电动汽车充电技术的现状与发展.ppt

l电动汽车充电技术发展现状及趋势电动汽车充电技术发展现状及趋势 l l l2010年公司成立，年公司成立，20112011年通过江苏省高新技术企业认定。年通过江苏省高新技术企业认定。l l主营产品：主营产品：充电机、分箱充电机、车载充电机、充电桩、后台监控系统。充电机、分箱充电机、车载充电机、充电桩、后台监控系统。l公公司司规规模模：新新厂厂房房占占地地60亩亩，生生产产车车间间2万平米；万平米；l能够实现产能能够实现产能10亿元亿元/年。年。l公司业绩：参与公司业绩：参与120120余座充换电站工程实施与运营维护。余座充换电站工程实施与运营维护。l知识产权：近知识产权：近100项专利的申请，发明项专利的申请，发明41项，实用新型项，实用新型46项，软件著作项，软件著作12项。项。l典型案例典型案例l4|l u充充电电设设施施建建设设不不是是简简单单的的技技术术问问题题，而而是是复复杂的系统工程。杂的系统工程。l5|l l近两年相关政策：近两年相关政策：l20132013年年9 9月月l财财政政部部、科科技技部部、工工业业和和信信息息化化部部、发发展展改改革革委委联联合合发发布布关关于于继继续续开开展展新新能能源源汽汽车车推推广广应应用工作的通知用工作的通知 （财建（财建20132013551551号）。号）。l20142014年年7 7月月l国务院办公厅印发关于加快新能源汽车推广应用的指导意见。国务院办公厅印发关于加快新能源汽车推广应用的指导意见。l20142014年年8 8月月l财政部、国家税务总局、工信部联合下发了关于免征新能源汽车车辆购置税的公告，财政部、国家税务总局、工信部联合下发了关于免征新能源汽车车辆购置税的公告，l国家发改委于正式下发关于电动汽车用电价格政策有关问题的通知国家发改委于正式下发关于电动汽车用电价格政策有关问题的通知l20142014年年1111月月l中央四部委颁布关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知中央四部委颁布关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知l通通知知明明确确至至20162016年年中中央央财财政政拟拟安安排排资资金金对对新新能能源源汽汽车车推推广广城城市市或或城城市市群群给给予予充充电电设设施施建建设奖励。设奖励。l6|l l狭狭义义：充充电电设设施施是是为为电电动动汽汽车车提提供供电电能能的的补补给给装装置；充电设施直接接入电网，是电网的组成部分。置；充电设施直接接入电网，是电网的组成部分。u电动汽车充电设施电动汽车充电设施l广广义义：充充电电设设施施是是为为保保证证电电动动汽汽车车和和电电网网安安全全、可可靠靠、经经济济地地提提供供电电能能的的充充电电系系统统。以以充充电电装装置置为为载载体体实实现现电电动动汽汽车车与与电电网网的的互互动动。包包括括充充电电设设备备、充充电电站站、电电网网以以及及延延伸伸的的土土地地、运运营营、电电价价、营业模式等庞大系统工程。营业模式等庞大系统工程。l7|l ll8|l l9|l l10|l l概概念念：以以电电缆缆为为传传输输介介质质，通通过过电电缆缆和和偶偶合合器器（插插头头插插座座）连连接接，进进行行直直接接的的接接触触式式电电能能传传输；输；l优优点点：成成本本低低、传传导导效效率高；率高；l 缺缺点点：需需要要人人工工操操作作、连连接接部部分分为为易易损损件件，安安全程度有一定的局限性全程度有一定的局限性l关键技术要点：关键技术要点：l 单单相相交交流流：220V/16(32)A220V/16(32)A；l 三三 相相 交交 流流 充充 电电：380V/32(63)A380V/32(63)A；l 直直流流充充电电：0-700V/0-700V/最大电流最大电流250A250A；l 传传 导导式充电式充电l11|l