电动汽车100926课件

1、纲要一、研究背景二、电动汽车的分类及发展三、电动汽车的充电四、电动汽车充电设施的建设五、电动汽车相关标准六、动态差值算法一、研究背景1.1 人类面前两个至关重要的课题 全球性的能源危机 ：世界范围内以石油为代表的化石资源日益枯竭，油价居高不下，预示着经济文明的发展呼唤新能源时代的到来 环境恶化依旧：大气、水资源、固体废弃物以及噪声等环境污染问题由于人类片面、过分追求经济利益而日益严峻，如温室气体、汽车尾气 “低碳生活”、节能减排 1.2 应对措施开发新一代交通工具（电动汽车）电动汽车真正意义上的普及是建立在大规模基础软硬件投资建设条件下的：先进的通讯信息网络、电力网络以及交通网络三者将全面交互

2、，以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的分布式运行管理系统与远程终端的建立等家庭用电提供电动汽车充电需求等 改变人们的用电方式 （需求侧响应）需求侧响应需求侧响应（需求响应）（Demand Response ，DR)电力市场中的用户针对市场价格信号或者激励机制做出响应，并改变正常电力消费模式的市场参与行为 提高系统的可靠性，降低系统的整体成本，提高市场效率，同时防止市场成员操纵市场，使市场参与者规避系统安全和价格波动的风险1.3良好机遇-智能电网大背景:新能源技术的日新月异、国家特高压项目的建成试运行 “坚强智能电网 ”:建立在集成、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的

3、控制方法以及先进的决策支持系统的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标二、电动汽车的分类及发展2.1电动汽车的分类分类：纯电动汽车 燃料电池汽车 混合动力汽车 共性特点：零排放、零污染、零噪声 PHEV纯电动汽车纯电动汽车（BEV：Battery EV)动力来源于车载蓄电池，电池能量直接来自电能，需要专用的充电站对其充电目前BEV尽管装备了诸如镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等各种高性能电池同时业已进人小批量试生产阶段，但大规模市场化因其电池重量大、整车续航里程小、动力不足的局限而收到束缚较适合于市内或社区小范围地理区域内使用燃料电池汽车燃料电池汽车（FCEV/FCV：

4、Fuel Cell EV）动力同样来源于车载蓄电池与BEV的区别在于电池能量是化石燃料，如PEM质子交换膜电池中反应物主要是甲醇、汽油、柴油天然气等燃科，需要专门的加氢站为其蓄能燃料来源广泛，可再生循环，可实现无污染、零排放等环保标准自身车载电池容量较大，续航里程和动力略高于BEV，但是其成本高昂，整体操控性能上离目前市面上的内燃机汽车还有很大差距混合动力汽车混合动力汽车（HEV：Hybrid Electrical Vehicle）同时装备两种动力来源传统的内燃机(汽油机或者柴油机)与电动力源(电池与电动机)的电动车通过在混合动力车上使用电机和电池，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况灵活调

5、控，发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，不同的工况下灵活选择不同的动力源，刹车制动时电池回收能量，可以大大减少油耗和尾气排放能提供与目前汽车几乎同等的性能，无论城市短途还是长途高速环境均可适应插电式混合电动汽车 插电式混合电动汽车（PHEV，Plug-in HEV） HEV从电网的角度分：插电式电动汽车/非插电式电动汽车PHEV具有电池储能系统，灵活的与电网相连接的电力电子设备可作为负荷从电网中充电，也可作为电源在适当的情况下给电网供电实际统计数据：汽车日平均使用时间不超过4（96的时间处于静止停放状态），PHEV电池可以在夜晚用电负荷低峰时充电，白天用电高峰期间适当向电网放电从需求侧响应的

