电站负荷曲线与原电力负荷曲线尽可能互补，保障系统的稳定运行和经济性。研究针对不同负荷特性的配电网中充

10、电站选址及规模对改善电网负荷特性、实现削峰填谷，进而减少发电侧装机容量及输配电设施规模具有显著的经济效益。（3）配电网中电动汽车充电站在电网故障停电时，可以为系统提供电源支持，从而减少停电用户数量及用户停电时间，对改善配电网可靠性有积极作用。（4）电动汽车充电站在上级系统元件检修时对用户供电，实现不停电或者少停电检修。（5）采用集中型充电站换电池模式下电动汽车数量与其动力电池数量并非严格一致，动力电池数量过多势必经济性太差，动力电池数量太少又会影响与电网的互动甚至不能充到最优惠电价的电能，造成电动汽车不能真正实现削峰填谷，因此研究动力电池与电动汽车数量及充电站规模的匹配对电动汽车发展及与电网互

11、动能力意义重大。参考文献：1 杨孝纶电动汽车技术发展趋势及前景( 上)J 汽车科技，2007(6)：10-132 Boulanger A G ，Chu A C，Maxx S，et alVehicle electrification ：status and issuesJProceedings of the IEEE，99(6)：1116-1138.3 胡泽春，宋永华，徐智威，罗卓伟，占恺峤，贾龙.电动汽车接入电网的影响与利用J. 中国电机工程学报，2012，,32（4）：1-10.4 陈政琦. 电动汽车发展及运营模式探讨(上)J.大众用电，2012（4）：175 周逢权，连湛伟，王晓雷，等电动汽车充电站运营模式探析J电力系统保护与控制，2010,38(21):63-666 高赐威,张亮,薛飞,等.考虑集中型充电站定址分容的电网规划研究J 中国电机工程学报,2012,32(7):40-467 吴憩棠我国“十城千辆”计划的进展J新能源汽车，2009，1(24)：15-198 宋永华，杨岳