電動汽車充電站課件

電動汽車充電站I組：駱鑫吳書亞張慧杰李松電動汽車充電站I組：駱鑫吳書亞張慧杰李松1一、發(fā)展概況及背景電動汽車(ElectricVehicle，EV)以電代油，能夠?qū)崿F(xiàn)“零排放”，噪音低，是解決能源和環(huán)境問題的重要手段。隨著油價的日漸攀升，電動汽車生產(chǎn)成本的降低，相關(guān)基礎設施的不斷完善，電動汽車的優(yōu)勢越來越明顯。一、發(fā)展概況及背景電動汽車(ElectricVehicle，2電動汽車發(fā)展瓶頸及趨勢蓄電池的使用壽命不長而更換成本高關(guān)鍵元器件均需進口低溫條件下電池超快充電技術(shù)未根本解決電機控制系統(tǒng)的成本較高，帶動整車銷售價格的提高基礎設施裝備不完善電力供應問題及電池標準化問題電動汽車發(fā)展瓶頸及趨勢蓄電池的使用壽命不長而更換成本高3國家電網(wǎng)確定電動汽車充電站模式以換電為主

國家電網(wǎng)2011年工作會議透露，國家電網(wǎng)電動汽車充電站將確定以換電為主、插充為輔的運營模式。國家電網(wǎng)將在北京、天津等城市建設電動汽車充換電服務網(wǎng)絡。據(jù)國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞介紹，國家將按照換電為主、插充為輔，集中充電、統(tǒng)一配送為基本商業(yè)模式，加快電動汽車充換電站的布局和建設。國家電網(wǎng)將力爭盡快通過國家對充換電建設模式和技術(shù)標準的鑒定認證，在經(jīng)營區(qū)域內(nèi)推廣應用。國家電網(wǎng)已經(jīng)在杭州試點以上模式，今年將完成北京、杭州、天津、合肥、南昌等城市的電動汽車充換電服務網(wǎng)絡建設。國家電網(wǎng)確定電動汽車充電站模式以換電為主4電動汽車能源供給方式(1)交流充電方式(2)整車充電系統(tǒng)（直流）：常規(guī)充電(3)整車充電系統(tǒng)（交流）：快速充電(4)地面充電系統(tǒng),又稱機械充電,通過電池租賃方式,直接更換電動汽車的電池組。電動汽車能源供給方式(1)交流充電方式5電動汽車充電站課件6二、總體結(jié)構(gòu)充電站按功能可劃分為四個子系統(tǒng)模塊：二、總體結(jié)構(gòu)充電站按功能可劃分為四個子系統(tǒng)模塊：7充電站總體布局充電站總體布局8電動汽車充電站課件9三、智能化快速充電理想化的電池快速充電過程是充電電流始終保持在電池充電可接受電流的極限值，即充電電流曲線與該電池的充電可接受電流曲線相重合。要實現(xiàn)分段恒流充電的自動控制，階段恒流充電終止判斷參數(shù)可選擇充電時間、電池溫度和電池電壓等。單參數(shù)控制方法難以實現(xiàn)理想的分段恒流充電控制，這里采用考慮這三種因素的方法來實現(xiàn)快充。三、智能化快速充電理想化的電池快速充電過程是充電電流始終保持10制流程如圖T---電池溫度；To---停充溫度；Io---最小恒流充電電流；t(n)---第n次恒流充電的設定充電時間；I(n)---第n次恒流充電的設定電流值；U(n)---第n次恒流充電的設定終止電壓制流程如圖T---電池溫度；11在實際應用中我們對控制過程跟據(jù)實際情又作了一些調(diào)整，根據(jù)實際情況調(diào)整后的分段恒流充電電流曲線如下：在實際應用中我們對控制過程跟據(jù)實際情又作了一些調(diào)整，根12四、諧波影響及措施諧波危害：將諧波電流計為有功電流，造成用戶多支出電費可導致控制設備誤動作造成變壓器各種損耗增加，噪聲增大導致電力電纜線損增加機械振動加大通訊干擾及電子設備失控導致保護裝置不正常跳閘導致電容器使用壽命的縮短四、諧波影響及措施諧波危害：13電動汽車充電站對電網(wǎng)的兩方面影響正面影響：利用電低谷對動力電池充電，可以減少電網(wǎng)峰各差，提高配電系統(tǒng)設施的實際利用率，拓展終端電能消費市場負面影響：動力電池充電機屬于非線性裝置，會對供電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波污染，導致功率因素下降，對供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量帶來不利影響，在用電高峰充電時，會加重供電系統(tǒng)的負擔。電動汽車充電站對電網(wǎng)的兩方面影響正面影響：利用電低谷對動力電14目前電動汽車充電機按工作原理分主要有3種第一類充電機由工頻變壓器、不控整流器和斬波器組成，屬于早期產(chǎn)品第二類充電機三相不控整流和高頻變壓器隔離DC／DC變換器組成。第三類充電機由三相PWM整流器和高頻變壓器隔離DC／DC變換器組成目前電動汽車充電機按工作原理分主要有3種第一類充電機由工頻變15在一個完整的充電周期中，充電機輸出電流和電壓的典型曲線：在一個完整的充電周期中，充電機輸出16一般充電機的一般結(jié)構(gòu)框圖一般充電機的一般結(jié)構(gòu)框圖17可以用一個非線性電阻（Rc）來近似模擬高頻功率變換電路的等效輸入阻抗

