基于电动汽车充换电站建设的研究

基于电动汽车充换电站建设的研究

周海潮

中电建西南电力销售有限公司

摘要：为推进电动汽车在未来的长远发展，本文主要对电动汽车充换电站基本类型与充换电站充放电系统进行简要叙述，分析充电技术对充换电站建设带来的影响以及充换电站建设对电网公司带来的影响，深入研究充换电站的规划布局，最后总结电动汽车充换电站的发展，以利于通过本文的论述，使得电动汽车充换电站建设更为合理。

关键词：电动汽车；充换电站；建设

引言：在当前自然资源不断建设减少的背景下，电动汽车因高节能、零排放应运而生。不过，电动汽车在发展的过程当中，并没有带动充换电站建设的发展，进而阻碍电动汽车行业的发展。因此，需要加大电动汽车充换电站建设的研究。

1 电动汽车充换电站的概述

1.1 充换电站充放电系统的介绍

现阶段，国内电动汽车蓄电池的充放电技术一般会对用晶闸管移相控制的方法加以运用。不过，这一技术也会存在较大的不足。首先，充放电设备在操作方面比较复杂，没有较高的自动化程度，功率因数比较低，特别容易存在故障，没有较高的可靠性。其次，充放电设备在具体的工作中，工频为50Hz，体积比较大，成本也会比较高。最后，存在比较严重的电网侧电流波形畸变，功率因数比较低，导致电网存在严重污染。在当前电力电子技术不断发展的背景下，结合早期充放电技术中出现的缺陷，直流电动变换器技术的充放电技术才得以普及。但对于这样的装置而言，控制技术更加完善，工作时就会更加安全可靠，不至于给电网造成很大的危害。同时，其工作频率也相对高，体积小，系统配置上比较灵活。不过，在对电池进行放电的过程当中，仅仅可以对电阻放电，不能实现电能在电网中的回馈，进而存在能源的大量浪费情况[2]。

1.2 充电技术对充换电站建设产生的影响

现阶段，电动汽车所运用的蓄电池类型比较多，每一种电池的要求电压等级均会存在差异。而要想保证充电通用性，在对充换电站进行建设的过程当中，还必须严格按照国家有关标准，进行充电设备和汽车充电接口之间的有效配合。与传统电动车的控制技术相对比，现代汽车所采用的动力电池充放电技术比较落后。当前，能够通过对现有蓄电池充电智能化的技术进行改善，以此实现电池的无损充电，以防止过放电的现象存在，使得电池使用寿命得到延长，实现节能的标准，保证电池的运行更为稳定以及可靠。

2 电动汽车充换电站基本类型

2.1 换电站

换电站与充电站的主要区别在于充电方式。充电站提供电动汽车的电源插座，车主将车辆接入插座进行充电。而换电站则通过更换电动汽车的电池，以快速完成充电过程。相比充电站，换电站的适用范围更广泛，可以为多种类型的电动汽车提供充电服务。换电站通常建设在城市中心和高速公路沿线位置，以便更好地为用户提供服务。它们的服务范围广，相对集中，可以满足大量车辆的充电需求。然而，建设单个换电站需要巨大的投资成本，约为2000万元，因此，运营商需要进行高成本投资[1]。

2.2 充电站

充电站一般会建设在车流量比较大的地方，比如在公路两旁，以适合的士、公交车、私家车等运用。通常在30min之内便可以完成充电的工作，所以也可以显示出充电速度快的优点，属于范围相当广泛，也相对集中的服务类型。在一般情形下，一个充电站的建造工作，通常需要投入大约160万元～180万元的成本，而在安装和建造设备的成本上也较为昂贵。

2.3 充电桩

充电桩一般会建立在居民小区和停车场的地方，适合于企业用车、公司汽车及私人汽车等，属于规模小，较为分散的服务类型，充电时间比较长，约为6～8h。通常情况下，对单个充电桩进行建设，需要花费约2万元的成本，并没有较高的建设投资成本。

3 电动汽车充换电站建设的分析

3.1 充换电站的选址模式

3.1.1 截留-分配模式

    该模式的应用目标为“用户流量最大化”，在应用中通常要提供城市路网节点、道路流量等数据。在前人的研究中，存在根据城市路网拓扑结构、城市配电网结构，获得交通流量最大与配电网节点供电能力，用于解决充换电站选址问题的情况，但由于获得城市路网、流量信息较为困难，在采用该模式的情况下，于城市路网拓扑结构上投用城市路网简化结构、部分城市路网结构、假设路网结构的频率较高。