l概概念念：又又称称作作感感应应充充电电、非非接接触触式式感感应应充充电电，基基于于电电磁磁感感应应原原理理的的空空间间范范围围内内的的电电能无线传输技术；能无线传输技术；l优优点点：使使用用方方便便、安安全全程程度度高高、减减少少人人工工操操作作、提提高高与与电电网网连连接接率率有有利利于于未未来来与与电电网互动的互联要求网互动的互联要求l 缺缺点点：目目前前成成本本较高、技术较高、技术 l 尚未完全成熟尚未完全成熟l 传传 感感式充电式充电l关键技术：感应式关键技术：感应式/共振式共振式l感感应应式式：原原理理是是采采用用了了可可在在供供电电线线圈圈和和受受电电线线圈之间提供电力的电磁感应方式。圈之间提供电力的电磁感应方式。l共共振振式式：基基本本原原理理与与电电磁磁感感应应相相同同，也也是是当当线线圈圈有有电电流流流流过过时时，产产生生磁磁束束，感感应应线线圈圈就就会会有有电电流流流流过过，特特殊殊的的地地方方在在于于采采用用线线圈圈和和电电容容器器的的LCLC共共振振电电路路，并并且且利利用用控控制制电电路路形形成成相相同同的的共共振振频频率。率。l12|l l概概念念：通通过过全全自自动动或或半半自自动动机机械械设设备备，进进行行快快速的电池更换；速的电池更换；l优优点点：能能源源补补给给时时间间短短、有有利利于于合合理理安安排排充充电电功功率，减小冲击负荷；率，减小冲击负荷；l 缺缺点点：成成本本高高、标标准化要求高、准化要求高、l 缺缺少少成成熟熟的的盈盈利利模模式式l分分类类：商商用用车车换换电电/乘乘用车换电用车换电l关关键键技技术术：快快速速测测量量和和定定位位技技术术；车车辆辆姿姿态态自自动动识识别别和和测测量量技技术术；自自动动运运行行和和控控制制；安安全全防防护技术；护技术；l 电电 池池更换更换l13|l 城城 市市充电站充电站l高高速速公公路路快快充充站站，主主要要建建设设高高速速公公路路沿沿线线，为为乘乘用用车车辆辆提提供供快快速速直直流流充充电电的的场场所所，保保障障电电动动汽汽车长途运行。车长途运行。l集集中中充充电电站站，主主要要建建设设在在城城市市地地带带，为为专专用用车车辆辆或或社社会会车车辆辆提提供直流充电、交流充电的场所。供直流充电、交流充电的场所。l 高高速速公公路快充站路快充站l14|l l 商商用用车车电电池池更换站更换站l乘乘用用车车电电池池更更换换站站，为为出出租租车车辆辆、私私家家车车辆辆提提供供快快速速电电池池更更换换的的服服务务。分分为为底底盘盘换换电电和和后后背箱换电两种。背箱换电两种。l商商用用车车电电池池更更换换站站，主主要要建建设设在在城城市市地地带带，为为公公交交车车辆辆、环环卫卫车车辆辆提提供供快快速速电电池池更更换换的的服服务。务。l 乘乘用用车车电电池池更更换站换站l15|l l 箱箱 式式充电站充电站l 立立 体体 式式充电车库充电车库l箱箱式式充充电电站站，模模块块化化设设计计，高高度度集集成成充充电电机机、监监控控系系统统及及必必要要的的配配电电设设备备于于一一体体，占占地地面面积积小，安装便捷。小，安装便捷。l立立体体式式充充电电车车库库，主主要要用用于于城城市市中中心心区区域域、停停车车位位紧紧张张等等地地带带；适用于乘用车交适用于乘用车交/直流充电。直流充电。l16|l2 2 电动汽车充电设施分类电动汽车充电设施分类l 分分 散散充电桩充电桩l 路路 灯灯 充充电桩电桩l分分散散交交流流充充电电桩桩，分分散散布布置置在在城城市市区区域域，为为乘乘用用车车提提供供交交流流充充电。电。l路路灯灯充充电电桩桩，将将路路灯灯系系统统与与充充电桩相结合，提高设施利用率。电桩相结合，提高设施利用率。l17|l交交流流充充电电 由由交交流流充充电电桩桩提提供供220V220V或或380V380V交交流流电电能能，车车载载充充电电机机完完成成交交直直流流变变换换，充充电电功功率率一一般般不不大大于于5 5千千瓦瓦，充充电电时时间间通通常常为为5 58 8个个小小时时。