6、角度来看，起到削峰填谷的作用；从经济角度来说，降低了用电成本，甚至还可以产生一定的经济效益 部分国内外车企最新一代PHEV、EV车型推出时间计划2.2 电动汽车的未来发展燃料电池电动汽车混合动力汽车纯电动汽车驱动系统电机电机内燃机电机能源系统燃料电池蓄电池/超级电容内燃机单元蓄电池/超级电容能量来源氢气、汽油甲醇、乙醇加油站电网电网特点无废气排放不燃烧石油行驶里程长成本高仍处于开发中废气排放少燃烧石油行驶里程长车价较高已批量生产销售零排放不燃烧石油续驶里程短电池成本高已小批量生产销售主要问题燃料电池价格昂贵燃料处理器技术复杂缺少燃料加注基础设施多能源管理能量控制系统复杂价格高电池价格高电池性能

7、有待提高2.3电动汽车的性能比较各类电动汽车性能比较 动力电池分类图2.4 电动汽车动力电池2.5 电动汽车动力电池性能和配置铅酸电池镍氢电池锂离子比能量3040Wh/kg6080Wh/kg80120 Wh/kg使用寿命单体300500次单体500800次单体2000次以上其它特点充电时间长铅金属污染环境较成熟，价格较高镍金属污染环境电池发展方向，环保性能提升空间大大型客车中型客车轻型客车纯电轿车电池容量（Ah）3008001603008020080160电池只数（只）100180801108011080110不同类型电池的性能比较 电动车主要车型与电池组典型配置2.6 电动汽车发展的意义能源

8、安全：优化能源结构，破解我国能源战略安全难题的重要解决方案。节能减排：实现“ 零排放 ”，发展低碳经济的重要手段。调整优化产业结构：促进产业升级、增加就业的需要。 预计到2019年，我国纯电动汽车将达到20万辆。目前国内纯电动汽车主要有公交、环卫、电力等行业的集团 用车，及微型电动汽车等。2009年1月，科技部和财政部共同启动了“十城千辆”电动 汽车示范应用工程。“十一五”期间启动了国家863计划节能与新能源汽车重大项目。自“八五”以来，在研发电动汽车方面取得了一系列科研成果。2.7 我国电动汽车的发展情况采用交流电源对具有车载充电机的小型乘用车辆进行充电。多安装在住宅小区停车场、公共停车场等

9、场合。典型的充电时间为68小时。三、电动汽车的充电 3.1 电动汽车充电方式 3.1.1交流充电采用大电流直流充电，用于给不具备车载充电机的电动汽车的蓄电池进行充电。典型的充电电流为0.2C0.3C。大电流充电对电池寿命有一定的影响, 对电网有一定的冲击。3.1.2 直流充电直流充电以更换电池组的方式对电动汽车实现能源的快速供给。初始成本很高；所需场地和空间较大；电池箱的物理尺寸和电气参数尚无统一标准。3.1.3 电池更换电池更换供电系统充电系统存储系统电动汽车能源供给系统交流在线直流离线3.2 电动汽车能源供给系统3.3 电动汽车充电接口充电接口 提供非车载充电机采用传导方式为电动汽车蓄电池

10、提供电能的回路，同时提供充电机和电动汽车BMS系统之间的通讯回路等辅助功能 ；目前国内外尚无统一的电动汽车充电接口，标准化工作正在推进之中。我国电动车充电接口标准讨论稿已经送审国家标准委员会，有望在今年获得批准 1414万kW692万kW2009年北京某日负荷曲线以北京现有发输配电能力，谷电可利用电能量为2694万kWh，按照日90km耗电量18kWh计 ，夜间低谷时段可为约150万辆电动轿车充满电。1125万kW电动汽车作为用电负荷的影响将日益增大：电动汽车在电网负荷低谷时段充电，发挥“移峰填谷”作用。电动汽车充电将影响电网的电能质量，增加电网谐波含量。3.4 电动汽车充电对电网影响 至20

11、09年9月底，我国发电装机容量为8.3亿千瓦；至2009年8月底，我国汽车保有量超过7000万辆。假定每辆电动汽车充电功率为10千瓦，则全国所有车辆都变为电动汽车，同时充电总功率将达到7亿千瓦。3.5 充放电与电网的关系V0G：即接（入电网）即充方式，无任何充电控制 TC：时间控制方式 ，具体时刻的确定可通过程序设定或其他设备发信号的方式来触发 V1G：充电受电网控制方式，与电网进行实时通信，可在电网允许时刻进行充电 V2G：与电网的能量管理系统通信 ，可实现电动汽车的充电（从电网获取电能）、放电（电动汽车将存储在自身电池上的电能反馈给电网） 3.5.1 智能电网下的V2G V2G的含义 V2

