邊慧萍，魏邦達(dá)

（1.許繼電源有限公司，河南 許昌 461000；2.重慶大學(xué) 電氣學(xué)院，重慶 401331）

0 引 言

節(jié)能環(huán)保一直是我國關(guān)注的重要問題之一。汽車作為現(xiàn)代社會的必需品，從使用到維護(hù)也應(yīng)該遵循節(jié)約環(huán)保原則。相對于以往的汽車，新能源汽車有效改善了因?yàn)閭鹘y(tǒng)汽車尾氣的排放所導(dǎo)致的大氣污染問題和人體健康問題，受到了各界的關(guān)注[1]。節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)作為我國“十三五”時(shí)期重點(diǎn)培育的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，電動(dòng)汽車成為各家各戶的優(yōu)先選擇。為了解決電動(dòng)汽車充電不方便和充電耗時(shí)長的問題，儲能式電動(dòng)汽車充電樁應(yīng)運(yùn)而生。

儲能式電動(dòng)汽車充電樁的設(shè)計(jì)采用了交流電輸入配置，同時(shí)有漏電保護(hù)開關(guān)來保證用戶和電動(dòng)汽車的安全，很好地解決了電流在輸入和輸出過程中可能出現(xiàn)的短路問題和漏電問題[2]。此外，交流電的輸入配置還具有防雷功能。當(dāng)儲能式電動(dòng)汽車充電樁設(shè)置在公共場合或漏天場景下時(shí)，能夠有效防止雷電對儲能式電動(dòng)汽車充電樁造成損壞。

1 儲能式電動(dòng)汽車充電樁的設(shè)計(jì)

儲能式電動(dòng)汽車充電樁的功能和傳統(tǒng)的汽車需要加油類似，只是把汽車動(dòng)能換成了清潔的電力能源。儲能式電動(dòng)汽車充電樁既可以長時(shí)間豎立在地面或者固定在墻壁上，也可以安裝在公共場所或者公共建筑上，如安裝在居民樓、寫字樓、大型商場、停車場等地方，同時(shí)可以根據(jù)儲能式電動(dòng)汽車充電樁不同的電壓等級為各種型號的電動(dòng)汽車充電，方便居民的生活。儲能式電動(dòng)汽車充電樁的電流輸入端與交流電網(wǎng)是直接相連的，而在輸出端則裝有配套的充電插頭用于車主為電動(dòng)汽車充電[3]。儲能式電動(dòng)汽車充電樁一般有兩種充電方式，即常規(guī)充電和快速充電。使用過程中，人們可以通過特定的充電卡在儲能式電動(dòng)汽車充電樁所提供的操作界面上進(jìn)行刷卡使用或進(jìn)行所需要的操作。儲能式電動(dòng)汽車充電樁的顯示屏可以顯示車主的電動(dòng)汽車的充電量、費(fèi)用、充電時(shí)間等數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要打印相關(guān)數(shù)據(jù)。表1為電動(dòng)汽車銷售量2017年和2018年同期的同比增長情況。

表1 電動(dòng)汽車銷售量同比增長表

根據(jù)表1可以知道，不同的電動(dòng)汽車雖然有著不同的性能，但是在銷售量上呈現(xiàn)出普遍增長的現(xiàn)象。電動(dòng)汽車作為新興的汽車類型，通過銷售量的上升可以看出，大家普遍能夠接受這種新興的汽車，既環(huán)保又能節(jié)省油費(fèi)，是人們出行非常好的選擇。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

儲能式電動(dòng)汽車的充電樁是指為電動(dòng)汽車專門設(shè)計(jì)的用于充電的設(shè)備。儲能式電動(dòng)汽車的充電樁與現(xiàn)在的加油站具有相同的作用。儲能式電動(dòng)汽車的充電樁的組成劃分為四個(gè)部分：配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、電池調(diào)度系統(tǒng)以及充電站監(jiān)控系統(tǒng)[4]。儲能式電動(dòng)汽車的充電樁給汽車充電的方式根據(jù)充電的快慢一般可以分為兩種：普通充電和快速充電。普通充電模式一般為交流電直接為電動(dòng)汽車充電，可以直接使用220 V或380 V的電壓給電動(dòng)汽車充電?？焖俪潆姷姆椒ㄊ侵苯訉﹄妱?dòng)汽車進(jìn)行直流充電，更加快速便捷。儲能式電動(dòng)汽車的充電樁包含的設(shè)備主要有充電樁、有源濾波裝置和電能監(jiān)控系統(tǒng)三部分。

在不同的充電方式中，慢充樁對汽車輸入的是220 V的交流電，充電主要靠車載的充電機(jī)完成充電。它需要連接充電線路，聯(lián)通儲能式電動(dòng)汽車的充電樁與電動(dòng)汽車通信溝通的電路進(jìn)行充電。所用的充電設(shè)備體積不大，所以慢充樁不用很大。而快充樁輸出的是380 V的直流電，是直接對電池組進(jìn)行充電，所以電動(dòng)汽車充電的快慢需要看樁的功率大小來決定。慢充與快充則不同，不管在什么地方，儲能式電動(dòng)汽車充電樁充電都是一樣的。

