李 毅 / 肖景全

(上海追日電氣有限公司， 上海 200331)

移動式充電站方案實施分析

李 毅 / 肖景全

(上海追日電氣有限公司， 上海 200331)

電動汽車作為綠色交通工具，一般續(xù)航里程只有百余公里，為了解決這一問題，以市場上出現(xiàn)的儲能式移動充電車為例，分析得出儲能系統(tǒng)能夠循環(huán)運行削峰填谷，平衡內部電力負荷，減少增容需求，實現(xiàn)削峰填谷和節(jié)能減排作用，后期市場將是一個大的突破。

電動汽車 移動充電站 充放電機 BMS電池管理系統(tǒng) 儲能

0 引言

電動汽車是目前世界上唯一能達到零排放的機動車。由于環(huán)保要求，加之新材料和新技術的發(fā)展，電動汽車作為綠色交通工具，將在21 世紀給人類社會帶來巨大的變化。

目前我國電動汽車研究已取得階段性成果，已經完成了電動轎車、電動中型客車和電動大型客車的開發(fā)工作。我國大中城市普遍存在嚴重的交通問題和汽車尾氣排放污染問題，電動汽車作為一種非常理想的中、短途日常公共交通工具，在我國有著得天獨厚的發(fā)展條件和廣闊的應用前景。

根據(jù)歐美和日本等先進國家的經驗，在進行電動汽車開發(fā)和制造的同時，必須開發(fā)電動汽車公共充電站和電動汽車示范工程，為電動汽車的推廣使用積累經驗。在城市繁忙地段開辟電動汽車交通線，進行電動汽車的推廣示范，為此，必須進行電動汽車充電機及其充電管理系統(tǒng)的開發(fā)。得益于電動汽車各項技術的成熟與發(fā)展，加上環(huán)保、節(jié)約、補貼、減稅等優(yōu)勢，電動汽車越來越受到消費者的關注。不過和智能機所面臨的待機問題一樣，電動汽車也受到電池續(xù)航問題的困擾，為了克服手機續(xù)航的問題，人們發(fā)明了移動電源，那么在電動汽車行業(yè)里是否也有同樣的產品？

1 移動式充電站的概念

眾所周知，目前市面上除了特斯拉一家獨秀之外，大部分純電動汽車的續(xù)航里程只有百余公里，車主一旦行駛出門總是擔心電量耗完，“電量焦慮癥”同樣體現(xiàn)在純電動車主身上，畢竟電動汽車這種大體積設備一旦電量耗完在路上帶來的麻煩可想而知。

為了解決這類問題，市場上也出現(xiàn)了一些給汽車充電的“充電寶”。例如，移動充電站，其主要是配備了快速充電機、蓄電池及交流充電裝置的移動充電車(見圖1)。首先通過直流快速充電機將蓄電池電量快速充滿，然后經過逆變器轉換為電動汽車常用的充電電流，以解決當前汽車在行駛中充電困難的問題以及滿足應急處理需要。

圖1 移動充電車

2 移動式充電站的組成

追日電氣推出800kW·h移動充電站主要由追日電氣自主研發(fā)的充/放電機、電池包BMS系統(tǒng)及箱體組合而成，電池包通過動力線串聯(lián)，通過主控箱與用電設備連接提供電能。

電池管理系統(tǒng)(BMS)主要由主控模塊(裝在主控箱中)、多個采集模塊(裝在各電池包中)和附件(線束、霍爾傳感器、直流繼電器等)組成。作為電動汽車的重要組件系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)的主要任務是監(jiān)控鋰離子電池的單體電壓、溫度、總電壓和總電流的狀態(tài)，其與整車進行數(shù)據(jù)通訊并執(zhí)行相應控制策略，預測鋰離子電池的荷電量(簡稱SOC)，完成充電檢測與充電機通訊，并對充電狀態(tài)進行控制、熱管理以及存儲電池單體電壓等運行數(shù)據(jù)、故障警報和繼電器控制記錄，對電池出現(xiàn)的故障進行診斷和報警，以避免電池過充和過放，保證電池使用安全等。

