電動(dòng)汽車(chē)有序充放電管理策略設(shè)計(jì)

21ic電源：電動(dòng)汽車(chē)作為正在培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，已成為新能源汽車(chē)發(fā)展的主要方向，也將成為21世紀(jì)最有潛力的交通工具。隨著我國(guó)建設(shè)電動(dòng)汽車(chē)換電站、充電站和充電樁計(jì)劃的逐步清晰，電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施的建設(shè)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段。隨著電動(dòng)汽車(chē)銷量的逐步增加，電動(dòng)汽車(chē)的充電問(wèn)題受到各國(guó)政府和電力公司的重視。我國(guó)從“九五”開(kāi)始明確支持電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展和示范運(yùn)行，北京、上海、深圳等示城市紛紛開(kāi)展了電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施的建設(shè)工作。國(guó)家電網(wǎng)公司在“十二五”期間，將建設(shè)充換電站2351座、充電樁22萬(wàn)個(gè)。

可以預(yù)計(jì)，隨著未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的普及，將有大量電動(dòng)汽車(chē)接人電網(wǎng)充放電。如果沒(méi)有相應(yīng)的政策和手段來(lái)對(duì)其充放電行為進(jìn)行引導(dǎo)，那么大規(guī)模的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充放電行為將對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與規(guī)劃產(chǎn)生非常不利的影響。本文將電動(dòng)汽車(chē)有序充放電管理作為研究對(duì)象，研究電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷的負(fù)荷特性，從我國(guó)實(shí)際國(guó)情出發(fā)，結(jié)合需求側(cè)響應(yīng)，提出對(duì)其進(jìn)行有序充放電管理的建議。

1.電動(dòng)汽車(chē)能源供給模式分析

電動(dòng)汽車(chē)的行駛依靠電池提供動(dòng)力，而電池的電力，必須來(lái)自于電網(wǎng)，所以發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，電網(wǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的能源供給方式即電動(dòng)汽車(chē)的充電模式是首先需要解決的問(wèn)題。

1.1 電動(dòng)汽車(chē)充電模式

電動(dòng)汽車(chē)有多種充電方式可供選擇，現(xiàn)今普遍采用常規(guī)充電、快速充電和換電池充電3種模式。其他充電方式，例如無(wú)線式充電、移動(dòng)式充電等尚處于試驗(yàn)研究階段。

(1)常規(guī)充電。常規(guī)充電或慢速充電充電電流小，約為15A，充電時(shí)間一般需要5—8h，充電器和安裝成本比較低，可以充分利用電力低谷時(shí)段進(jìn)行充電，比較適合家庭、停車(chē)場(chǎng)等場(chǎng)所。但是，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能滿足車(chē)輛的緊急運(yùn)行需要。

(2)快速充電。快速充電又稱應(yīng)急充電，是以較大電流在電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)的20min至2h內(nèi)為其提供的短時(shí)充電，快速充電站建設(shè)設(shè)施成本比較高，充電電流比較大，一般充電電流為150~400A，可能對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生有害影響。

(3)換電池充電。換電池充電是指茌電動(dòng)汽車(chē)的電池電量不足時(shí)，選擇附近的電池更換門(mén)店或是移動(dòng)電池更換車(chē)，直接更換電動(dòng)汽車(chē)的電池組，用充滿電的蓄電池更換已經(jīng)耗盡的蓄電池，這有利于提高車(chē)輛使用效率，也提高了用戶使用的方便性和快捷性;而且對(duì)更換下來(lái)的蓄電池可以利用低谷時(shí)段進(jìn)行充電，降低了充電成本，提高了車(chē)輛運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性;從另一個(gè)側(cè)面來(lái)看，也解決了充電時(shí)間乃至電池質(zhì)量、續(xù)駛里程及價(jià)格等難題。

但由于電池組重量較大，更換電池的專業(yè)化要求較強(qiáng)，需配備專業(yè)人員借助專業(yè)機(jī)械來(lái)快速完成電池的更換、充電和維護(hù)，而且這種模式下，電池與電動(dòng)汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)化、電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)改進(jìn)和充電站的建設(shè)與管理、電池更換門(mén)店的規(guī)劃以及電池的流通管理等問(wèn)題都需要研究解決。

(4)無(wú)線式充電。電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電方式原理就像在車(chē)?yán)锸褂玫囊苿?dòng)電話，將電能轉(zhuǎn)換成一種符合現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的特殊激光或微波束，在汽車(chē)頂上安裝專用天線接收即可。有了無(wú)線充電技術(shù)，公路上行駛的電動(dòng)汽車(chē)可通過(guò)安裝在電線桿或其他高層建筑上的發(fā)射器快速補(bǔ)充電能，電費(fèi)從汽車(chē)上安裝的預(yù)付卡中扣除。

