关于电动汽车的充电系统技术研究

电动汽车的发展包括电动汽车以及能源供给系统的研究和开发，其中能源供给系统是指充电基础设施，供电、充电和电池系统及能源供给模式。电动汽车充电技术作为一个新的科技领域，世界各国都置身于充电技术的研究，并拟制作充电技术标准，为未来企业发展占据先机。

1.充电系统标准发展

因为目前电动汽车充电站建设的规模小、数量少，所以电动汽车充电站相关技术大部分还处在实际应用的初级阶段。国际上电动汽车充电系统的标准主要是IEC 发布的IEC61851:2001，该标准包括三个部分，分别为：一般要求、电动车辆与交流/直流电源的连接要求、电动车辆与交流/直流充电站。

我国根据国内电动汽车的发展状况，于2001年制定了3个标准，这3个标准分别等同采用了IEC61851的3个部分。近年来，电动汽车以及电力技术的快速发展，这些标准已不能满足当前的发展需求，而且这些标中缺乏通信协议、监控系统等方面的内容。目前国家电网公司为了规范内部电动汽车的应用，已经颁布了6项与电动汽车充电站相关的企业标准。

目前供电、充电和电池系统应用集成技术和相关标准及规范研究的缺乏，仍然是电动汽车推广应用的主要薄弱环节，给电动汽车下一步的发展和充电设施的统一规划带来了很大的困难。能够保证大规模充电站正常运营的充电站监控系统尚无成熟产品，充电站监控系统和充电机间的通信协议和通信接口尚无统一的标准可以遵循，各充电站之间也无信息联系。

2 电动汽车常用充电模式

根据电动汽车动力电池组的技术和使用特性，电动汽车的充电模式存在一定的差别。对于充电方案的选择，现今普遍存在常规充电、快速充电和电池组快速更换系统三种模式。

2.1　常规充电

1)概念：蓄电池在放电终止后，应立即充电(在特殊情况下也不应超过24h)，充电电流相当低，大小约为15A，这种充电叫做常规充电(普通充电)。常规蓄电池的充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电，一般充电时间为5-8小时，甚至长达10至20多个小时。

2)优缺点：因为所用功率和电流的额定值并不关键，因此充电器和安装成本比较低;可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本;可提高充电效率和延长电池的使用寿命。常规充电模式的主要缺点为充电时间过长，有紧急运行需求时难以满足。

2.2　快速充电

快速充电又称应急充电，是以较大电流短时间在电动汽车停车的20分钟至2小时内，为其提供短时充电服务，一般充电电流为150～400A。

1)概念：常规蓄电池的充电方法一般时间较长，给实际使用带来许多不便。快速充电电池的出现，为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。

2)优缺点：充电时间短;充电电池寿命长(可充电2000次以上);没有记忆性，可以大容量充电及放电，在几分钟内就可充70%～80%的电;由于充电在短时间内(约为10-15分钟)就能使电池储电量达到80%-90%，与加油时间相仿，因此，建设相应充电站时可不配备大面积停车场。但是，相对常规充电模式，快速充电也存在一定的缺点：充电器充电效率较低，应的工作和安装成本较高，充电电流大，特别考虑。

2.3　机械充电

1)概念：即电池组快速更换系统。通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。由于电池组重量较大，更换电池的专业化要求较强，需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护。

2)优缺点：电动汽车用户可租用充满电的蓄电池，更换已经耗尽的蓄电池，有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的方便性和快捷性;对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行经济性;解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程长及价格等难题;可以及时发现电池组中单电池的问题，进行维修工作，对于电池的维护工作将具有积极意义，电池组放电深度的降低也将有利于提高电池的寿命。

3 充电站监控系统

电动汽车充电站是保障电动汽车正常使用的能源基础服务设施，电动汽车充电站监控系统作为充电站站内设备的集中监控系统，研究开发电动汽车充电站监控系统非常有必要。目前国内开发的充电站监控系统基本具备以下几大功能。

3.1　充电监控功能

1)对充电桩的监控：监视充电桩的交流输出接口的状态，如电流、电压、开关状态、保护状态等;采集与充电桩相连接的电动汽车的基本信息;控制充电桩交流输出接口的开断。

2)对充电机的监控：充电机作为被监控对象，上送给监控系统主要包含两类数据，充电机状态信息;电池状态信息。

3.2　配电监控功能

实现对电动汽车充电站配电设备的监控，方便统一管理和数据共享。可实现对整站的总功率、总电流、总电量、功率因数、主变状态、开关状态、无功补偿及谐波治理设备的监视和控制。

3.3 电池维护监控功能

在大型综合充电站中，当电池使用一段时间之后，由于电池包中的电池模块可能存在一致性的问题，需要通过专门的电池维护设备对电池进行维护、评估，来决定是否对电池进行重新配组。

3.4　快速更换设备监控功能

在具备电池快速更换设备的充电站中，充电站监控系统可采集快速更换设备当前轨道位置、设备状态等信息，可通过充电站监控系统对电池快速更换设备下发具体电池更换命令：让快速更换设备在指定轨道位置更换电池架上指定位置的电池包。