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国家电网：电动汽车充换电技术(2017)（54页）.pdf

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1、1电动汽车充换电技术博士/教授级高级工程师2017年4月，南京2电动汽车换电技术充换电设施运营管理技术新技术在充换电技术中的应用1 1234电动汽车充电技术1引言0 0目录3电动汽车换电技术充换电设施运营管理技术新技术在充换电技术中的应用1 1234电动汽车充电技术1引言0 0目录0.引言（1）电动化是目前汽车行业发展的趋势，其优点在于：以二次能源替代传统的石油等不可再生能源；行驶过程中二氧化碳“零排放”；噪声污染小；能量转化效率较高。（2）电动汽车大规模发展的前提条件：配套完善的充换电设施。0.1 充换电技术发展的背景充换电技术充电技术换电技术交流充电直流充电充换电设施运营管理技术V

2、2G等新技术展望壁挂式交流充电桩电池箱直流充电桩0.引言0.2 充换电技术简介无线充电6电动汽车换电技术充换电设施运营管理技术新技术在充换电技术中的应用1 1234电动汽车充电技术1引言0 0目录71.电动汽车充电技术1.1 交流充电桩基本概念交流充电桩ACAC 交流充电桩采用标准的充电连接器，为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能的设备。81.电动汽车充电技术1.1 交流充电桩基本组成和主要技术参数项目规格连接器IEC / GBHMILCD / LED / VFD+ 键盘计费 RFID / IC 卡电源AC 220/380V 10%,50Hz 1Hz输出电压单相/三相 , 220/380

3、V输出电流10A/16A/32A/63AIP防护IP54通信接口RS485 / 2G / 3G安装方式站立/壁挂l HMI人机操作界面l Emergency Button急停按钮l Control & Protection Unit控制与保护部件l AC Meter计量电表l Socket充电插座1.1交流充电桩应用场合乘用车辆，如电动出租车、私人轿车、其他小型电动车辆。提供一桩一充、一桩两充、立式、壁挂等多种型号产品。可安装在居民小区、商业停车场、办公等场所。缺点：充电时间长，一般需6-8小时。1.电动汽车充电技术10（1）各种恶劣环境的适应性技术：高低温、高热、高湿、风沙、凝露、雨

4、水等；（2）充电安全防护技术：漏电、短路、误插拔防护、断线防护、倾倒防护、防误操作等；（3）充电桩高互换性技术：物理接口、电气接口、通信协议等，实现充电桩和电动汽车充电的兼容互换；（4）灵活的计量计费技术：与各种不同运营模式的结合；（5）友好方便的人机交互技术：适应不同层次、不同水平的操作者；（6）充电桩的运行管理与综合监控；（7）有序充电及与电网的互动技术等1.1 交流充电桩-关键技术1.电动汽车充电技术111.2 直流充电机（站）-基本概念充电站组成供电系统充电系统监控系统充电站ACDC 充电站采用非车载充电机，为电动商用车、乘用车等车辆进行直流电能量补给；由供电系统、充电系统、监控系

5、统、计量计费系统等部分组成计量计费系统1.电动汽车充电技术121.2 直流充电机（站）-基本概念直流充电机用于将交流电能变换为直流电能，为电动汽车车载动力电池直接充电进行电能补给。安装方式：非车载；车载结构形式：分体式；一体式。1.电动汽车充电技术131.2 直流充电机（站）-主要参数n适用于乘用车、商用车n额定输入：380V，三相四线/五线制n额定输出功率：20-150kWn输出电压范围：DC200-500V/DC350-700Vn输出电流：40A-250An直流充电机的核心部件是充电模块（功率整流模块），整机的发热量远大于交流充电桩，因此机柜需要考虑专业的散热设计n直流充电设备要求电

6、缆采用CASE C 方式连接n目前国内关于直流充电接口的电子锁安装位置做在充电枪上还是车端插座上仍存在争议1.电动汽车充电技术主要服务于电动商用车或电动乘用车辆，如电动大巴、电动出租车、私人轿车等。一般采用集中建站的方式，服务于特定用户和公共用户。1.2 直流充电机（站）-主要应用场合1.电动汽车充电技术15（1）高性能直流充电机技术：能量转换效率、谐波、使用寿命；（2）直流充电环境适应性技术：宽的温度范围、IP55以上的防护等级、户外使用时凝露、风沙防护等；（3）安全防护技术：漏电、短路防护、误插拔防护、断线防护、倾倒防护、防误操作、防止带电插拔等；（4）充电机的高互换性技术：物理接口、

