充电桩是什么

小嘿 QA 2020-04-22 13:52:49 阅读(...)

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机,可以固定在地面或墙壁,安装于公共建筑和居民小区停车场或充电站内,可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接,输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机,可以固定在地面或墙壁,安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内,可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接,输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式,人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用,进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作,充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

充电桩是什么

截至 2019 年底,中国充电桩数量超 120 万个。

功能

充电桩(栓)能实现计时、计电度、计金额充电,可以作为市民购电终端。同时为提高公共充电桩(栓)的效率和实用性,今后将陆续增加一桩(栓)多充和为电动自行车充电的功能。

发展历程

2006 年,比亚迪在深圳总部建成深圳首个电动汽车充电站。

2008 年,北京市奥运会期间建设了国内第一个集中式充电站,可满足 50 辆纯电动大巴车的动力电池充电需求。

2009 年 10 月,上海市电力公司投资建成上海漕溪电动汽车充电站,是国内第一座具有商业运营功能的电动汽车充电站。2009 年底,北京首科集团在健翔桥建设完成了国内第一个包含完整智能微网的北京纯电动乘用车示范充电站。

2009 年 12 月 31 日,南方电网投产的首批电动汽车充电站(桩)在深圳建成投运,建设规模为 2 个充电站、134 个充电桩(栓)。

2010 年 3 月 31 日,国家电网公司唐山南湖充电站建成投运,是我国首座国家电网典型设计充电站,可同时为 10 台电动汽车按快充和慢充两种方式进行充电作业。

截至 2019 年底,中国充电桩数量超 120 万个。

2020 年 4 月 14 日,国家电网启动了首批 126 个充电桩项目,2020 年全年计划安排充电桩项目投资 27 亿元,分布在北京、天津、河北等 24 个省(市),涵盖公共、专用、物流、环卫、社区以及港口岸电等多种类型。其中居住区充电桩 5.3 万个,公共充电桩 1.8 万个,专用充电桩 0.7 万个,将有助于补齐居民区充电难、平台互联互通不足等行业短板。

种类

按安装方式分

可分为落地式充电桩、挂壁式充电桩。落地式充电桩适合安装在不靠近墙体的停车位。挂壁式充电桩适合安装在靠近墙体的停车位。

按安装地点分

按照安装地点,可分为公共充电桩和专用充电桩。 公共充电桩是建设在公共停车场(库)结合停车泊位,为社会车辆提供公共充电服务的充电桩。 专用充电桩是建设单位(企业)自有停车场(库),为单位(企业)内部人员使用的充电桩。 自用充电桩是建设在个人自有车位(库),为私人用户提供充电的充电桩。 充电桩一般结合停车场(库)的停车位建设。安装在户外的充电桩防护等级不应低于 IP54。安装在户内的充电桩防护等级不应低于 IP32。

按充电接口数分

可分为一桩一充和一桩多充。

按充电方式分

充电桩(栓)可分为直流充电桩(栓),交流充电桩(栓)和交直流一体充电桩(栓)。

技术实现

 

电动汽车充电桩作为电动汽车的能量补给装置,其充电性能关系到电池组的使用寿命、充电时间。这也是消费者在购买电动汽车之前最为关心的一个方面之一。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给是电动汽车充电器设计的基本原则,另外,还要考虑充电器对各种动力电池的适用性。

快速充电器的控制系统组成:
快速充电器的控制系统

采用了智能化的变脉冲充电方式,即采用充电电流脉冲,包括充电脉冲 T1 间歇脉冲 T2 以及放电脉冲 T3。

地面充电站中充电器的方案

地面充电站中充电器的方案,该充电器由一个能将输入的交流电转换为直流电的整流器和一个能调节直流电功率的功率转换器组成,通过把带电线的插头插入电动汽车上配套的插座中,直流电能就输入蓄电池对其充电。充电器设置了一个锁止杠杆以利于插入和取出插头,同时杠杆还能提供一个确定已经锁紧的信号以确保安全。根据充电器和车上电池管理系统相互之间的通讯,功率转换器能在线调节直流充电功率,而且充电器能显示充电电压、充电电流、充电量和充电费用。这只是充电桩的基本原理,许多细节问题都应在实际应用中不断改进,已得到最便捷的使用方案。

建设要求

作为电网配用电侧的电动汽车充电桩(栓),其结构的特殊性决定了自动化通信系统的特点是被测点多且分散、覆盖面广、通信距离短。并且随着城市的发展,网络拓扑要求具有灵活性和扩展性的结构,因此,电动汽车充电桩(栓)通信方式的选择应考虑如下问题:

(1) 通信的可靠性——通信系统要长期经受恶劣环境和较强的电磁干扰或噪音干扰的考验,并保持通信的畅通。

(2) 建设费用——在满足可靠性的前提下,综合考虑建设费用及长期使用和维护的费用。

(3) 双向通信——不仅能实现信息量的上传,还要实现控制量的下达。

(4) 多业务的数据传输速率——随着以后终端业务量的不断增长,主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高。

(5) 通信的灵活性和可扩展性——由于充电桩(栓)具有控制点面多、面广和分散的特点,要求采用标准的通信协议,随着“ALL IP”网络技术趋势的发展以及电力运营业务的不断增长,需要考虑基于 IP 的业务承载,同时要求便于安装施工、调试、运行、维护。

技术要求

交流式

交流充电桩(栓)技术要求

1、环境条件要求

① 工作环境温度:-20℃~+50℃;

② 相对湿度:5%~95%;

③海拔高度:≤1000m;

④ 安装地点:户外;

⑤ 抗震能力:地面水平加速度 0.3g;

地面垂直加速度 0.15g;

设备应能承受同时作用持续三个正弦波,并且安全系数应大于 1.67;

2、结构要求

① 交流充电桩(栓)壳体应坚固;

② 结构上须防止手轻易触及露电部分;

③交流充电桩(栓)应选用厚度 1.0 以上钢组合结构,表面采用浸塑处理,并充分考虑散热的要求。充电桩(栓)应有良好的防电磁干扰的屏蔽功能;

④ 充电桩(栓)应有足够的支撑强度,应提供必要设施,以保证能够正确起吊、运输、存放和安装设备,且应提供地脚螺栓孔;

⑤ 桩(栓)体底部应固定安装在高于地面不小于 200mm 的基座上。基座面积不应大于 500mm×500mm;

⑥ 桩(栓)体外壳应采用抗冲击力强、防盗性能好、抗老化的材质;

⑦ 非绝缘材料外壳应可靠接地;

3、电源要求

① 输入电压:单相 220V;

② 输出功率:单相 220V/5KW;

③ 频率:50Hz±2Hz;

④ 允许电压波动范围为:单相 220V±15%;

4、电气要求

① 插头与插座正确连接确认成功后,带负载可分合电路方可闭合,实现对插座的供电;

② 漏电保护装置应安装在供电电缆进线侧;

③ 低压配电设备及线路的保护应满足《低压配电设计规范》(GB/50053)中的相关规定;

④ 对 IT 系统配电线路,当第一次接地故障时,应由绝缘监察装置发出音响或灯光信号,当发生第二次异相接地故障时应由过电流保护电器或漏电电流动作保护器切断故障电路;

⑤ 照明配电系统中,照明和插座回路不宜由同一回路供电。插座回路的电源侧应设置剩余 电流动作保护装置,其额定动作电流为 30mA;

6、安全防护功能

① 交流充电桩(栓)应具备急停开关,可通过手动或远方通信的方式紧急停止充电;

② 交流充电桩(栓)应具备输出侧的漏电保护功能;

③ 交流充电桩(栓)应具备输出侧过流和短路保护功能;

④ 交流充电桩(栓)应具有阻燃功能;

7、IP 防护等级

交流充电桩(栓)应遵守 IP54(在室外),并配置必要的防雨、防晒装置;

8、三防(防潮湿,防霉变,防盐雾) 保护

充电机内印刷线路板、 接插件等电路应进行防潮湿、防霉变、防盐雾处理,其中防盐雾腐蚀能力满足 GB/T 4797.6-1995《电工电子产品自然环境条件 尘、沙、盐雾》中表 9 的要求,使充电机能在室外潮湿、含盐雾的环境下正常运行;

9、防锈(防氧化)保护

充电桩(栓)铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施,非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理;

10、防风保护

安装在平台上的充电机以及暴露在外的部件应能承受 GB/T 4797.5-9《电工电子产品自然环境条件降水和风》中表 9 规定的不同地区、不同高度处相对风速的侵袭;

11、防盗保护

电桩(栓)外壳门应装防盗锁,固定交流充电桩(栓)的螺栓必须在打开外壳门后方能安装或拆卸;

12、温升要求

交流充电桩(栓)在额定负载长期连续运行,内部各发热元器件及各部位温升应不超过 Q/GDW 397\2009 中表 2 规定;

13、平均故障间隔时间(MTBF)

MTBF 应不小于 8760h;

14、安装垂直倾斜度不超过 5%;

15、设备安装地点不得有爆炸危险介质,周围介质不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体及导电介质