直流快充直流快充直流快充直流快充 由非车载充电机完成交直流变换，充电功率较大，从几十千瓦到上百由非车载充电机完成交直流变换，充电功率较大，从几十千瓦到上百千瓦千瓦,充电时间可从充电时间可从1010分钟（直流快充）到分钟（直流快充）到6 6小时（直流普通充电），当前小时（直流普通充电），当前电池技术性能下，直流快充仅可作为电动汽车充电的应急补充电池技术性能下，直流快充仅可作为电动汽车充电的应急补充。l18l中国电力企业联合会中国电力企业联合会l19l20l21l中国电力企业联合会中国电力企业联合会l22l23l24l25l l 电动汽车种类电动汽车种类充电需求充电需求公交车公交车一次充电难以满足每日运行要求。要求一次充电至少应满足单程运行里程，紧急情况下应能实现一次充电难以满足每日运行要求。要求一次充电至少应满足单程运行里程，紧急情况下应能实现电能的快速补充。电能的快速补充。可利用停运时段充电。可利用停运时段充电。出租车出租车一次充电续驶里程难以满足当日运行要求，且用电量变化大，停运时间短，对充电时间要求高。一次充电续驶里程难以满足当日运行要求，且用电量变化大，停运时间短，对充电时间要求高。特种车辆特种车辆特殊园区用车特殊园区用车车辆使用频繁，一次充电难以满足每日运行要求。夜间停运可充电。车辆使用频繁，一次充电难以满足每日运行要求。夜间停运可充电。城城市市环环卫卫、邮邮政政车车辆辆、班车班车环环卫卫车车辆辆平平均均每每车车每每日日运运行行距距离离约约为为50km50km，一一次次充充电电基基本本满满足足运运行行里里程程。停运时段可充电。停运时段可充电。市市政政工工程程抢抢险险车车、建建筑筑运输车运输车一次充电基本满足往返运行里程。停运时段可充电。一次充电基本满足往返运行里程。停运时段可充电。公务用车公务用车一次充电基本满足往返运行里程。夜间停运可充电，一次充电基本满足往返运行里程。夜间停运可充电，私家车私家车夜间基本停运，可充分利用低谷时段充电。夜间基本停运，可充分利用低谷时段充电。l l26l27l28|ll29|l30|l31|l32|l33|l34|l35|l36|l37|l38|l39|l l40|l l l l41|l ll42|l l 运运营营管管理理系系统统主主要要实实现现客客户户服服务务、计计费费管管理理、收收费费账账务务、清清分分结结算算、资资产产管管理理、电电池池配配送送、运运行行管管理理、集集中中监监控控管管理理、高高级级应应用用（如如用用户户预预约约充充电电、有有序序充充电电管管理理、充充换换电电站站导导航航）等等功功能能，能能够够为为电电动动汽汽车车充充换换电电服服务务网网络络的的运运营营管管理理提提供供有有力力支支撑撑，保保证证电电动动汽汽车车运运营营高高效有序，实现电动汽车运营智能化。效有序，实现电动汽车运营智能化。l 运运营营管管理理系系统统利利用用RFIDRFID、传传感感器器、图图像像识识别别等等技技术术，通通过过GPRS/3GGPRS/3G、WiFiWiFi、InternetInternet等等通通讯讯手手段段，将将具具有有身身份份标标识识的的电电动动汽汽车车、动动力力电电池池、充充电电设设施施、用用户户汽汽车车、智智能能电电网网等等相相关关主主体体进进行行互互联联，实实现现基基于于物物联联网网的的电电动动汽汽车车智智能能充充换换电服务网络的自动化运行与管理。电服务网络的自动化运行与管理。