各個組成模塊之間通過CAN通訊進行信息交換和控制管理，可根據(jù)電池結構配置采集模塊數(shù)量，這些采集模塊會把采集到的單體電壓、溫度、電流等信息上傳到主機模塊進行處理，完成充電檢測和充電協(xié)議識別，并通知主機，待主機允許充電時按相應協(xié)議與充電機通訊，完成整個充電過程。

移動充電車采用4個電池組并聯(lián)的模式進行連接。若電池組之間存在過大壓差(單組電池以50mΩ計算，1V的電壓會造成20A的回流)會造成大電流回流問題，可能會造成線束過熱損壞或繼電器損壞甚至其他不可知后果。電池組充放電示意圖見圖2。

圖2 電池組充放電示意圖注：K1，K3，K5，K7為充電繼電器；K1，K3，K5，K7為放電繼電器。

當系統(tǒng)工作在充電模式(給4個電池組充電)，BMS檢測每組電池總壓，優(yōu)先閉合最低電壓電池組繼電器，隨著充電進行，母線電壓(設為Vm)逐漸升高，當BMS檢測到其余電池組總壓在母線電壓(Vm)±2V的區(qū)間內，則將閉合對應電池組的繼電器。選擇這個區(qū)間是要保證電流方向和允許繼電器操作方向一致(因大電流繼電器允許動作方向和電流方向必須一致)，并且確保電流回流控制在40A以內。

當系統(tǒng)工作在放電模式(4個電池組進行放電)，BMS檢測每組電池總壓，優(yōu)先閉合最高電壓電池組繼電器。隨著放電進行，母線電壓逐漸降低，當BMS檢測到其余電池組電壓在母線電壓(Vm)±2V的區(qū)間內，則將閉合對應電池組的繼電器。選擇這個區(qū)間是要保證電流方向和允許繼電器操作方向一致(因大電流繼電器允許動作方向和電流方向必須一致)，二來確保電流回流控制在40A以內。

該儲能系統(tǒng)按照 “谷充電、峰放電”和“平充電、峰放電”循環(huán)運行削峰填谷，儲能系統(tǒng)在用電谷期從電網(wǎng)補充電能，達到“填谷”的目的；用電高峰期向電網(wǎng)釋放電能，降低用電需求，達到“削峰”的目的。北京、上海、廣州、深圳等地大工業(yè)電價存在峰谷差價，儲能系統(tǒng)的削峰填谷可減少電費的支出，提高經濟效益。在電能轉換過程中，平衡內部電力負荷，減少增容需求，也能為各地電網(wǎng)帶來不小的推動作用。在現(xiàn)在車輛運輸及公交場站以及各大港口、公路、航空等內部無法擴容的條件下更能凸顯其產品的優(yōu)勢。

3 結束語

隨著我國電動汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，充電的不便利已成為影響消費者購買和使用電動汽車的主要原因，電動汽車是充電基礎設施的服務對象，未來充電方式的發(fā)展在很大程度上也取決于汽車及電池技術的發(fā)展，根據(jù)不同車輛的電池特性以及運營環(huán)境而采取的充電方式也會對行業(yè)產生重大影響。

[1] 童光毅.電動汽車充電基礎設施[M].北京：中國水利水電出版社，2016.

Analysis of the Scheme Implementation for Mobile Charging Pile

Li Yi / Xiao Jingquan

As a green vehicle, most of the pure electric vehicle mileage is only around a hundred kilometers. In order to solve this problem, taking a number of mobile charging cars appeared in the market specially for the fuction of car charging/ energy storage as an example, which showing that the energy storage system can recognize and adapt to peaks and valleys circularly in energy usage, balance the internal power load, reduce the demand for capacity increase, and help energy saving and emission reduction, which is great breakthrough for the market in future.

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