7、电气接口、通信协议的高度兼容互换；（5）充电站监控与运营管理技术；（6）直流充电与电网的接口、有序充电以及与电网的互动技术。1.2 直流充电机（站）-关键技术1.电动汽车充电技术161.3 无线充电技术基本原理电动汽车电动汽车无线充电系无线充电系统统由位于由位于汽车汽车外部外部能量发能量发射装置射装置和位于和位于汽车汽车内部内部能能量接收装置量接收装置组成组成，能量能，能量能以无线方式以无线方式从安置从安置在在车辆车辆外部外部的发射装置的发射装置转换到转换到车车载载电池中。电池中。1.电动汽车充电技术171.3 无线充电技术优点便于信息化、便于信息化、智能化，降智能化，降低人力管理低人力管理

8、成本成本真正实现电真正实现电动汽车移动动汽车移动蓄能作用蓄能作用自动有序充自动有序充电；多台同电；多台同时充电时充电降低对电降低对电池容量的池容量的要求要求削峰填谷，削峰填谷，减少对电网减少对电网的冲击的冲击便利、安全、便利、安全、可靠可靠占地少，占地少，能充分有能充分有效利用土效利用土地资源地资源抑制可再生抑制可再生能源输出波能源输出波动动1.电动汽车充电技术181.3 无线充电技术优点随着世界电动汽车行业的快速发展以及电动汽车无线充电技术的不断突破，电动汽车无线充电必然是未来的重要发展方向！1.电动汽车充电技术191.3 无线充电技术分类电磁谐振无线充电电磁谐振无线充电电磁感应无线充电电

9、磁感应无线充电微波无线充电微波无线充电电场耦合无线充电电场耦合无线充电1.电动汽车充电技术201.3 无线充电技术电磁感应式充电电磁感应式（非接触感应式）电能传输电路的基本特征就是原副边电路分离。原边电路与副边电路之间有一段空隙，通过磁场耦合感应相联系。日本国土交通省（交通部）于2009年10月在奈良市，就针对电磁感应充电式混合动力巴士组织过两次实际应用实验。1.电动汽车充电技术211.3 无线充电技术电磁感应式充电电磁感应无线充电游览车电磁感应无线充电游览车奥克兰大学奥克兰大学与企业合作开发的与企业合作开发的新西兰新西兰某地热某地热公园游览车采用公园游览车采用感应耦合感应耦合电能传输技术供电

10、电能传输技术供电的电动车。的电动车。通用通用EV1 EV1 型电动汽车型电动汽车1.电动汽车充电技术221.3 无线充电技术电磁谐振式无线充电电磁谐振式（又称WiTricity技术）是由麻省理工学院（MIT）的研究人员于2007年提出。系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。1.电动汽车充电技术231.3 无线充电技术电磁谐振式无线充电 Witricity公司与三菱、IHI公司合作开发的电动汽车无线充电装置：输出功率3.3KW，传输距离20cm、效率90%。1.电动汽车充电技术241.3 无

11、线充电技术电磁谐振式无线充电东南大学课题组研制：国内首套电磁谐振式电动汽车无线充电系统。1.电动汽车充电技术251.3 无线充电技术微波无线方式该技术先通过磁控管将电能转变为微波能形式，再由发射天线将微波束送出，接收天线接收后由整流设备将微波能量转换为电能。2009年2月三菱重工推出功率1kW，效率38%地面上，各个侧面需要遮挡住微波辐射微波无线充电电动汽车1.电动汽车充电技术261.3 无线充电技术电厂耦合式无线充电电场耦合式：分别在供电部分和接收部分设置电极，利用这两个电极间产生的电场来传输电力的方式。由于在电极之间会产生电容耦合效应，因此电场耦合式也被称为电容耦合式。轻轨电车轻轨电车目

12、前该项技术主要应用于小型电子产品的无线充电中，研发单位主要为日本的村田制作所、竹中工务店以及香港理工大学等。对于电场耦合式无线电能传输技术在电动汽车充电或轨道交通上的应用正处于研发阶段。1.电动汽车充电技术271.3 无线充电技术技术比较充电方式传输功率传输距离特点电磁感应千瓦级厘米级传输效率较高，传输距离较短,次级线圈与接收电路之间必须进行屏蔽,周围金属会发生涡流发热现象。电磁谐振千瓦级米级利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性；中等距离传输，传输效率较高；能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响；周围金属物品不会发生涡流发热现象，传输距离、效率和功率对频率相对敏感。微波式千瓦级米级传输距离

