話.png?orientation=landscape&width=546&height=388)
3
電動(dòng)汽車(chē)充電是個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題
電動(dòng)汽車(chē)充電方面的內(nèi)容較多，普通的潛在購(gòu)車(chē)者，可能將之與手機(jī)充電與電動(dòng)自行車(chē)充電兩者聯(lián)系起來(lái)。前者是3.6V鋰電池，后者是36V鉛酸或鋰電池組，與電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)的電池組容量相比，差異較大。所以電動(dòng)汽車(chē)所面臨的問(wèn)題更多，其系統(tǒng)也比較復(fù)雜。
由于在公司主要是對(duì)充電方面的事務(wù)負(fù)責(zé)，所以從個(gè)人的角度來(lái)看，中國(guó)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，充電問(wèn)題是根本性的問(wèn)題，而充電的問(wèn)題，則是非常難解決的。充電系統(tǒng)，是將電網(wǎng)中交流電能，通過(guò)整流和調(diào)壓變化之后，根據(jù)電池系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)和需求，有序的將電能存儲(chǔ)到電池系統(tǒng)里面。
從充電的性質(zhì)分類(lèi)，如圖1所示可以分為：
圖1 充電分類(lèi)圖
1. 交流充電：是可充電新能源汽車(chē)最為主要和普遍的方式，幾乎所有的電動(dòng)汽車(chē)都會(huì)保留這種充電模式。交流充電主要包括，外部充電樁&線束、車(chē)端充電插座、車(chē)載充電機(jī)、充電繼電器和充電控制軟件。
?
圖2 充電模式
- 供電設(shè)施：將交流電從電網(wǎng)安全傳遞到電動(dòng)汽車(chē)上，根據(jù)IEC的定義，課分為三種模式，模式1不帶充電控制、模式2帶充電控制和模式3的充電樁。
- 充電接口：交流充電插頭是在62196-2中定義的，主流的目前為兩種一類(lèi)和二類(lèi)，國(guó)內(nèi)是自主的標(biāo)準(zhǔn)GB/T30234與之對(duì)應(yīng)。
- 車(chē)載充電機(jī)：車(chē)載充電機(jī)將交流轉(zhuǎn)換成直流電，功率范圍主要從3.3KW~7.6KW。其基本結(jié)構(gòu)為整流橋、PFC、DC-DC變壓模塊，根據(jù)電池系統(tǒng)的電壓等級(jí)，車(chē)載充電機(jī)的輸出電壓往往較為寬泛。
- 充電繼電器：由于充電回路和放電回路一般都是分開(kāi)的，車(chē)載充電機(jī)與電池組相連還一般通過(guò)電池組內(nèi)正負(fù)極繼電器。
- 充電控制軟件：充電控制一般是在電池管理系統(tǒng)內(nèi)完成的，不過(guò)由于充電系統(tǒng)這個(gè)時(shí)候往往需要處理整個(gè)車(chē)內(nèi)的電氣系統(tǒng)，均衡高壓電池和12V電池，往往也和整車(chē)控制系統(tǒng)有著直接的關(guān)系。
直流充電和無(wú)線充電哪個(gè)更好？
2. 直流充電：通過(guò)外部的充電機(jī)，將直流電流直接通過(guò)充電接口灌入電池組之內(nèi)。
直流充電的路徑，可以分為兩種：
- 如圖3所示的i MiEV中簡(jiǎn)單直接的將直流充電接口同電池系統(tǒng)內(nèi)配電盒直接對(duì)接起來(lái)；
- 還有一種方式是通過(guò)逆變器的通路，復(fù)用原有的大電流放電的路徑來(lái)作為直流充電使用。
直流充電的控制較為復(fù)雜，目前在積極制定基于Combo的交直流一體插座所使用PLC通信方式；國(guó)內(nèi)是基于CAN系統(tǒng)的通信方式。
3. 無(wú)線充電：讓人感到驚訝的是，在20年以前，通用汽車(chē)的EV1采用的是感應(yīng)式無(wú)線充電的方式。無(wú)線充電的方式，從原理上來(lái)說(shuō)有無(wú)線感應(yīng)、電磁共振等方法。
- 從長(zhǎng)期來(lái)看，讓用戶對(duì)車(chē)輛插拔操作，將用久了臟兮兮電纜收好，肯定是不現(xiàn)實(shí)的，所以無(wú)線充電未來(lái)大有可為。