充電機輸出功率Po只隨動力蓄電池充電過程而變化，則Rc也隨著動力蓄電池充電過程而發(fā)生變化.可以用一個非線性電阻（Rc）來近似模擬高頻功率變換電路的等效18以二極管三相橋式整流電路作為高頻充電機的前級輸入，交流測輸入電流主要由基波和5次、7次、11次、13次、17次、19次等高次諧波組成。當U和一定時，濾波電感越大，n次諧波阻抗的絕對值越大，可以減小諧波電流的有效值。以二極管三相橋式整流電路作為高頻充電機的前級輸入，交流測輸入19

采用三相橋式不可控整流電路的充電機來說，脈動數(shù)P=6，交流側(cè)諧波次數(shù)主要為6k士1次，（k=1，2，3…），接入電力系統(tǒng)后，變壓器高壓側(cè)諧波含有率如圖采用三相橋式不可控整流電路的充電機來說2012脈波整流充電機PSCAD仿真模型為使12脈波整流的2個整流橋輸出瞬時電壓在相位上錯開30度，兩個橋式電路的電源由一臺三繞組變壓器供電，二次側(cè)的兩個繞組一個接成星形，一個接成三角形12脈波整流充電機PSCAD仿真模型為21

對采用12脈波不控整流電路的充電機來說，脈動數(shù)P=12，交流側(cè)諧波次數(shù)主要為12k±1次，（k=1，2，3，…）。接入電力系統(tǒng)后，變壓器高壓側(cè)諧波含有率如下對采用12脈波不控整流電路的充電機來說，22PWM整流充電機主電路模型主電路為IGBT組成的三相電壓PWM整流器，控制電路采用達到功率因數(shù)正弦波電流的雙閉環(huán)控制PWM整流充電機主電路模型主電路為IGB23PWM整流充電機變壓器高壓側(cè)各次諧波含量如圖PWM整流充電機變壓器高壓側(cè)各次諧波含24對多機接入的研究對多機接入的研究25諧波抑制方法降低諧波源的諧波含量：1)增加整流器的脈動數(shù)整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源，其特征頻譜為：n=K×P±l，則可知脈沖數(shù)P增加，n也相應增大，而諧波電流In≈I1／n，故諧波電流將減少。2)脈寬調(diào)制法采用PWM，在所需的頻率周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖可以達到抑制諧波的目的。3)三相整流變壓器采用Y／△或△／Y的接線這種接線可消除3的倍數(shù)次的高次諧波，這是抑制高次諧波的最基本的方法。諧波抑制方法降低諧波源的諧波含量：26在諧波源處吸收諧波電流1）無源濾波器安裝在電力電子設備的交流側(cè)，由L、C、R元件構(gòu)成諧振回路，當LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。2）有源濾波器利用可控的功率半導體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。3）防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大4）加裝靜止無功補償裝置5）選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對電網(wǎng)的影響在諧波源處吸收諧波電流27五、總結(jié)對于現(xiàn)在存在問題，蓄電池標準化、提高電動汽車行駛里程、快速能源補充、對電網(wǎng)造成的諧波影響等等，隨著這些焦點問題的解決，電動汽車充電站在未來必然會加速發(fā)展。五、總結(jié)對于現(xiàn)在存在問題，蓄電池標準化28六、參考文獻黃少芳，《電動汽車充電機（站）諧波問題的研究》，2008李娜，黃梅，《基于不同整流裝置的電動汽車充電機比較》，2011蔣浩，《電動汽車充電站諧波的抑制與消除》，2010麻友良，羅明勝，陳全世，《電動汽車用電池智能化快速充電研究》，2010六、參考文獻黃少芳，《電動汽車充電機（站）諧波問題的研究》，29