12、G（车辆到电网，Vehicle to Grid）实现PHEV与电网（一般是配电网馈线末端）相连接的新技术形象来说PHEV通过通用的线路、插头接入 充电站终端插座，其车载电池系统能够通过充电站的通讯网络与智能电网直接交互，双向传送实现了当今世界两个至关重要并且与人们日常生活息息相关的领域以石油能源为依托的交通系统与电能系统之间的一种链接V2G的示意图 交流充电桩充电站电池更换站充电设施类型遵循的原则：“统一标准、统一规范、统一标识、优化分布、安全可靠、适度超前”4.1 综述四、电动汽车充电设施的建设4.2 电动汽车充电设施重要意义国家层面 电动汽车充电设施建设是电动汽车产业发展的必要条件完善的充

13、电设施网络和电力配套设施，可促进电动汽车大面积推广 国家电网层面 履行社会责任，建设生态文明的重要行动坚强智能电网建设与新能源发展的需要促进电力需求、延伸用电服务的需要 4.3 总体发展思路 根据国家电网公司“十一五” 电力营销发展规划、国家电网公司“十一五”电动汽车推广实施方案和国家电网公司“十二五”电网智能化总体规划要求,国网公司将按照统一坚强智能电网第一阶段重点项目实施方案的总体部署，本着“统一标准、统一规范、统一标识、优化分布、安全可靠、适度超前”的原则，建设节能环保的电动汽车充电设施。 4.4充电设施的组成配电系统充电系统监控系统充电设施的组成标识系统其它相关辅助系统（建筑、结构、给

14、排水等）电池更换系统4.5交流充电桩交流充电桩配电系统监控系统土建工程0.4kV配电系统无功补偿装置配电保护监控安防系统充电桩场地充电桩标识系统电力电缆计量计费系统上级系统通讯接口4.5.1交流充电桩的组成4.5.2交流充电桩-技术指标满足国家电网公司电动汽车充放电站建设指导意见中对交流充电桩技术指标的要求；提供AC220V/5kW的交流供电能力；在室外应用时，防护等级为IP54，并设置必要的遮雨设施。4.5.3交流充电桩设计-功能规范具备漏电、短路、过压、欠压、过流等保护功能具备显示、操作等必需的人机接口交流充电计量计费，设置刷卡接口，提供票据打印功能具备充电接口的连接状态判断、联锁、控制导

15、引等完善的安全保护控制逻辑4.6.1 充电站的分类充电站平面充电站立体充电站自行式立体充电站升降横移式充电站垂直升降式充电站4.6 充电站4.6.2充电站组成电动汽车充电站配电系统充电站监控系统土建工程充电机系统10kV配电系统变压器400V配电系统有源滤波及无功补偿装置直流操作电源直流充电机交流充电桩充电站监控后台配电保护监控充电机监控系统安防系统综合办公室充电站场地充电站标识系统电力电缆计量计费系统车辆通过专用车道上下楼层，自行停放在每个停车位相应位置设置交流充电接口在部分指定车位配置少量直流充电接口， 实现快充配电系统、监控系统及安防系统参照 平面充电站设计4.6.3 立体充电站-自行式

16、自行式立体充电站排列方式简单空间利用率高车位移动范围小利于软导线连接应用广泛立体充电站-升降横移式停车库特点立体充电站-升降横移式占地面积小,空间利用率高在提升机的两侧布置车位，中间为载车台升降井道地面需一台汽车旋转台，可省去车辆调头操作立体充电站-垂直升降式停车库特点大型中型小型占地约17002000平方米约1000平方米50100平方米充电机2台大型：DC500V/400A4台中型：DC500V/200A2台小型：DC350V/100A4台交流充电桩2台中型：DC500V/200A2台小型：DC350V/100A4台交流充电桩12台小型：DC350V/100A23台交流充电桩配电系统10k