充电技术

自 19 世纪第 1 辆电动汽车面世至今,均采用可充蓄电池作为其动力源。对于一辆电动汽车来讲,蓄电池充电设备是不可缺少的子系统之一。它的功能是将电网的电能转化为电动汽车车载蓄电池的电能。电动汽车充电装置的分类有不同的方法,总体上可分为车载充电装置和非车载充电装置。

车载充电装置指安装在电动汽车上的采用地面交流电网和车载电源对电池组进行充电的装置,包括车载充电机(图 1-13)、车载充电发电机组和运行能量回收充电装置,将一根带插头的交流动力电缆线直接插到电动汽车的充电插座中给蓄电池充电。车载充电装置通常使用结构简单、控制方便的接触式充电器,也可以是感应充电器。它完全按照车载蓄电池的种类进行设计,针对性较强。非车载充电装置,即地面充电装置,主要包括专用充电机、专用充电站、通用充电机、公共场所用充电站(图 1-14)等。它可以满足各种电池的各种充电方式。通常非车载充电器的功率、体积和重量均比较大,以便能够适应各种充电方式。

另外,根据对电动汽车蓄电池充电时能量转换的方式不同,充电装置可以分为接触式和感应式。随着电力电子技术和变流控制技术的飞速发展,高精度可控变流技术的成熟和普及,分阶段恒流充电模式已经基本被充电电流和充电电压连续变化的恒压限流充电模式取代。主导充电工艺的还是恒压限流充电模式。接触式充电的最大问题在于它的安全性和通用性。为了使它满足严格的安全充电标准,必须在电路上采用许多措施使充电设备能够在各种环境下安全充电,恒压限流充电和分阶段恒流充电均属于接触式充电技术。新型的电动汽车感应充电技术发展很快。感应充电器是利用高频交流磁场的变压器原理,将电能从离车的原方感应到车载的副方,以达到给蓄电池充电的目的。感应充电的最大优点是安全,这是因为充电器与车辆之间并无直接的点接触,即使车辆在恶劣的气候下,如雨雪天,进行充电也无触电的危险。

安全要求

(1)变电所应设置安全嗣栏、警示牌、安全信号灯及警铃。

(2)高压配电室和变压器室门外或变电所安全同栏上应悬挂“止步,高压危险”警示牌。警示牌的标示必须朝向围栏的外侧。

(3)高压配电装置上应有显著的操作指示说明。设备的接地点应有明显可见的标志。

(4)室内应有明显的“安全通道”或“安全出口”标示牌。

另外,变电所及配电设备的布置设计应便于安装、操作、搬运、检修、试验和监测。高低压配电室、变压器室、电容器室、控制室内,不应有与其无关的管道和线路通过。当然,即便充电站技术瓶颈得到了很好的解决,但是充电站建设可能还存在选址困难等问题。新能源汽车应先以城市为主,但繁华Ⅸ域往往用地紧张,地价成本较高,这方面需要政府在政策上能予以倾斜.推动充电设施的建设。由电力企业发展经营电动车充电站具有先天优势。电力企业将电力直接卖给车辆是一个新的业务,希望电力企业能转变

通信方式

电动汽车充电桩属于配电网侧,其通信方式往往和配电网自动化一起综合考虑。通信是配电网自动化的一个重点和难点,区域不同、条件不同,可应用的通信方式也不同,具体到电动汽车充电桩,其通信方式主要有有线方式和无线方式:

(1)有线方式

有线方式主要有:有线以太网(RJ45 线、光纤)、工业串行总线(RS485、RS232、CAN 总线)。

有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大,缺点是布线复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差。

工业串行总线(RS485、RS232、CAN 总线)优点是数据传输可靠,设计简单,缺点是布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。

(2)无线方式

无线方式主要采用移动运营商的移动数据接入业务,如:GRPS、EVDO、CDMA 等。

采用移动运营商的移动数据业务需要将电动汽车充电桩这一电网内部设备接入移动运营商的移动数据网络,需要支付昂贵的月租和年费,随着充电桩数量的增加费用将越来越大;同时数据的安全性和网络的可靠性都受到移动运营商的限制,不利于设备的安全运行;其次,移动运营商的移动接入带宽属共享带宽,当局部区域有大量设备接入时,其接入的可靠性和每个用户的平均带宽会恶化,不利于充电桩群的密集接入、大数据量的数据传输。

应用方案

电动汽车作为一种发展前景广阔的绿色交通工具,今后的普及速度会异常迅猛,未来的市场前景也是异常巨大的。在全球能源危机和环境危机严重的大背景下,我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展,充/换电站作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设施,具有非常重要的社会效益和经济效益。一场兴建电动汽车充/换电站的运动已经在全国范围内展开。

整体系统由四部分组成:电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统(BMS)、充电管理服务平台。