3.1.2 P-中值模式

    该模式主要运用于服务需求总量，以及设施备选点、服务需求点位置已知的情况下。要求将服务需求点分配至个别需求点后，确保服务需求点通设施备选点之间运输成本最小化，但在建设充换电站期间使用该模式之时，应当重点考虑用户寻站便捷性的因素。

3.1.3 最大覆盖模式

    该模式本质上是一种按照已经确定的城市公共服务设施数量、半径，尽量满足用户个性化需求的模式。在实践中需要重点关注资金等要素的限制性，但为了提高选址效果和充换电站内设备的利用率，便要针对我国充换电站布局相对集中的现状，努力实现特定数量充换电站覆盖最多服务需求的目标，缓解现有充电网络集中于城市中心地区、一线城市的问题。

3.2 充换电站的规划布局

3.2.1 充电设施

也正是源于电动汽车的类型与行驶距离会存在较大的不同，由此导致充电设施在要求方面存在一定差异。要想满足各种车型的充电需要，还必须根据车辆的要求，对不同的设计方法进行调整。在对充电站进行建设的过程当中，针对公共汽车，可选择根据现有的停车位地址以及汽车行驶路线，对充电站或者是充电桩进行增设。其所选用的充电方式一般都是采用充电桩慢充，并辅助充电站的快充方式。而若想在住宅小区与停车场设置充电桩，就必须给长时间在公共场所停留的车辆以及在夜间停运的车辆充电，具体选用的充电方式通常是慢充。

3.2.2 充换电站

在对充换电站使用需求加以满足的基础上，需要综合考虑当地的公共交通设施发展状况、电力设施规划状况等，充分考虑充换电站建设的兼容性以及合理性，对城市整体规划与充换电站选址布局工作进行协调。

3.2.3 充电桩

为了方便小区居民私家车的充电，可以考虑在小区车库和停车位区域增设充电桩。这样，居民们就可以在自己的停车位上方便地充电。对于政府部门和公司用车的充电需求，可以在集中办公地点或公司聚集地等公共服务区域建设充电桩。这样，车辆在工作期间就可以方便地进行充电，满足用车需求。另外，在桥孔处或道路两旁增设充电桩也是一个可行的选择。这样一来，电动车在路上行驶时，可以随时在充电桩进行补充电量。为了方便电动车在不同场所充电，可以结合公共设施，在学校、商场、景点、公共停车场等区域设置充电桩。

3.3 充换电站的发展

3.3.1 直流电网形成低压

根据研究结果显示，德国柏林的充电桩改造项目中存在一些问题，需要增加变压器容量来满足充电需求。相比之下，市政路灯的一体化充电桩建设项目采用LED灯的换装和节能改造方法，可以节省变压器容量约60%，并且还可以建设直流慢速充电桩。然而，虽然LED灯有较长的使用寿命，但也存在较高的电源故障率。因此，为了减少故障率，并将交流电转换为直流电，可以在市政路灯设施中集中转换，将直流电供应给路灯，从而转移最容易故障的部分。

3.3.2 降低能量损耗

正是源于大多电动汽车为了对交流充电加以适应，会选择对车载充电机加以设置，进而增加汽车的成本与负重。同时，也会在公用电网之中对车载充电机所带来的谐波流量进行输入，从而对电能的效率造成很大干扰。而北京某公司通过对新型充电服务加以研究，全方位运用市政路灯进行改造，使得早期的高压钠灯都转变为LED灯，整流部分线路的市电属于直流电源，直接供应给LED路灯，加大力度研究灯桩直流充电系统，并且运用直流充电桩，使得电网的运行与电动汽车的充电更加兼容。

3.4 充换电系统结构的设计

经过对充换电系统功能需求的分析，可以明确充换电站在区域分布上包括换电区、直流区、交流区，即充换电站以功能分区的形式存在，三个区域具有优势互补的作用，共同构成充换电站的总布局。

结束语：总而言之，电动汽车充换电站建设较为关键，会对电动汽车的发展带来较大的影响。因此，需要强化充换电站的规划布局工作，进而使得电动汽车行业得到更为稳定以及长远的发展。

参考文献：

[1]李佳树.电动汽车充换电站网络发展与布局[J].汽车与驾驶维修(维修版),2019(01):95-96.

[2]王健.高速公路电动汽车充换电站的建设实践[J].电子制作,2014(24):244-245.

[3]张欢.基于电动汽车充换电站建设的研究分析[J].科技资讯,2012(09):113.