17、V双路常供，单母线接线；配变：干式低损耗变压器；0.4kV侧：单母线分段接线，两段母线之间设分段联络柜10kV单路常供，单母线接线；配变：干式低损耗变压器；0.4kV侧：双路进线（一主一备），单母线接线方式0.4kV供电其它有源滤波无功补偿设备；计量计费系统；充电站监控系统；配电监控、充电机监控和安防监控系统有源滤波无功补偿设备；计量计费系统；充电站监控系统；配电监控、充电机监控和安防监控系统计量计费系统；选配充电站监控系统；选配安防监控系统4.6.6平面充电站-典型配置平面充电站关键设备-充电机类别输入功率因数谐波污染效率稳压、稳流、纹波系数动态响应速度可靠性单机容量相控低（0.8左右）高低

18、（80%左右）差（1%左右）慢高大高频开关高（0.9以上）低高（90%以上）好（0.5%）快较高较大充电机整流技术路线2019年3月31日上午，国内首座符合国家电网典型设计的唐山市南湖电动汽车充电站正式竣工并投入运行，是完全遵循国家标准及国家电网典型设计要求建设的样板工程。配置：2台大型直流充电机，8台中型直流充电机，10台5kW交流充电桩。平面充电站工程情况唐山2019年4月19日，江苏省首座采用国家电网公司典型设计的电动汽车充电站扬州市吴州路电动汽车充电站投运仪式暨50路电动车示范路线开通仪式在扬州举行。配置：3台大型直流充电机，4台中型直流充电机，10台5kW交流充电桩5月26日合肥柳树

19、塘充电站投运5月28日成都石羊充电站投运平面充电站工程情况扬州目前正在实施建设的项目：大连城西电动汽车充电站石家庄位同电动汽车充电站合肥瑶海电动汽车充电站西安瓦胡同电动汽车充电站长春高新区电动汽车充电站 平面充电站工程情况电池更换站配电系统充电系统电池更换站综合监控系统电池架及电池箱电池更换系统电池检测及维护设备4.8.1 电池更换站的组成4.8 电池更换站优点：实现电动汽车快速补充电能；减少电动汽车在充电站内的等待时间；可对电网的削峰填谷起到辅助作用。缺点：初始成本高；场地和空间要求较大；蓄电池的物理尺寸和电气参数尚无统一标准 4.8.2 电池更换站IEC 61851-1：2019电动车辆传

20、导充电系统第1部分：一般要求IEC 61851-2-1：2019电动车辆传导充电系统 第2-1部分：电动车辆与交流/直流电源的连接要求IEC 61851-2-2：2019电动车辆传导充电系统第2-2部分：电动车辆交流充电站IEC 61851-2-3：2019电动车辆传导充电系统第2-2部分：电动车辆直流充电站IEC 62196-1：2019插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔 电动车辆的传导充电 第1部分：交流到250A和直流到400A的电动车辆的充电5.1 IEC相关标准情况五、电动汽车相关标准JEVS G 101：1993电动车辆适用于经济充电站快速充电系统的充电器JEVS G 102：199

21、3电动车辆适用于经济充电站快速充电系统的铅酸蓄电池JEVS G 103：1993电动车辆适用于经济充电站快速充电系统的充电站台JEVS G 104：2019电动车辆适用于经济充电站的快速充电系统通讯协议JEVS G 102：1993电动车辆适用于经济充电站快速充电系统的铅酸蓄电池JEVS C 601：2000电动汽车充电器用插入连接器JEVS TG G101：2000电动汽车的200 V充电系统JEVS TG G102：2019电动汽车充电设备的安装JEVS TG Z001：2019电动汽车用充电操作标识的相关导则JEVS TG Z002：2019电动汽车用高电压部件标识的相关导则5.2 JEVS相关标准情况GB/T 18487.1-2019 电动车辆传导充电系统一般要求GB/T 18487.2-2019 电动车辆传导充电系统电动车辆与交流直流电源的连接要求GB/T 18487.3-2