(5)移動(dòng)式充電。電動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)式充電(MAC)分為接觸式和感應(yīng)式2種。對(duì)接觸式的MAC系統(tǒng)而言，需要在車(chē)體底部安裝一個(gè)接觸摸，與嵌在路面上的充電元件相接觸，接觸拱便可獲得瞬時(shí)高電流，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)巡航通過(guò)MAC區(qū)時(shí)，其充電過(guò)程為脈沖充電。對(duì)于感應(yīng)式的MAC系統(tǒng)，車(chē)載式接觸拱由感應(yīng)線圈所取代，嵌在路面上的充電元件由可產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的高電流繞組所取代。

1.2 電動(dòng)汽車(chē)充電模式分析

電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)今普遍采用的常規(guī)充電、快速充電和換電池充電3種充電模式各有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。

(1)常規(guī)充電模式簡(jiǎn)單方便，建設(shè)分散式充電樁成本低，但是，針對(duì)我國(guó)目前私人電動(dòng)汽車(chē)擁有量很低且城市停車(chē)位緊張的局面，充電樁的規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)均存在不少困難，而且這種方式負(fù)荷隨機(jī)性強(qiáng)，如果沒(méi)有相應(yīng)的管理措施，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。但將來(lái)隨著私人電動(dòng)汽車(chē)保有量的增加，這種模式將占電動(dòng)汽車(chē)充電的很大比例。

(2)快速充電模式主要服務(wù)于沒(méi)有條件實(shí)現(xiàn)慢充、中長(zhǎng)途旅行和應(yīng)急充電的用戶，這種方式需要占用土地建設(shè)大量充電站，且充電站的布局要合理。雖是快充，但充電的等候時(shí)間相對(duì)于目前加油站還是要長(zhǎng)。針對(duì)我國(guó)現(xiàn)狀，建設(shè)大量的快充站，在土地征用、城市規(guī)劃等方面也存在不少網(wǎng)難，快充電站很難完全主導(dǎo)電動(dòng)汽車(chē)的充電，主要是作為其他模式的補(bǔ)充。

(3)換電池充電模式要求車(chē)載電池必須標(biāo)準(zhǔn)化，更換逮度要快。但目前不少電動(dòng)汽車(chē)制造企業(yè)的核心技術(shù)是電池本身，而電池的成本占據(jù)電動(dòng)汽車(chē)總成本的一半甚至更高，要求汽車(chē)制造商接受這種模式需要國(guó)家相關(guān)部門(mén)的大力推動(dòng)，尤其是要制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以保障實(shí)施。而對(duì)于供電企業(yè)來(lái)說(shuō)，建設(shè)換電站簡(jiǎn)單方便，可以通過(guò)引入專用線路給充電站供電，易于控制電池的充電，減少對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)的沖擊，而且換電站的大量電池，還可以起到儲(chǔ)能站的作用，當(dāng)電網(wǎng)需要電量的時(shí)候，可將電池電量快速返送回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)備用、調(diào)峰、調(diào)頻等，這種方式對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行有利。當(dāng)前我國(guó)私人電動(dòng)車(chē)較少，一般都是電動(dòng)公交車(chē)、出租車(chē)、旅游景區(qū)車(chē)、政府公務(wù)車(chē)、環(huán)衛(wèi)車(chē)等，這些車(chē)輛車(chē)型單一，行駛時(shí)間、里程有規(guī)律，適合換電模式。

鑒于我國(guó)目前電動(dòng)汽車(chē)和充電技術(shù)的發(fā)展水平，換電方式適合在公交公司、出租車(chē)公司、政府以及具有同一類型汽車(chē)的公司使用，這些公司或部門(mén)可以把需要充電的電池集中起來(lái)在負(fù)荷低谷期進(jìn)行充電。電動(dòng)公交車(chē)可以采用晚上常規(guī)充電、白天結(jié)合快速更換電池的方式以保證正常運(yùn)行。對(duì)于私人擁有的電動(dòng)汽車(chē)可以盡量選擇在夜間或者上班時(shí)間利用充電樁進(jìn)行慢速充電，而在緊急的情況下使用快速充電方式。

2. 電動(dòng)汽車(chē)充放電對(duì)電網(wǎng)的影響分析

電動(dòng)汽車(chē)作為智能電網(wǎng)中一種特別的負(fù)荷，除了從電網(wǎng)中獲取電能外，還能向電網(wǎng)回送電力，這就是電動(dòng)汽車(chē)的V2G模式，即電動(dòng)汽車(chē)一電網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)(Vehicle to Grid，V2G)。

2.1 電動(dòng)汽車(chē)V2G模式