电动汽车充电桩(栓)的控制电路主要由嵌入式 ARM 处理器完成,用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能,也可提供语音输出接口,实现语音交互。用户可根据液晶显示屏指示选择 4 种充电模式:包括按时计费充电、按电量充电、自动充满、按里程充电等。

电动汽车充电机控制器与集中器利用 CAN 总线进行数据交互,集中器与服务器平台利用有线互联网或无线 GPRS 网络进行数据交互,为了安全起见,电量计费和金额数据实现安全加密。

电池管理系统系统(BMS)的主要功能是监控电池的工作状态(电池的电压、电流和温度)、预测动力电池的电池容量(SOC)和相应的剩余行驶里程,进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象,最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。

充电服务管理平台主要有三个功能:充电管理、充电运营、综合查询。充电管理对系统涉及到的基础数据进行集中式管理,如电动汽车信息、电池信息、用户卡信息、充电桩(栓)信息;充电运营主要对用户充电进行计费管理;综合查询指对管理及运营的数据进行综合分析查询。

发展情况

国内情况

国内模式目前我国正处于充电站基础设施建设的高峰期,政府和企业关注于充电站专业服务是直充还是换电的选择中,国内充电站的综合服务尚未开发。

1)、充电站成功运营案例:国内现有的两个最大最成熟的电动汽车充电站就是北京奥运充电站和上海世博充电站,这两个充电站目前都是为城市电动公交客车提供电池快速更换服务,两个充电站目前都不属于正式商业运营,只是政府组织下的试点运行。两个充电站的共同点就是都是由当地公交集团主导运行,充电站由国家重大专项资金和地方出资建立,电动客车归属公交集团运行,北京奥运充电站使用的动力蓄电池从电池厂家租赁,按照使用的电量每月付给电池厂家租赁费用(约 1 度电 4 元人民币),而上海世博充电站则直接从电池厂家购买电池,同时电池厂家负责初期电池的维护保养,并完成相关技术人员的培训工作,之后电池的所有权归充电站。

2)、目前,国家电网正加快与各地方政府合作,以加快充电站的建设进度。根据年初国家电网公司工作会议上总经理刘振亚提出的规划,年内国家电网将在 27 个省市(区)建立公用充电站 75 座、交流充电桩 6209 台以及部分电池更换站。目前已宣布项目包括,国家电网陕西省电力公司与西安合作年后建立 5 座中型电动汽车充电站;成都省电力公司与地方政府合作年内建立 3 座电动汽车充电站和 300 个充电桩;湖北省电力公司与宜昌市合作年内建立 1 座大型充电站,16 个充电桩;重庆市电力公司与重庆合作年内建立 50 个充电桩中海油:与中国普天合资成立了普天海油新能源动力有限公司,专门运营电动汽车能源供给网络。合资公司已与众泰汽车合作,计划在中国 2 个以上省会城市启动纯电动汽车充电站网络建设。中石化:中石化宣布以北京作为突破口,首次进入充电站行业。中石化旗下北京石油分公司已与北京首科集团公司共同出资成立了北京中石化首科新能源科技有限公司,将主要利用中石化现有面积较大的加油、加气站改建成加油充电综合服务站。中石化将以北京作为进入充电站行业的突破口,其加油充电综合服务站最终将扩展到全市范围,进而扩展到河北、天津甚至更大范围。中石油:据称与地方政府部门有接触,提出建设电动汽车充电站的想法。

3)、国家电网公司的充电站投资计划:国家电网将分三个阶段大力建设充电站和充电桩。第一阶段(2010 年)充电站主设备总投资规模将达到 3 亿元,在 27 个网省公司建设 75 座充电站和 6209 个充电桩,初步建成电动汽车充电设施网络架构;第二阶段(2011-2015 年)投资 140 亿元,电动汽车充电站规模达到 4000 座,同步大力推广建设充电桩,初步形成电动汽车充电网络;第三阶段(2016-2020 年)投资 180 亿元,电动汽车充电站达到 10000 座,同步全面开展充电桩配套建设,建成完整的电动汽车充电网络。到 2020 年充电站主设备总投资将达到 320 亿元。2010 年充电站主设备中充电机、电能监控系统、有源滤波装置的投资规模分别将达到 1.5 亿元、2000 万元、6300 万元,第二阶段的年均投资规模将迅速增长至 14.4 亿元、1.6 亿元、6.72 亿元。2010 年充电桩投资规模 1.6 亿元,2011-2015 充电桩投资规模 45 亿元,年均投资 9 亿元,是第一阶段年均投资规模的 5 倍。到 2020 年,充电桩总投资将达到 125 亿元。

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