電動汽車有序充放電管理策略設計

21ic電源：電動汽車作為正在培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一，已成為新能源汽車發(fā)展的主要方向，也將成為21世紀最有潛力的交通工具。隨著我國建設電動汽車換電站、充電站和充電樁計劃的逐步清晰，電動汽車充電設施的建設已經開始進入實質階段。隨著電動汽車銷量的逐步增加，電動汽車的充電問題受到各國政府和電力公司的重視。我國從“九五”開始明確支持電動汽車的發(fā)展和示范運行，北京、上海、深圳等示城市紛紛開展了電動汽車充電設施的建設工作。國家電網公司在“十二五”期間，將建設充換電站2351座、充電樁22萬個。

可以預計，隨著未來電動汽車的普及，將有大量電動汽車接人電網充放電。如果沒有相應的政策和手段來對其充放電行為進行引導，那么大規(guī)模的電動汽車無序充放電行為將對電力系統(tǒng)的運行與規(guī)劃產生非常不利的影響。本文將電動汽車有序充放電管理作為研究對象，研究電動汽車充電負荷的負荷特性，從我國實際國情出發(fā)，結合需求側響應，提出對其進行有序充放電管理的建議。

1.電動汽車能源供給模式分析

電動汽車的行駛依靠電池提供動力，而電池的電力，必須來自于電網，所以發(fā)展電動汽車，電網對電動汽車的能源供給方式即電動汽車的充電模式是首先需要解決的問題。

1.1 電動汽車充電模式

電動汽車有多種充電方式可供選擇，現(xiàn)今普遍采用常規(guī)充電、快速充電和換電池充電3種模式。其他充電方式，例如無線式充電、移動式充電等尚處于試驗研究階段。

(1)常規(guī)充電。常規(guī)充電或慢速充電充電電流小，約為15A，充電時間一般需要5—8h，充電器和安裝成本比較低，可以充分利用電力低谷時段進行充電，比較適合家庭、停車場等場所。但是，充電時間過長，不能滿足車輛的緊急運行需要。

(2)快速充電?？焖俪潆娪址Q應急充電，是以較大電流在電動汽車停車的20min至2h內為其提供的短時充電，快速充電站建設設施成本比較高，充電電流比較大，一般充電電流為150~400A，可能對公用電網產生有害影響。

(3)換電池充電。換電池充電是指茌電動汽車的電池電量不足時，選擇附近的電池更換門店或是移動電池更換車，直接更換電動汽車的電池組，用充滿電的蓄電池更換已經耗盡的蓄電池，這有利于提高車輛使用效率，也提高了用戶使用的方便性和快捷性;而且對更換下來的蓄電池可以利用低谷時段進行充電，降低了充電成本，提高了車輛運行經濟性;從另一個側面來看，也解決了充電時間乃至電池質量、續(xù)駛里程及價格等難題。

但由于電池組重量較大，更換電池的專業(yè)化要求較強，需配備專業(yè)人員借助專業(yè)機械來快速完成電池的更換、充電和維護，而且這種模式下，電池與電動汽車的標準化、電動汽車的設計改進和充電站的建設與管理、電池更換門店的規(guī)劃以及電池的流通管理等問題都需要研究解決。

(4)無線式充電。電動汽車無線充電方式原理就像在車里使用的移動電話，將電能轉換成一種符合現(xiàn)行技術標準要求的特殊激光或微波束，在汽車頂上安裝專用天線接收即可。有了無線充電技術，公路上行駛的電動汽車可通過安裝在電線桿或其他高層建筑上的發(fā)射器快速補充電能，電費從汽車上安裝的預付卡中扣除。

(5)移動式充電。電動汽車移動式充電(MAC)分為接觸式和感應式2種。對接觸式的MAC系統(tǒng)而言，需要在車體底部安裝一個接觸摸，與嵌在路面上的充電元件相接觸，接觸拱便可獲得瞬時高電流，當電動汽車巡航通過MAC區(qū)時，其充電過程為脈沖充電。對于感應式的MAC系統(tǒng)，車載式接觸拱由感應線圈所取代，嵌在路面上的充電元件由可產生強磁場的高電流繞組所取代。

1.2 電動汽車充電模式分析

電動汽車現(xiàn)今普遍采用的常規(guī)充電、快速充電和換電池充電3種充電模式各有自己的優(yōu)點和不足。

(1)常規(guī)充電模式簡單方便，建設分散式充電樁成本低，但是，針對我國目前私人電動汽車擁有量很低且城市停車位緊張的局面，充電樁的規(guī)劃設計與建設均存在不少困難，而且這種方式負荷隨機性強，如果沒有相應的管理措施，將會對電網產生嚴重影響。但將來隨著私人電動汽車保有量的增加，這種模式將占電動汽車充電的很大比例。

(2)快速充電模式主要服務于沒有條件實現(xiàn)慢充、中長途旅行和應急充電的用戶，這種方式需要占用土地建設大量充電站，且充電站的布局要合理。雖是快充，但充電的等候時間相對于目前加油站還是要長。針對我國現(xiàn)狀，建設大量的快充站，在土地征用、城市規(guī)劃等方面也存在不少網難，快充電站很難完全主導電動汽車的充電，主要是作為其他模式的補充。

(3)換電池充電模式要求車載電池必須標準化，更換逮度要快。但目前不少電動汽車制造企業(yè)的核心技術是電池本身，而電池的成本占據(jù)電動汽車總成本的一半甚至更高，要求汽車制造商接受這種模式需要國家相關部門的大力推動，尤其是要制定相關標準以保障實施。而對于供電企業(yè)來說，建設換電站簡單方便，可以通過引入專用線路給充電站供電，易于控制電池的充電，減少對現(xiàn)有電網的沖擊，而且換電站的大量電池，還可以起到儲能站的作用，當電網需要電量的時候，可將電池電量快速返送回電網，實現(xiàn)備用、調峰、調頻等，這種方式對電網運行有利。當前我國私人電動車較少，一般都是電動公交車、出租車、旅游景區(qū)車、政府公務車、環(huán)衛(wèi)車等，這些車輛車型單一，行駛時間、里程有規(guī)律，適合換電模式。

鑒于我國目前電動汽車和充電技術的發(fā)展水平，換電方式適合在公交公司、出租車公司、政府以及具有同一類型汽車的公司使用，這些公司或部門可以把需要充電的電池集中起來在負荷低谷期進行充電。電動公交車可以采用晚上常規(guī)充電、白天結合快速更換電池的方式以保證正常運行。對于私人擁有的電動汽車可以盡量選擇在夜間或者上班時間利用充電樁進行慢速充電，而在緊急的情況下使用快速充電方式。

2. 電動汽車充放電對電網的影響分析

電動汽車作為智能電網中一種特別的負荷，除了從電網中獲取電能外，還能向電網回送電力，這就是電動汽車的V2G模式，即電動汽車一電網互動技術(Vehicle to Grid，V2G)。

2.1 電動汽車V2G模式