- 目前的無(wú)線充電系統(tǒng)，是面臨現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題的，比如部件體積、充電效率、位置對(duì)準(zhǔn)、充電安全和量產(chǎn)可靠性等。總體來(lái)看在電動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用，無(wú)線充電目前是處在前期的階段，行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)都在制定中，這里暫時(shí)不詳細(xì)敘述。
? 圖3? 交直流充電系統(tǒng)
電動(dòng)車(chē)充電的標(biāo)準(zhǔn)就這些
由于電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)，存在充電設(shè)施和電動(dòng)汽車(chē)匹配的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外有著大量的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義：
（1）插頭：IEC62196系列的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋傳到充電的交直流接口，國(guó)內(nèi)對(duì)應(yīng)的GB20234的標(biāo)準(zhǔn)。
（2）通信：IEC61851-24和ISO、IEC15118，前者主要針對(duì)直流充電通信，后者是對(duì)整個(gè)汽車(chē)和電網(wǎng)通信做了系統(tǒng)的定義。
（3）充電拓?fù)洌篒EC61851為核心的控制拓?fù)洹?br />
（4）充電安全：這方面的標(biāo)準(zhǔn)，是將充電系統(tǒng)納入原有的電氣安裝標(biāo)準(zhǔn)中。
圖4 電動(dòng)汽車(chē)充電標(biāo)準(zhǔn)概覽
對(duì)用戶而言，以上的很大一部分都沒(méi)有意義。怎么樣在各種環(huán)境下給車(chē)充電才是重點(diǎn)。根據(jù)充電環(huán)境的不同，按照國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)：充電按照充電所在的地點(diǎn)本分類(lèi)，如圖4所示可以分為
圖5 充電地點(diǎn)分類(lèi)
電動(dòng)車(chē)雖好，充電設(shè)施誰(shuí)來(lái)建？
（1）公共區(qū)域充電：公共區(qū)域充電，主要包括商業(yè)設(shè)施如購(gòu)物、休閑場(chǎng)所所在地的充電；地方電網(wǎng)興建的充電設(shè)施，其主要目的是方便。
- 此類(lèi)充電，一般是在原有的停車(chē)場(chǎng)和停車(chē)位的基礎(chǔ)上架設(shè)的。由于充電速度的原因，其目的是為了用戶充電作為一項(xiàng)補(bǔ)充措施。在國(guó)外，目前作為一項(xiàng)推廣措施，也在慢慢展開(kāi)。
- 當(dāng)然，在國(guó)內(nèi)的情況非常特殊。目前絕大多數(shù)的充電站，都是公共興建的，在地圖上所看到的充電樁，都是公共充電樁，由國(guó)家電網(wǎng)（2013年前建立約10000個(gè)）和南方電網(wǎng)興建。
- 發(fā)展公共交流充電設(shè)施，主要面臨著停車(chē)、充電標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)費(fèi)和接入要求等等。當(dāng)然好的方面來(lái)看，只要電網(wǎng)和土地方面聯(lián)動(dòng)，比如電動(dòng)汽車(chē)充電塔如圖6所示之類(lèi)的設(shè)計(jì)，在中國(guó)也可能興建世界一流的公共充電設(shè)施出來(lái)的。
快速直流充電雖然從電網(wǎng)來(lái)看，可能有較大的電網(wǎng)負(fù)荷沖擊等考慮因素，作為對(duì)電動(dòng)汽車(chē)使用促進(jìn)，終究是一項(xiàng)有效的措施。目前國(guó)家電網(wǎng)計(jì)劃在高速公路附件規(guī)劃直流充電站的網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)可行的嘗試。
只要中國(guó)兩個(gè)電網(wǎng)公司，將換電和充電一視同仁，將一部分投資和精力放在交流充電方面，相信未來(lái)公共充電的問(wèn)題是可以解決的。
?
