电动汽车充电模式与家庭分布式储能研究

第５期　客车技术与研究　

ＢＵＳ＆Ｃ０ＡＣＨ　ＴＥＣＨＮ０ＬｏＧＹ　ＡＮＤ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　

电动汽车充电模式与家庭分布式储能研究　

叶卫国　

吭州越西客车制造有限公司，杭州３ｌ１２２２）　

摘　要：电动汽车充电设施完善与否将直接影响到电动汽车大规模推广应用目标的实现．对促进世界各国　经济社会可持续发展都具有十分重要的战略意义。本文结合对国内外电动汽车充电模式的研究．提出了电　动汽车充电技术解决方案及家庭分布式储能模式。　关键词：电动汽车；充电模式；充电设施；分布式储能　中图分类号：Ｕ４６９．７２；Ｕ４６３．６　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００６—３３３１（２０１４）０５—００３３—０４　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｃｈａｒｇｉｎｇ　Ｍｏｄｅ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ａｎｄ　Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｔｏｒａｇｅ　

ＹｅＷｅｉｇｕｏ　（Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｙｕｅｘｉ　Ｂｕｓ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１１２２２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ　ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ａｎｄ　ｐｌａｙｓ　ａ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ　ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　ｄｅｖｅｌｏｐ——　ｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ａｎｄ　ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　ａｌｌ　ｔｈｅ　ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｍｏｄｅｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｂｏｔｈ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｃｈａｒｇｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｍｏｄｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ；ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｍｏｄｅ；ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　

国家《节能与新能源汽车产业发展规划（２０１２—　２０２０年）》确定了“以纯电驱动为新能源汽车发展和汽　

车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车　和插电式混合动力汽车产业化”的技术路线；规划到　

２０１５年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销　

量力争达到５０万辆；到２０２０年，纯电动汽车和插电式　混合动力汽车生产能力达２００万辆、累计产销量超过　５００万辆”Ｉｌ】。环球网１１月１２日报道，奥巴马政府近日　

表示“尽管目前电动车数量没有达到预期销量，但我们　

并没有放弃这一目标。将继续坚持到２０１５年，实现电动　车突破１００万辆的目标”。　当前，电动汽车充电设施的建设进度已经严重影响　

了我国电动汽车大规模推广应用。本文通过对国内外电　动汽车充电模式及家庭分布式储能模式的分析和研究，　

提出了可有效缓解和解决电动汽车充电难的技术方案。　

１　充电模式及充电设施技术要求　

１．１　电动汽车充电模式　电动汽车动力电池以锂电池为主，现有常规充电、　快速充电和电池组快速更换三种模式。　

１）常规充电（慢充）模式。采用普通交流电源为车　

辆充电，是电动汽车最常用的充电方式，充电时电流和　功率都较低，充电时间一般在５～８　ｈ，对电池的寿命和电　网冲击影响较小，可利用夜间谷电时段为车辆充电，降　

低用电成本。但因充电所需时间较长，需要配置一台具　有交直流转换功能的充电机。充电过程中需要长时间占　

用一个停车位。当车辆有紧急电能补充需求时，难以满　

足车主的需要。　２）快速（应急）充电模式。通过直流充电桩以较大　

的电流为车辆快速充电，一般１０～１５　ｍｉｎ内就能使电池　

储电量达到８０％以上。充电桩一般需要设置在充电站　内，通过充电站系统中的变流装置将电网的交流电转换　为直流电以后方能为电动汽车充电。充电电压高、电流　

大，通常可达到常规充电电流的数倍甚至十几倍，充电　时间相对较短。快速充电会降低动力电池的循环使用寿　

命。在车辆集中充电时对，电网有一定的冲击。车辆通常　

需要到就近的充电站进行充电，可作为常规充电方式的　

一种补充。　

作者简介：叶卫国（１９５３一），男，高级工程师；副总经理；研究方向：新能源汽车及储能技术。

　客车技术与研究　２０１４年１０月　

３）换电模式。直接用充满电的电池组更换能量已　

耗尽的电池组，更换电池组所需时间为５—１０　ｍｉｎ。在一　定程度上可弥补电动汽车充电时间长的缺陷。动力电池　通常可以采用租赁的模式，降低电动汽车的初次购置成　

本。更换下来的动力电池有充裕的时间进行维护，可集　中在低谷时段充电，对提高电池的循环寿命、降低用电　成本有一定的积极意义。但由于各种电动汽车的规格大　小不同，用途也不同，在设计上存在着诸多差别，很难将　

动力电池组做到标准化、系列化、统一化和通用化。换电　

模式需要建设标准的换电站，还需要准备大量的备用电　

池，存在用地需求大、场站建设周期长、资金投入大等问　题。此种模式仅适合应用在特定的线路区间运行的某些　特定的车型，应用范围将会十分有限Ｉ２＿３Ｊ。　

１．２　电动汽车充电设施技术要求　

１）交、直流充电接口技术要求。文献［４—５】规定了电　

动汽车交、直流充电接口的相关技术参数。其中，用于对　交流充电桩充电接口的额定电压规定为２５０／４４０　Ｖ，额　

定电流为１６／３２　Ａ；用于对直流充电桩充电接口的额定　

电压规定为７５０　Ｖ，额定电流为１２５／２５０　Ａ。上述标准的　

要求是各种电动汽车交、直流充电桩设计选型的依据。　可以看出，当我们采用常规家用２２０　Ｖ交流电以１６　Ａ　的电流为电动汽车充电时，充电功率为３．５　ｋＷ，对一辆　装有２０　ｋＷ・ｈ动力电池组的家用电动汽车使其完全充　

