电动汽车充、换电站系统解决方案及其应用

作者:李 平 文章来源:菲尼克斯(中国)投资有限公司 发布时间:2012-05-14
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图1  电动汽车智能充、换电站——换电机器人及充电架

随着化石能源的日益枯竭,发展新能源汽车已成业界共识。菲尼克斯中国公司靠技术创新追踪新能源汽车领域的技术前沿。其在“薛家岛电动汽车智能充换储放一体化示范电站”工程的电动汽车充、换电站系统解决方案中,提供了工程的核心部件之一EV-BC 750 V/400 A大电流换电连接器。

中国新能源汽车的崛起是基于什么样的挑战下发展起来的?一是随着全球化石能源枯竭,减少对化石能源的依赖,或者说摆脱对石油的过度依赖;二是国家对于温室气体排放的挑战提出了很多要求,即节能减排已成大势所趋。正是这两点,促进了新能源汽车发展最根本的契机。

概述

电动汽车充电、换电设施主要包括交流充电桩和充电站。

交流充电桩的系统简单,占地面积小,安装于电动汽车充电站、公共停车场和住宅小区停车场等场所,为具备车载充电机的电动汽车提供交流电能,是小型电动汽车重要的充电设施。

充电站的系统比较复杂,一个完整的充电站涵盖配电设备、充电设备、监控设备、计量计费及其他配套设施,充电站的建设不但要满足各种电动车辆的充电需求,还要满足不同的运营需求,系统需要将其各部分统一设计,并要系统考虑其综合控制与管理。

充电站的建设还必须很好地规划充电设施的布点,协调充电设施与电网之间的关系,实现充电站与电网能量的有效互动和统一管理,达到国家电网“把充电设施建设成为坚强智能电网的重要组成部分”这一战略目的。

由许继集团设计、研发的EVC-8000充电站综合控制与管理系统,为电动汽车的充电、换电站建设提供了完整的系统解决方案。

目前,运行在薛家岛的电动汽车智能充换储放一体化示范电站位于青岛市连接青岛城区与黄岛区的胶州湾海底隧道黄岛侧出口处,该示范工程按照国家电网“换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送”要求及变电站与集中充电站一体化模式而建。在国内外首次建成集公交车充换电、乘用车电池集中充电及储能应用于一体的电动汽车充、换电站,在电动汽车充换电设施建设中具有里程碑意义。


图2  运行于薛家岛公交枢纽站的电动汽车

系统结构

从与电网能量的统一协调,实现充电站相关设备高效、安全运行出发,系统提出了“三级结构”的充电站系统解决方案:

第一级:“充、放电机智能控制单元”,主要针对充、放电机所涉及的功率模块(PM)、电能仪表(SM)、电池管理系统(BMS)和用户终端(UT)等相关环节进行数据采集与相关智能控制;

第二级:“站级综合控制与管理系统”,将整个充、放电站相关的配电、充放电、计量计费和安防等相关环节有机融合为一个整体的自动化系统,在实现基本SCADA功能的基础上,按照充、放电站的实际运行特点,完成包括设备综合监测、智能负荷调控,以及和电网的有效互动等控制与管理功能。

第三级:“区域充、放电站管理系统”,从电网整体运行的角度,对区域内多个充、放电站的运行进行统一管理和调节,并将为数众多的电动汽车动力电池作为可以计划使用和有效控制的电网储能设备,通过与电网有效互动的V2G技术,在一定程度上实现电网的削峰填谷,从而提高电能的利用率。

位于薛家岛公交枢纽站内的公交车充、换电站(见图1)占地面积5814.2m2,由3条车道、6个换电工位(机器人自动换电)及辅助办公楼组成。辅助办公楼内设集中控制室,对充电、换电、车辆运行状况、集中充电站以及配送站进行集中监控和管理,可同时为6辆公交车换电,每天可满足360车次的电动公交车换电需求。

该项目于2011年7月1日成功投入运营,主要为途经胶州湾海底隧道公交线路和黄岛区部分公交线路约120辆电动公交车提供充换电服务。

电动巴士(EV Bus)

运行于薛家岛公交枢纽站的电动汽车(见图2)由上海申沃公司提供,汽车驱动功率为150kW,其动力由9组电池箱提供,最大工作电压为750 V,工作电流为400 A。每组电池箱的容量为264~300 Ah,电动汽车每换一次电仅需6~8 min,换电后可以运行130 km左右。至今已有40辆电动巴士正式投入运行,累计行驶里程约180万km,耗电200多万度(包括公共办公用电等,2012年3月22日统计),平均每公里耗电1.1°左右。其中,由菲尼克斯电气中国公司提供的EV-BC 750 V/400 A大电流连接器(见图3)累计完成插拔次数约80万次,没有发现质量问题,为中国电动汽车充换电产业的发展奠定了基础。


图3  菲尼克斯电气自主研发的大电流连接器EV-BC 750 V/400 A

换电连接器(装置)

菲尼克斯电气中国公司积极响应中国的产业发展战略,靠技术创新追踪新能源汽车领域的技术前沿。

在薛家岛电动汽车智能充换储放一体化示范电站工程的电动汽车充、换电站系统解决方案中,菲尼克斯电气提供了工程的核心部件之一——EV-BC 750 V/400 A大电流换电连接器。该连接器完全由菲尼克斯电气自主研发,相关技术已经申请了专利。EV-BC 750 V/400 A大电流换电连接器的主要技术创新特点如下:

(1)适用于额定电压750 V DC、额定电流400 A 的大功率使用场合;

(2)浮动机构的研发、设计,满足了系统实际运行的要求,保证换电(插、拔)过程中电池箱的定位可靠、准确;

(3)电源接口和数据接口的模块化组合研发、设计,满足国际标准对于插、拔顺序的安全要求;

(4)防护等级符合国际标准 IP 55;

(5)插拔寿命>10 000 次仍能达到设计时的使用要求;

(6)满足-40~80 ℃宽温度范围的操作要求;

(7)主要技术指标测试:严格按照IEC 60947等国际系列的标准要求,完成了测试工作,关键技术参数的测试结果均达到并超过了国际标准所规定的要求;

(8)自2011年7月1号投运以来,经过薛家岛公交枢纽站实际运行的结果证明:EV-BC 750 V/400 A大电流连接器的质量可靠,为电动汽车充换电产业的发展奠定了坚实的基础;

(9)根据薛家岛公交枢纽站实际运行的经验:目前,中、德双方技术专家正在启动 《电动汽车传导充换电用连接装置-第4部分:直流换电接口》国际IEC标准的制定工作,以引导全球,特别是引导中国电动汽车产业的良性发展。

薛家岛电动汽车智能充换储放一体化示范电站项目是中国乃至全球首个大规模应用充换电连接器的项目,具有里程碑意义,为菲尼克斯电气进军全球电动汽车充换电领域积累了宝贵的技术研发以及现场的运行经验。

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