?圖6 國(guó)家電網(wǎng)的充電塔設(shè)計(jì)
（2）辦公區(qū)域充電：此類(lèi)主要是上班的區(qū)域布置充電設(shè)施，如果上班過(guò)程中可以把電充滿，這樣即使是電動(dòng)里程較短的插電式混合動(dòng)力（PHEV）也可以保證上下班過(guò)程中是完全用電在驅(qū)動(dòng)，使用成本小了很多。由于興建的費(fèi)用以及電費(fèi)等原因，想要企業(yè)在其員工停車(chē)場(chǎng)上興建充電樁等充電設(shè)施，有較大的阻力。
（3）用戶家中充電：在家中充電也是首先需要保證的，經(jīng)過(guò)諸多的研究，用戶最主要的充電也就是發(fā)生在自己家里面。第一是因?yàn)橛密?chē)需要，第二是充電設(shè)施許可。在中國(guó)的情況是比較特殊，這塊確實(shí)最為困難的方式，后文將詳細(xì)分析在中國(guó)公寓環(huán)境內(nèi)遇到的一些問(wèn)題。
辦理充電證比一胎準(zhǔn)生證還難？
在中國(guó)，假定有一輛有著安全和可靠的充電系統(tǒng)的電動(dòng)汽車(chē)，怎么樣給它充電。這個(gè)問(wèn)題，難死國(guó)內(nèi)外車(chē)廠與充電相關(guān)的所有人。限于篇幅，這里僅針對(duì)國(guó)內(nèi)城市的私人住宅里面的充電問(wèn)題。當(dāng)前中國(guó)的管理部門(mén)，是做出了一些嘗試的，小范圍內(nèi)做出的試行規(guī)定是對(duì)車(chē)主的資質(zhì)進(jìn)行定義，對(duì)于想要給電動(dòng)汽車(chē)充電需要具備以下的條件才可以試著去申請(qǐng)，當(dāng)然這個(gè)充電樁一般是和車(chē)牌進(jìn)行關(guān)聯(lián)的。
圖7 充電設(shè)施的政策要求
1. 房產(chǎn)的產(chǎn)權(quán)證明：也就是說(shuō)，只有在小區(qū)內(nèi)擁有房產(chǎn)。
2. 固定的停車(chē)位：這代表著必須要有一個(gè)固定車(chē)位。
3. 新能源汽車(chē)擁有證明：這個(gè)是非常有趣的事情，插電式新能源汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)之前需要確保充電，但是在安裝充電樁的時(shí)候需要有擁有證明，先有雞還是先有蛋呢？
4. 物業(yè)證明同意施工：這個(gè)施工證明，其實(shí)很難開(kāi)，需要分地下車(chē)庫(kù)和地上車(chē)位的施工布線圖。
5. 業(yè)委會(huì)同意施工：這個(gè)事情和物業(yè)證明一樣的麻煩。
6. 消防許可：當(dāng)前的充電設(shè)施和消防這邊的事情還沒(méi)完全對(duì)接上，由于地下車(chē)庫(kù)是屬于人防設(shè)施，這條也是省不了的。
滿足了以上的要求，還需要和地方的供電局來(lái)進(jìn)行安裝的事宜。所以，現(xiàn)在的私人充電是很難的，不光是限制條件很?chē)?yán)格，辦成這個(gè)事情的時(shí)間成本也很高的。
算算電動(dòng)汽車(chē)充電成本
我們?cè)賮?lái)看看給電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施的成本，為了給用戶的車(chē)位安上，我們需要：
- 充電樁：目前的充電樁，主要是國(guó)內(nèi)的企業(yè)在做，里面包括電表、保護(hù)電路和控制電路。一般可分為掛壁式和落地式兩種。
- 連接線束：在地下車(chē)庫(kù)里面，電氣導(dǎo)線從配電出來(lái)以后，需要通過(guò)線管保護(hù)后在天花板上過(guò)；如果是地上車(chē)位的，是從居民樓的配電盒之內(nèi)接出，通過(guò)線管保護(hù)，還需要一定的土建施工才可以。
- 充電線束：連接充電樁和充電汽車(chē)，用戶需要隨車(chē)攜帶。
- 營(yíng)建費(fèi)用：完成上述的工作。
在付出了以上的成本以后，單個(gè)客戶是可以滿足充電需求的。事實(shí)上，想要滿足多數(shù)人擁有充電新能源車(chē)的夢(mèng)想，還是很困難的，主要的原因是，我國(guó)的配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)是較為保守的。假定在如圖7所示的小區(qū)地下停車(chē)庫(kù)內(nèi)為所有的電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)配電電路，這也是一個(gè)較為困難的事情，特別是地下車(chē)庫(kù)也具有人防工事的屬性。以參考文獻(xiàn)【1】中提供的細(xì)致數(shù)據(jù)，地下車(chē)庫(kù)內(nèi)電力負(fù)荷主要有風(fēng)機(jī)、水泵及消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備等，照明負(fù)荷主要有正常照明和應(yīng)急照明負(fù)荷等，所有用電設(shè)備均為220/380V低壓用電負(fù)荷。其中消防水泵、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火、排煙設(shè)備、火災(zāi)應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志等消防用電屬一級(jí)負(fù)荷,地下車(chē)庫(kù)平時(shí)的用電負(fù)荷為1100KW。