满电所需的时间约为５．７　ｈ。由此可知，当充电的电压越　高、电流越大，功率就越大，充电所需的时间就越短。　２）电动汽车充电站技术要求。文献［６］对电动汽车　

充电站的定义：“由三台及以上电动汽车非车载充电机　

和（或）交流充电桩组成（至少有一台非车载充电机），可　

以为电动汽车进行充电，并能够在充电过程中对充电　机、动力蓄电池进行状态监控的场所”。北京市２０１０年７　月出台的地方标准ＤＢ１１／Ｚ　７２８—２０１０《电动汽车电能供　

给与保障技术规范：充电站》中将电动汽车充电站分为　四级，其中一级充电站的电池存储能量不小于６　８００　

ｋＷ・ｈ，一级站一般可以日提供２００台次以上大中型商用　

车的电池更换或充电服务，或可提供５００台次以上乘用　

车的电池更换或充电服务。在充电站选址上，标准要求　

在不影响原有设施功用的前提下，与现有的公共服务设　施合建，城区的电动汽车充电站须靠近城市道路，不应　

选在城市干道的交叉路口和交通繁忙路段附近。同时，　充电站建前须做环境和安全评估，与加油加气站共建的　充电站，电池充电设备与电池更换设施的安装位置距离　危险性设备爆炸危险区域边界线应不小于３　ｍ【　。　

１．３国内外电动汽车充电设施的建设模式　

电动汽车充电设施的建设往往涉及到土地、电力、　城建等部门和单位及场地物权所有者，其间需要进行大　

量的统筹协调工作。　特斯拉（Ｔｅｓｌａ）公司在充电站和充电桩建设上采取　了自主建设模式，具体做法是：对那些位于餐馆、商场，　

总之所有可能的公共停车场所的充电桩，只要该场所的　

业主同意建造，所有建造、维护和电力费用都由特斯拉　

来承担，每个充电桩造价在１Ｏ万～１７．５万美元之间。合　作方不仅不需要投入一分钱，而且在今后充电设施的运　

作过程中，可以从未来车辆充电新增加的客户中获取一　定的收益。特斯拉公司自２０１２年ｌ０月建立全球第一个　

超级充电站以来，截至目前已发展至美国２５座、挪威６　

座。到２０１５年，计划覆盖美国９８％的人口和加拿大南部　部分地区的充电桩网络。　北京新能源汽车有限公司也采取了类似做法，客户　

在购买北汽新能源车之前，安装充电桩的问题由公司负　

责和购买者居住地的物业、电力供应部门进行协调，由　公司支付建设费用。目前该项做法仅适用于北京市的电　动汽车用户。　日本丰田、本田、日产及三菱四大汽车厂商于２０１２　

年１１月１２日公布了充电设施的完善措施，将向设置快　

速充电器的便利店等提供最高１９０万日元（约合人民币　

１１．６万元）的补贴。利用这一补贴，多数情况下设置方几　乎不必出资。四大车商计划将全国现有的约１　９００台快　速充电器和约３　５００台普通充电器分别增加至４　０００台　

和８　０００台。除了国家及各地方政府提供的补贴外，四　大车商将对普通充电器和快速充电器分别提供上限为　

４０万日元和１９０万日元的补贴作为设置费。此外，还将　负担充电器的维护费用等。　据国家工信部相关负责人介绍，截至２０１２年底，我　

国已经示范推广各类节能与新能源车２７　４３２辆，国家　

财政补贴资金５７亿元，２５个试点城市已建成１７４座充　

（换）电站、８　０００多个充电桩。国家安排财政补贴资金　４０亿元，实施２５个新能源车产业技术创新工程，重点　支持纯电动乘用车和插电式乘用车、纯电动商用车和插　

电式商用车、燃料电池乘用车、动力电池等项目。国家财　

政将安排资金对示范城市给予综合奖励，奖励主要用于　第５期　叶卫国：电动汽车充电模式与家庭分布式储能研究　３５　

充电设施建设等方面。　

２家庭分布式储能及电动汽车充电技术方案　

２．１大规模储能方式　电能储存可分为机械储能、电化学储能、电磁储能　等能量储存形式。电能储存可以起到电网削峰填谷、调　峰调频、可再生能源发电系统接入以及作为后备电源使　

用等作用。机械储能和电磁储能属于物理储能。机械储　

能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等；电磁　

储能主要包括超导储能、超级电容储能、高密度电容储　能。电化学储能包括各类铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、液　

流、燃料电池储能。除此之外，还有相变储能一冰蓄冷储　能等。　抽水蓄能是目前应用最为成熟的集中式物理储能　

方法，是大容量储能的主力。电化学储能中锂离子电池　储能的比能量高，效率最高（９５％以上），可应用于ｋＷ　

—ＭＷ级储能装置，在改善电能质量、削峰填谷、电网调　

频、新能源并网、作为电动汽车动力电池等场合应用。目　前我国锂离子电池产品技术水平与国外相近，已形成一　

定规模的产业链。存在的问题是，电池成组应用技术有待　

改进，成本相对较高，但其在性能及价格上还有巨大的改　善空问，因此，在储能领域具有潜在的发展优　”。　

２．２家庭分布式储能　

据国家能源局发布的统计资料，截至２０１３年１０　月，我国发电装机总容量为１１．７３亿千瓦，我国电网平　

均峰谷差率为１：０．４，每天的低谷电总量约有１０亿度，　

电网面临的储能和调峰任务严峻。据业内专家测算，到　２０３０年我国各类电动汽车将会接近６　５００万辆，其中电　动私家车总量可达到５　０００万辆以上，每辆电动汽车根