不同的電流與直流母線的關(guān)系是不同的。交流電網(wǎng)與直流母線是相互控制的關(guān)系，電池組和直流母線是相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系，通過把電流轉(zhuǎn)化為儲存的電能加以備用。儲能電池組與直流母線的關(guān)系是通聯(lián)關(guān)系，通過儲能電池，用戶可以在沒有儲能式電動(dòng)汽車充電樁時(shí)也可以用儲能電池組進(jìn)行充電。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

儲能式電動(dòng)汽車的充電樁除了必備的硬件設(shè)備外，軟件設(shè)備也必不可少。在新能源的創(chuàng)新和發(fā)展上，太陽能、光能的儲存成為新能源界的熱詞，而“光儲充”逐漸成為新能源發(fā)展的趨勢。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，光伏、儲存能量、充電樁成為了一個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)。隨著儲能式電動(dòng)汽車充電樁的普遍應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車清潔能源的自給自足，形成一個(gè)多元互補(bǔ)的發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。此外，儲能式電動(dòng)汽車充電樁可以有效減少和抑制電網(wǎng)對電動(dòng)汽車的負(fù)荷沖擊，降低線路成本，產(chǎn)生了良好的社會效益。儲能式電動(dòng)汽車充電樁源于電能，而電能不可隨時(shí)隨地進(jìn)行補(bǔ)充，所以需要在可以儲存能源的時(shí)候盡可能儲存電能，以備不時(shí)之需。

隨著時(shí)間的發(fā)展和推進(jìn)，電能利用率逐步提高。近些年，隨著儲能式電動(dòng)汽車充電樁的逐步普及，人們對電能的需求越來越高，清潔能源逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，成為未來發(fā)展的必然趨勢。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為保證提出的儲能式電動(dòng)汽車的充電樁設(shè)計(jì)方法的有效性，在此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。實(shí)驗(yàn)論證采用相同充電類型的具有不同儲存性能的充電柱，進(jìn)行儲能式電動(dòng)汽車充電樁使用的論證實(shí)驗(yàn)。為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，采用傳統(tǒng)的充電方法，即通過傳統(tǒng)的充電插頭對電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，然后運(yùn)用提出的儲能式電動(dòng)汽車的充電樁為電動(dòng)汽車充電作為實(shí)驗(yàn)論證對比，并統(tǒng)計(jì)充電速度和充電成本。實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果曲線，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果曲線

圖1 代表兩種方法的充電方法充電耗時(shí)的曲線，其中橫軸為充電時(shí)長，縱軸為充電量，用百分比表示。隨著時(shí)間的推進(jìn)，充電量逐步提高。根據(jù)圖1可以得出，儲能式電動(dòng)汽車的充電樁與傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車充電有著明顯區(qū)別。開始充電時(shí)，儲能式電動(dòng)汽車充電樁充電法優(yōu)勢不明顯，但是在某些環(huán)境下，提出的儲能式電動(dòng)汽車充電樁充電法優(yōu)勢明顯。從耗時(shí)上看，儲能式電動(dòng)汽車充電樁充電法具有明顯優(yōu)勢，特別當(dāng)充電時(shí)間持續(xù)9 h以上時(shí)，儲能式電動(dòng)汽車充電樁充電法優(yōu)勢突出，不僅節(jié)省了時(shí)間和大量的充電成本，還保護(hù)了環(huán)境，節(jié)約了能源，減少了電能的流失和浪費(fèi)。儲能式電動(dòng)汽車充電樁充電時(shí)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋，達(dá)到對電能儲存量的了解，同時(shí)清晰了解電動(dòng)汽車的剩余電量，有效控制充電時(shí)間。通過與傳統(tǒng)的充電方法進(jìn)行對比分析可知，提出的儲能式電動(dòng)汽車充電樁充電法較傳統(tǒng)的充電法降低了耗時(shí)，有效節(jié)約了成本。

3 結(jié) 論

隨著電動(dòng)汽車的使用率急劇增長，電動(dòng)汽車充電樁的不同步匹配、數(shù)量少問題，成為限制電動(dòng)汽車普及的主要問題。電動(dòng)汽車的使用受電能儲量的限制，無法做到隨時(shí)補(bǔ)充，所以目前購買電動(dòng)汽車的用戶只能把電動(dòng)汽車用于較短的行程或者僅僅在市內(nèi)通勤。電動(dòng)汽車的普及需要充電樁在建設(shè)、創(chuàng)新和數(shù)量等方面緊跟人們的需求進(jìn)度，以促進(jìn)我國電動(dòng)汽車的普及和發(fā)展。