电动汽车有序充放电管理策略设计

　　电动汽车作为正在培育和发展的战略性新兴产业之一，已成为新能源汽车发展的主要方向，也将成为21世纪最有潜力的交通工具。随着我国建设电动汽车换电站、充电站和充电桩计划的逐步清晰，电动汽车充电设施的建设已经开始进入实质阶段。随着电动汽车销量的逐步增加，电动汽车的充电问题受到各国政府和电力公司的重视。我国从“九五”开始明确支持电动汽车的发展和示范运行，北京、上海、深圳等示城市纷纷开展了电动汽车充电设施的建设工作。国家电网公司在“十二五”期间，将建设充换电站2351座、充电桩22万个。

　　可以预计，随着未来电动汽车的普及，将有大量电动汽车接人电网充放电。如果没有相应的政策和手段来对其充放电行为进行引导，那么大规模的电动汽车无序充放电行为将对电力系统的运行与规划产生非常不利的影响。本文将电动汽车有序充放电管理作为研究对象，研究电动汽车充电负荷的负荷特性，从我国实际国情出发，结合需求侧响应，提出对其进行有序充放电管理的建议。

　　1.电动汽车能源供给模式分析

　　电动汽车的行驶依靠电池提供动力，而电池的电力，必须来自于电网，所以发展电动汽车，电网对电动汽车的能源供给方式即电动汽车的充电模式是首先需要解决的问题。

　　1.1 电动汽车充电模式

　　电动汽车有多种充电方式可供选择，现今普遍采用常规充电、快速充电和换电池充电3种模式。其他充电方式，例如无线式充电、移动式充电等尚处于试验研究阶段。

　　(1)常规充电。常规充电或慢速充电充电电流小，约为15A，充电时间一般需要5—8h，充电器和安装成本比较低，可以充分利用电力低谷时段进行充电，比较适合家庭、停车场等场所。但是，充电时间过长，不能满足车辆的紧急运行需要。

　　(2)快速充电。快速充电又称应急充电，是以较大电流在电动汽车停车的20min至2h内为其提供的短时充电，快速充电站建设设施成本比较高，充电电流比较大，一般充电电流为150~400A，可能对公用电网产生有害影响。

　　(3)换电池充电。换电池充电是指茌电动汽车的电池电量不足时，选择附近的电池更换门店或是移动电池更换车，直接更换电动汽车的电池组，用充满电的蓄电池更换已经耗尽的蓄电池，这有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的方便性和快捷性;而且对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行经济性;从另一个侧面来看，也解决了充电时间乃至电池质量、续驶里程及价格等难题。

　　但由于电池组重量较大，更换电池的专业化要求较强，需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护，而且这种模式下，电池与电动汽车的标准化、电动汽车的设计改进和充电站的建设与管理、电池更换门店的规划以及电池的流通管理等问题都需要研究解决。

　　(4)无线式充电。电动汽车无线充电方式原理就像在车里使用的移动电话，将电能转换成一种符合现行技术标准要求的特殊激光或微波束，在汽车顶上安装专用天线接收即可。有了无线充电技术，公路上行驶的电动汽车可通过安装在电线杆或其他高层建筑上的发射器快速补充电能，电费从汽车上安装的预付卡中扣除。

　　(5)移动式充电。电动汽车移动式充电(MAC)分为接触式和感应式2种。对接触式的MAC系统而言，需要在车体底部安装一个接触摸，与嵌在路面上的充电元件相接触，接触拱便可获得瞬时高电流，当电动汽车巡航通过MAC区时，其充电过程为脉冲充电。对于感应式的MAC系统，车载式接触拱由感应线圈所取代，嵌在路面上的充电元件由可产生强磁场的高电流绕组所取代。

　　1.2 电动汽车充电模式分析

　　电动汽车现今普遍采用的常规充电、快速充电和换电池充电3种充电模式各有自己的优点和不足。

　　(1)常规充电模式简单方便，建设分散式充电桩成本低，但是，针对我国目前私人电动汽车拥有量很低且城市停车位紧张的局面，充电桩的规划设计与建设均存在不少困难，而且这种方式负荷随机性强，如果没有相应的管理措施，将会对电网产生严重影响。但将来随着私人电动汽车保有量的增加，这种模式将占电动汽车充电的很大比例。

　　(2)快速充电模式主要服务于没有条件实现慢充、中长途旅行和应急充电的用户，这种方式需要占用土地建设大量充电站，且充电站的布局要合理。虽是快充，但充电的等候时间相对于目前加油站还是要长。针对我国现状，建设大量的快充站，在土地征用、城市规划等方面也存在不少网难，快充电站很难完全主导电动汽车的充电，主要是作为其他模式的补充。

　　(3)换电池充电模式要求车载电池必须标准化，更换逮度要快。但目前不少电动汽车制造企业的核心技术是电池本身，而电池的成本占据电动汽车总成本的一半甚至更高，要求汽车制造商接受这种模式需要国家相关部门的大力推动，尤其是要制定相关标准以保障实施。而对于供电企业来说，建设换电站简单方便，可以通过引入专用线路给充电站供电，易于控制电池的充电，减少对现有电网的冲击，而且换电站的大量电池，还可以起到储能站的作用，当电网需要电量的时候，可将电池电量快速返送回电网，实现备用、调峰、调频等，这种方式对电网运行有利。当前我国私人电动车较少，一般都是电动公交车、出租车、旅游景区车、政府公务车、环卫车等，这些车辆车型单一，行驶时间、里程有规律，适合换电模式。

　　鉴于我国目前电动汽车和充电技术的发展水平，换电方式适合在公交公司、出租车公司、政府以及具有同一类型汽车的公司使用，这些公司或部门可以把需要充电的电池集中起来在负荷低谷期进行充电。电动公交车可以采用晚上常规充电、白天结合快速更换电池的方式以保证正常运行。对于私人拥有的电动汽车可以尽量选择在夜间或者上班时间利用充电桩进行慢速充电，而在紧急的情况下使用快速充电方式。