l43|lInternInternetetl无线无线l传感器传感器l通信终端通信终端l交流充电桩交流充电桩l充电站充电站l电池更换站电池更换站l车载终端车载终端l管管理理中中心心l充电设施运营充电设施运营l管理系统管理系统l44l45l4 4 电动汽车充电设施的运行使用电动汽车充电设施的运行使用l充充电电设设施施检检验验检检测测l连连接接器器检检测测、通通讯讯协协议检测、互操作性检测议检测、互操作性检测l监监控控系系统统功功能能性性检检测测、通信协议检测通信协议检测l直直流流充充电电机机、交交流流充充电电桩功能性、安全性检测桩功能性、安全性检测l存在的问题：存在的问题：l 针针对对部部分分的的设设备备初初步步具具备备相相应应的的标标准准，但但缺缺少少国国家家或或行行业业认认定定的的权权威威检检测测机机构构，同同时时部部分分标标准准在在操操作作性性上存在一定的问题。上存在一定的问题。l46l47|l ll48|l 目前，电动汽车充换电设施接入配电网的典型方式主要有：充充/换换电电站站：采采用用专专变变接接入入或或专专线线接接入入1010千伏中压配电网。千伏中压配电网。充电桩：充电桩：就近接入就近接入0.380.38千伏低压配电网。千伏低压配电网。l49|l中国电力企业联合会l电动汽车对电网的影响电动汽车对电网的影响大量电动汽车接入大量电动汽车接入 增加售电量增加售电量 削峰填谷削峰填谷 应急电源应急电源 分布式电源单元分布式电源单元 辅助服务辅助服务供给能力（配网扩容）供给能力（配网扩容）电能质量电能质量 电网安全可靠性（冲击）电网安全可靠性（冲击）l电动汽车电动汽车l影响影响l电动汽车对电网的影响电动汽车对电网的影响l取决于电网与电动汽车取决于电网与电动汽车之间的互动方式与水平之间的互动方式与水平l机遇机遇l电动汽车对电网的影响主要包含两大大方面：电动汽车对电网的影响主要包含两大大方面：对电网负荷产生影响对电网负荷产生影响对电网电能质量产生影响对电网电能质量产生影响l电动汽车充电的特点大大功功率率充充电电对对电电网网的的影影响响：由由于于车车辆辆运运行行特特性性的的不不同同和和车车辆辆充充电电分分布布的的空空间间特特性性，同同时时加加之之电电网网基基础础建建设设和和常常规规负负荷荷的的不不同同，规规模模化化电电动动汽汽车车充充电电对对电电网网将将产产生生影影响响，并并且且随随着着充充电电功功率率的的增增加加，单单次次充充电电时时间缩短，充电对电网的波动性、随机性影响将更加的严重间缩短，充电对电网的波动性、随机性影响将更加的严重。电电能能质质量量问问题题：由由于于充充电电设设备备（车车载载和和非非车车载载充充电电机机）的的高高频频化化，充充电电设设备备运运行行对对电电网网产产生生了了一一定定的的谐谐波波问问题题，通通过过车车载载充充电电设设备备认认证证、改改进进充充电电设设备备硬硬件件拓拓扑扑、改改善善充充电电设设备备控控制制策策略略及及增增加加整整体体滤滤波波装装置置等等方方式式可可以以减减少少充充电电设设备备对对电电网网的的谐谐波波污污染染。220V220V交交流流慢慢充充方方式式的的接接入入的的增增多多，还还可可能能导导致致三三相相不不平平衡衡问题，问题，需要增加相关治理设备。需要增加相关治理设备。非非车车载载直直流流充充电电机机充充电电效效率率问问题题：目目前前车车辆辆电电池池包包总总端端电电压压各各个个厂厂家家不不同同且且差差距距较较大大，为为了了服服务务更更多多车车型型，充充电电设设备备将将不不断断扩扩大大充充电电支支持持电电压压范范围围，使使用用中中导导致致直直流流充充电电设设备备不不能能运运行行在在最最佳佳效效率率区区间间内内，建建议议通通过过出出台台相相关关标标准准约约定定车车辆辆电电池池电电压压区区间间，研研发发新新型型充充电电设设备备，研研究究相相关关的的控控制制策策略略，降降低低充充电电设设备备损耗，提高充电设备的能量利用效率是未来充电设备发展的重要方向。损耗，提高充电设备的能量利用效率是未来充电设备发展的重要方向。充充电电设设施施智智能能充充电电控控制制问问题题：随随着着电电动动汽汽车车保保有有量量和和充充电电设设施施建建设设运运营营主主体体的的增增多多，与与电电网网运运行行安安全全协协调调的的充充电电设设施施智智能能充充电电控控制制问问题题将将日日益益突突出出，需需要要探探索索在在满满足足电电动动汽汽车车使使用用需需求求、用用户户经经济济性性和和电电网网安安全运行等条件下的电动汽车充电功率、电量的分配方法全运行等条件下的电动汽车充电功率、电量的分配方法是未来电动汽车发展过程中的重要内容。