1. 由于消防的要求，本身的停車(chē)位都是按照防火區(qū)的要求進(jìn)行間隔的，當(dāng)某個(gè)位置需要將連接線束連接的時(shí)候，需要根據(jù)法規(guī)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2. 由于本身配電系統(tǒng)不考慮用戶在地下車(chē)庫(kù)停電，充電的負(fù)荷只能從備用的負(fù)荷中取點(diǎn)，在各個(gè)配電柜里面連接是有限的。
3. 由于非預(yù)裝的系統(tǒng)，就面臨先后次序干涉的問(wèn)題，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)在小區(qū)內(nèi)普及之時(shí)，公共區(qū)域的設(shè)計(jì)系統(tǒng)升級(jí)是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。
圖8 小區(qū)地下停車(chē)示意圖
電動(dòng)車(chē)自由充電之路其實(shí)還很遠(yuǎn)
由上敘述，由于中國(guó)當(dāng)前的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從電氣標(biāo)準(zhǔn)上就沒(méi)有考慮電動(dòng)汽車(chē)，而且配電系統(tǒng)的更新成本耗費(fèi)巨大，所以采用固定負(fù)荷疊加的辦法是行不通的。這點(diǎn)電網(wǎng)是做過(guò)一定的研究的，如參考文獻(xiàn)【2】中所示的那樣，文獻(xiàn)中使用的是蒙特卡羅的方法，可能與事實(shí)存在較大的差異。
- 在沒(méi)有受到任何激勵(lì)的條件下，電動(dòng)汽車(chē)停泊時(shí)接入電網(wǎng)即開(kāi)始充電。用戶接入電網(wǎng)的時(shí)間主要集中在 8:30 和 19:30 左右，所以這兩個(gè)時(shí)刻的充電負(fù)荷急劇增加，負(fù)荷曲線出現(xiàn)了尖峰。從理論上來(lái)看，小區(qū)停車(chē)場(chǎng)、小區(qū)配電、社區(qū)配電以及更往上的系統(tǒng)，受到的負(fù)荷是肯定的。鑒于當(dāng)前小區(qū)的建筑遵循的設(shè)計(jì)要求也不同，這種影響是不確定的。
- 引入峰谷電價(jià)，用戶均在谷期凌晨 0 點(diǎn)開(kāi)始充電。在凌晨 0 點(diǎn)時(shí)，電網(wǎng)負(fù)荷急劇增長(zhǎng)，說(shuō)明電動(dòng)汽車(chē)的集中充電行為給電網(wǎng)造成了較大的沖擊，尤其是在谷期時(shí)段開(kāi)始的時(shí)候。電力價(jià)格機(jī)制，對(duì)于目前略帶昂貴的電動(dòng)汽車(chē)影響是不大的，以后相對(duì)于汽車(chē)的費(fèi)用，電費(fèi)也是個(gè)小頭。但是我相信這個(gè)機(jī)制發(fā)揮得好，也是有價(jià)值的。
- 電網(wǎng)公司能直接控制所有電動(dòng)汽車(chē)的充電行為，則其將根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷狀況來(lái)優(yōu)化充電時(shí)間，此時(shí)能得到比較理想的電網(wǎng)負(fù)荷曲線。在IEC61851.1一開(kāi)始，電動(dòng)汽車(chē)充電遵循的PWM控制導(dǎo)引電路，就是為了有效控制電力負(fù)荷。中國(guó)的電力行業(yè)，如果能夠積極參與智能充電的研究和投入，積極導(dǎo)引ISO15118整個(gè)車(chē)網(wǎng)未來(lái)通信的主導(dǎo)，電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷對(duì)于電網(wǎng)而言，應(yīng)該不是那么大的問(wèn)題。
發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，對(duì)于充電基礎(chǔ)設(shè)施是一個(gè)機(jī)遇更是一個(gè)挑戰(zhàn)，目前電網(wǎng)也對(duì)這塊領(lǐng)域向民營(yíng)資本開(kāi)發(fā)，趨勢(shì)是較好的，引入更多的資本和資源，希望能帶來(lái)更好的結(jié)果。
參考文獻(xiàn)
【1】地下車(chē)庫(kù)電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn) 劉寶川
【2】電動(dòng)汽車(chē)充電行為對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷曲線的影響 荊朝霞
與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載
《汽車(chē)電子瞭望臺(tái)》之一：汽車(chē)電子的未來(lái)不容樂(lè)觀
《汽車(chē)電子瞭望臺(tái)》之二：在中國(guó)買(mǎi)得起電動(dòng)汽車(chē)未必辦得下充電證！
《汽車(chē)電子瞭望臺(tái)》之三：箭在弦上，汽車(chē)廠商生死存亡命系新能源汽車(chē)的開(kāi)發(fā)