13、远，频率越高，传播的能量越大；在大气中能量传递损耗很小，能量传输不受地球引力差的影响；微波是波长介于无线电波和红外线辐射的电磁波，容易对通信造成干扰，对生物体影响大；能量束难以集中，能量散射损耗大，定向性差，传输效率低。电场耦合千瓦级毫米、厘米级传输效率高，传输距离短，电磁干扰小，位置随意性强，可建立便利性高的无线充电系统；电极部分不会发热，因此不会对电池产生影响。1.电动汽车充电技术281.3 无线充电技术关键技术高频电源和整流技术系统不同拓扑结构的功效分析传输效率优化方法负载匹配技术和最小接入技术1.电动汽车充电技术电磁环境与电磁环境与电磁兼容问电磁兼容问题题技术标准化技术标准化及市场推广

14、及市场推广问题问题1.3 无线充电技术主要问题1.电动汽车充电技术无线电能传输会带来电磁辐射问题吗？无线电能传输会带来电磁兼容性问题吗？主要难点：1 电磁场对生物体的作用机理；2实验不容易证明到底有多大影响；3电磁兼容性问题的复杂性，需同时兼顾系统向外界不产生电磁干扰和系统对外界的抗干扰能力。美国犹他大学测试的5kW无线电能传输系统的磁场强度分布，其结果满足国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)中的人身安全要求。1、电磁环境与电磁兼容问题Wu H H, Gilchrist A, Sealy K D, et al. A high efficiency 5 kW Wu H H, Gilchris

15、t A, Sealy K D, et al. A high efficiency 5 kW inductive charger for EVs using dual side controlJ. Industrial inductive charger for EVs using dual side controlJ. Industrial Informatics, IEEE Transactions on, 2012, 8(3): 585-595.Informatics, IEEE Transactions on, 2012, 8(3): 585-595.1.3 无线充电技术主要问题1.电动

16、汽车充电技术31 技术标准化是无线电能传输技术推广应用的必要条件，是基础工作之一。随着无线电能传输技术的发展及应用领域的拓广，国际上现在关于无线电能传输技术相关的技术标准主要有三个：Qi标准（Wireless Power Consortium) 、A4WP(Alliance for Wireless Power )、 CE4A（Consumer Electronics for Automotive）。2、技术标准化及市场推广问题、技术标准化及市场推广问题1.3 无线充电技术主要问题1.电动汽车充电技术32电动汽车换电技术充换电设施运营管理技术新技术在充换电技术中的应用1 1234电动汽车充电技

17、术1引言0 0目录33商用车电池更换类型电池更换站采用电池快速更换的方式为电动汽车进行能量补给，可有效克服现阶段动力电池性能的限制，为电动汽车运行的运行创造有利条件。2.电动汽车换电技术乘用车两侧更换后备箱更换底盘更换2.1 电池更换站类型两侧更换34BatteriesBatteries电池更换站关键设备：电池箱、电池更换设备2.2 电池更换站的基本组成2.电动汽车换电技术内容技术指标水平移动 60米/分钟升降移动9米/分钟旋转动作60度/秒有效负载500千克整车更换速度不大于10分钟2.3 电池箱更换设备主要技术参数定位精度2mm2.电动汽车换电技术商用车电池更换设备主要有自旋转一步式

18、、自旋转两步式等不同类型；乘用车电池更换设备主要有半自动更换设备和全自动更换设备等。2.4 电池箱更换设备的应用场合2.电动汽车换电技术37（1）轻量化、高机械强度的电池箱体技术；（2）高防护等级箱体设计技术：适用于灰尘、水淹等环境要求；（3）可靠锁止及快速解锁技术：既要满足电池箱安装到车辆上后适应车辆的各种复杂运行环境（振动、冲击等），又能快速解锁和取出；（4）安全防护技术：漏电、短路、过载、过充、过放、碰撞等工况下的安全防护等；（5）箱体内环境控制技术：控制箱体内环境温度在一定的范围内，控制动力电池所处的环境的温度一直性。2.5 动力电池箱关键技术2.电动汽车换电技术38（1）快速测量和

19、定位技术；（2）车辆姿态的自动识别和测量技术；（3）自动运行和控制技术；（4）对不同电池箱的自适应技术；（5）安全防护技术。2.6 电池箱更换设备的关键技术2.电动汽车换电技术392.7 电池更换技术应用商用车两侧换电2.电动汽车换电技术402.7 电池更换技术应用乘用车底盘换电2.电动汽车换电技术底盘换电设计方案412.7 电池更换技术应用乘用车底盘换电2.电动汽车换电技术底盘换电地面部分底盘换电地下部分422.7 电池更换技术应用乘用车底盘换电2.电动汽车换电技术u电池更换在三分钟内自动完成，可快速补充电能；u电池箱布置在底盘下方，从车辆底部进行更换，不占用车辆有效空间；u换电设备具有通用