是未来电动汽车发展过程中的重要内容。l电动汽车充电对电网影响l双双向向互互动动l能量能量 l信息信息l电动汽车的双重属性：电动汽车的双重属性：u可控负荷可控负荷u储能单元储能单元l有有序序充充电电l电动汽车将成为智能电网的重要资源和技术应电动汽车将成为智能电网的重要资源和技术应用对象用对象lB2G(Battery to Grid)l电池更换模式电池更换模式l充电模式充电模式lV2G(Vehicle to Grid)l集中充电集中充电l电池更换电池更换l电池电池组组l用用户方面方面:降低充降低充电成本成本 u峰谷分峰谷分时电价价高效便捷的充高效便捷的充电服服务u智能充智能充电服服务网网络u引引导用用户，优化化充充电行行为增加增加额外收入外收入u为电网提供网提供辅助服助服务l电网方面网方面：避避免免配配网网改改造造或或降降低低改改造成本造成本u减小配网减小配网过载u提高供提高供电可靠性可靠性改善改善电网运行效率网运行效率 u移峰或削峰移峰或削峰u填谷填谷l电电动动汽汽车车与与智智能能电电网网融融合合将将对对用用户户和和电电网网产产生生积积极作用极作用l55|l l电动汽车有序充电控制架构l56|l中国电力企业联合会l电动汽车有序充电控制架构交互方式交互方式l能能量量交交互互:作作为为移移动动式式分分布布储储能能单单元元，与与电电网网实实现现双双向向能能量量流流动动(根根据据电电网网或或者者电电动动汽车的需要汽车的需要)；l信信息息交交互互:电电动动汽汽车车、用用户户、电电网网之之间间建建立立信信息息交交互互 (车车辆辆能能量量状状态态、电电网网 负负 荷荷 状状 态态、计费信息等计费信息等)。应用层面应用层面l调调峰峰、调调频频、促促进进可可再再生生能能源源接接入入，参参与与车车辆辆数数量量不不同同，不不同同层层面需要相应的控制策略。面需要相应的控制策略。意义意义lV2GV2G对对未未来来电电动动汽汽车车商商业业模模式式将将产产生生重重大大影影响响，但但V2GV2G要要实实现现商商业业化化应应用用，最最终终依依赖赖于于电电池池技技术术的的进进步步。（更更长长的的循循环环寿寿命命，更更大大的比能量）。的比能量）。lV2G技术l配配置置一一台台双双向向变变流流器器。晚晚上上为为电电动动汽汽车车充充电电，将将电电动动汽汽车车作作为为储储能能元元件。件。l白天电动汽车通过双向变流器向建筑放电。白天电动汽车通过双向变流器向建筑放电。l此种方式适合拥有独立建筑的家庭。此种方式适合拥有独立建筑的家庭。lV2H技术l太阳太阳能能l风能风能l间歇性间歇性l充电充电/放电放电l可再生能源可再生能源l6l12l18l24l2.5ll2.0l1.5l1.0l0.5l0lExample:Equipment of one housel（southeast2.6kW+southwest1.4kW）lFinelCloudylRainl来来源源：the Research Center for Photovoltaics,National Institute of Advanced Industrial Science and Technology(AIST)HPl锂电池锂电池l利利用用太太阳阳能能、风风能能等等间间歇歇性性可可再再生生能能源源发发电电具具有有不不稳稳定定性性，发发电电能能力力很很大大程程度度上上依依赖赖于于天天气气，利利用用电电动动汽汽车车的的动动力力电电池池储储能能可可对对新新能能源源发电的并网提供支撑。发电的并网提供支撑。l电动汽车充放电与可再生能源发电协调控制l60|l ll61l电电动动汽汽车车相相关关标标准准 l混合动力汽混合动力汽l车工作组车工作组l燃料电池汽燃料电池汽l车工作组车工作组l动力电池动力电池l工作组工作组l驱动电机驱动电机l工作组工作组l电动汽车分标委电动汽车分标委TC114/SC27l整车标准整车标准l关键部件标准关键部件标准l基础设施标准基础设施标准l共共有有委委员员3232人人，来来自自电电动动汽汽车车整整车车企企业业、动动力力蓄蓄电电池池企企业业、电电机机企企业业、电电动动摩摩托托车车企企业、检测机构、高校和研究所等。业、检测机构、高校和研究所等。l为为了了更更广广泛泛的的利利用用行行业业力力量量，提提高高标标准准制制修修订订的的实实力力和和效效率率，在在标标委委会会下下又又分分别别成成立立了若干标准研究工作组。了若干标准研究工作组。l62|l l驱动电机l动力蓄电池l63|l中国电力企业联合会l64|l l65|l l66|l l67|l l68|l l69|l l70|l l71|l l72|l l73|l l74|l l75|l l76|l l77|l l78|l中国电力企业联合会n充电前沿技术及标准研制还需要加强充电前沿技术及标准研制还需要加强无线充电技术在电动汽车与智能电网互动在交流大功率充电在电动汽车消防安全技术在电动汽车传导充电系统一致性测试l79|l n与智慧城市、智能电网发展相协调与智慧城市、智能电网发展相协调 电动汽车充电是智能电网的智能用电的一部分，在我国智能电网规划中，2011年2015年是“健全标准体系，支撑全面建设”时期，目标是“建设智能双向互动服务平台和相关技术支持平台，实现与电力用户的电力流、信息流、业务流的双向互动”l80|l n国际标准化工作的需求国际标准化工作的需求n 电动汽车及充电设施国际标准化活动十分活跃，国际电工委员会（IEC）、国际标准化组织(ISO)的相关技术委员会启动了一系列国际标准制修订工作。中国必须紧跟上国际标准化工作的步伐。l81|l l82|l ll83|l l 电电动动汽汽车车未未来来将将逐逐渐渐由由政政府府主主导导的的公公用用车车辆辆（公公交交、出出租租、环环卫卫等等）逐逐渐渐向向私私人人乘乘用用车车辆辆发发展展。充充电电设设施施也也将将逐逐渐渐由由快快充充和和换换电电逐逐渐渐向向慢充为主、快充为辅慢充为主、快充为辅的模式发展。的模式发展。l84|l u大大功功率率充充电电：针针对对目目前前公公用用车车辆辆的的大大量量使使用用，大大功功率率充充电电将将存存在在一一定定的的需需求求，在在合合理理规规划划的的前前提提上上发发展展部部分分大大功功率率充充电电，同同时时需需要要注注意意其其带来的安全性及对配电网可能带来的冲击问题；带来的安全性及对配电网可能带来的冲击问题；u无无线线充充电电：将将着着重重提提高高电电能能传传导导效效率率、降降低低设设备备和和建建设设成成本本，提提高高标标准化程度、保证安全性；准化程度、保证安全性；u车对车充：车对车充：V2VV2V主要用于应急充电和应急电源；主要用于应急充电和应急电源；uV2GV2G、微网：电网互动、分散储能、分布式电源。、微网：电网互动、分散储能、分布式电源。l 技技 术术层面层面l 未未来来最最终终的的发发展展方方向向将将逐逐步步走走向向以以无无线线、有有线线慢慢充充和和辅辅助助大大功功率率充充电电的的技技术术路路线线，以以增增值值服服务务盈盈利利为为主主的的充充电电网网络络建建设设将将是是未未来来充充电电设设施施的的主主要要盈盈利模式。利模式。l85l快速充电机接入快速充电机接入0.40.4千伏线路导线截面要求千伏线路导线截面要求导线截面导线截面（mmmm2 2）可否接入可否接入快速充电快速充电可否接入可否接入常规充电常规充电低压线路类型低压线路类型干线干线支线支线进户线进户线240是185是150是是120是是95是70是50是是35是是25是16是8是l l240 185 150 120 95 70 50 35 25 16 8 l快速充电快速充电l380380伏导线带负载能力伏导线带负载能力l导线截面（导线截面（mmmm2 2）l充电机功率（千瓦）充电机功率（千瓦）