20、性，只需更换托盘即可支持不同的车型。换电站43电动汽车换电技术充换电设施运营管理技术新技术在充换电技术中的应用1 1234电动汽车充电技术1引言0 0目录443.1 3.1 智能智能充换电服务网络运营充换电服务网络运营管理系统管理系统系统简介系统简介3.充换电设施运营管理技术45 运营管理系统充分利用物联网技术，通过在电动汽车、电池、充电设施等安装传感器和识别系统，利用物联网相关技术，实时感知电动汽车运行状态、电池使用状态、充电设施及当前网内能源供给状态，实现电动汽车及充电设施综合监测分析，实现电动汽车资产管理集约化、仓储管理简易化、物流调度智能化，充换电计费多样化，运营服务互动化，保证电动

21、汽车、电池及充电设施稳定、经济、高效的运行。物联网物联网有线有线无线射频无线射频传感器组传感器组通信终端通信终端3.1 3.1 智能智能充换电服务网络运营充换电服务网络运营管理系统管理系统系统简介系统简介3.充换电设施运营管理技术463.2 3.2 智能智能充换电服务网络运营充换电服务网络运营管理系统管理系统系统组成系统组成3.充换电设施运营管理技术473.3 3.3 智能智能充换电服务网络运营充换电服务网络运营管理系统管理系统软件架构软件架构3.充换电设施运营管理技术48 运营管理系统主要实现客户服务、计费管理、收费账务、清分结算、资产管理、电池配送、运行管理、集中监控管理、有序充电等功能，

22、能够为电动汽车充换电服务网络的运营管理提供有力支撑，保证电动汽车运营高效有序，实现电动汽车运营智能化。运营管理系统利用RFID、传感器、图像识别等技术，通过GPRS/4G、WiFi、Internet等通讯手段，将具有身份标识的电动汽车、动力电池、充电设施、用户汽车、智能电网等相关主体进行互联，实现基于物联网的电动汽车智能充换电服务网络的自动化运行与管理。运营管理系统客户服务计费管理收费账务清分结算资产管理配送管理运行管理集中监控有序充电综合统计分析3 3. .4 4 智能智能充换电服务网络运营充换电服务网络运营管理系统管理系统主要功能主要功能3.充换电设施运营管理技术49电动汽车换电技术充换

23、电设施运营管理技术新技术在充换电技术中的应用1 1234电动汽车充电技术1引言0 0目录504.新技术在充换电技术中的应用电动汽车充电服务云平台是为电动汽车充电提供数据发布、收集、存贮、加工、维护和挖掘的综合平台。为满足业务发展需求，电动汽车充电服务云平台支持百万级客户的多种业务请求，系统平台软件和硬件都具备高可靠性、可用性和可扩展性。4.1 4.1 云平台技术云平台技术51 目前金融行业、互联网行业、商业零售行业等应用大数据技术挖掘潜在的有用知识，利用潜在的知识提高经济效益；如企业利用大数据分析可以从中获取新的洞察力，将其与已知业务的各个细节相融合，实现跨越式发展。为了更好的管理电动汽车

24、，同样可以采用大数据技术。电动汽车规模化后，可为电动汽车大数据提供发展条件，但是发展电动汽车大数据面临一些问题，如下：采集什么采集什么数据数据管理什么管理什么数据数据分析什么分析什么数据数据4.新技术在充换电技术中的应用4.2 4.2 大数据技术大数据技术524.新技术在充换电技术中的应用4.3 4.3 电动汽车与电网互动技术（电动汽车与电网互动技术（V2GV2G）-发展背景发展背景社会需求社会需求影响影响电网电网电网负荷快速增长！电网投资大幅增加！电能质量下降！534.新技术在充换电技术中的应用4.3 4.3 电动汽车与电网互动技术（电动汽车与电网互动技术（V2GV2G）电动汽车与电网互动技术V2G意义意义手段手段电动汽车有序用电技术；电动汽车为电网提供削峰填谷、调频、备用等技术544.新技术在充换电技术中的应用4.4 4.4 其他技术其他技术电动汽车充电机柔性智能充电技术；电动汽车充电机大功率快速充电技术；电动汽车充电机充电功率自动分配技术；充电站集群控制柔性充电技术；基于虚拟同步电机的电动汽车充放电技术；充换电站与风能、太阳能等新能源一体化协调控制技术等。

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