謝謝！

30電動汽車充電站I組：駱鑫吳書亞張慧杰李松電動汽車充電站I組：駱鑫吳書亞張慧杰李松31一、發(fā)展概況及背景電動汽車(ElectricVehicle，EV)以電代油，能夠?qū)崿F(xiàn)“零排放”，噪音低，是解決能源和環(huán)境問題的重要手段。隨著油價的日漸攀升，電動汽車生產(chǎn)成本的降低，相關(guān)基礎設施的不斷完善，電動汽車的優(yōu)勢越來越明顯。一、發(fā)展概況及背景電動汽車(ElectricVehicle，32電動汽車發(fā)展瓶頸及趨勢蓄電池的使用壽命不長而更換成本高關(guān)鍵元器件均需進口低溫條件下電池超快充電技術(shù)未根本解決電機控制系統(tǒng)的成本較高，帶動整車銷售價格的提高基礎設施裝備不完善電力供應問題及電池標準化問題電動汽車發(fā)展瓶頸及趨勢蓄電池的使用壽命不長而更換成本高33國家電網(wǎng)確定電動汽車充電站模式以換電為主

國家電網(wǎng)2011年工作會議透露，國家電網(wǎng)電動汽車充電站將確定以換電為主、插充為輔的運營模式。國家電網(wǎng)將在北京、天津等城市建設電動汽車充換電服務網(wǎng)絡。據(jù)國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞介紹，國家將按照換電為主、插充為輔，集中充電、統(tǒng)一配送為基本商業(yè)模式，加快電動汽車充換電站的布局和建設。國家電網(wǎng)將力爭盡快通過國家對充換電建設模式和技術(shù)標準的鑒定認證，在經(jīng)營區(qū)域內(nèi)推廣應用。國家電網(wǎng)已經(jīng)在杭州試點以上模式，今年將完成北京、杭州、天津、合肥、南昌等城市的電動汽車充換電服務網(wǎng)絡建設。國家電網(wǎng)確定電動汽車充電站模式以換電為主34電動汽車能源供給方式(1)交流充電方式(2)整車充電系統(tǒng)（直流）：常規(guī)充電(3)整車充電系統(tǒng)（交流）：快速充電(4)地面充電系統(tǒng),又稱機械充電,通過電池租賃方式,直接更換電動汽車的電池組。電動汽車能源供給方式(1)交流充電方式35電動汽車充電站課件36二、總體結(jié)構(gòu)充電站按功能可劃分為四個子系統(tǒng)模塊：二、總體結(jié)構(gòu)充電站按功能可劃分為四個子系統(tǒng)模塊：37充電站總體布局充電站總體布局38電動汽車充電站課件39三、智能化快速充電理想化的電池快速充電過程是充電電流始終保持在電池充電可接受電流的極限值，即充電電流曲線與該電池的充電可接受電流曲線相重合。要實現(xiàn)分段恒流充電的自動控制，階段恒流充電終止判斷參數(shù)可選擇充電時間、電池溫度和電池電壓等。單參數(shù)控制方法難以實現(xiàn)理想的分段恒流充電控制，這里采用考慮這三種因素的方法來實現(xiàn)快充。三、智能化快速充電理想化的電池快速充電過程是充電電流始終保持40制流程如圖T---電池溫度；To---停充溫度；Io---最小恒流充電電流；t(n)---第n次恒流充電的設定充電時間；I(n)---第n次恒流充電的設定電流值；U(n)---第n次恒流充電的設定終止電壓制流程如圖T---電池溫度；41在實際應用中我們對控制過程跟據(jù)實際情又作了一些調(diào)整，根據(jù)實際情況調(diào)整后的分段恒流充電電流曲線如下：在實際應用中我們對控制過程跟據(jù)實際情又作了一些調(diào)整，根42四、諧波影響及措施諧波危害：將諧波電流計為有功電流，造成用戶多支出電費可導致控制設備誤動作造成變壓器各種損耗增加，噪聲增大導致電力電纜線損增加機械振動加大通訊干擾及電子設備失控導致保護裝置不正常跳閘導致電容器使用壽命的縮短四、諧波影響及措施諧波危害：43電動汽車充電站對電網(wǎng)的兩方面影響正面影響：利用電低谷對動力電池充電，可以減少電網(wǎng)峰各差，提高配電系統(tǒng)設施的實際利用率，拓展終端電能消費市場負面影響：動力電池充電機屬于非線性裝置，會對供電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波污染，導致功率因素下降，對供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量帶來不利影響，在用電高峰充電時，會加重供電系統(tǒng)的負擔。電動汽車充電站對電網(wǎng)的兩方面影響正面影響：利用電低谷對動力電44目前電動汽車充電機按工作原理分主要有3種第一類充電機由工頻變壓器、不控整流器和斬波器組成，屬于早期產(chǎn)品第二類充電機三相不控整流和高頻變壓器隔離DC／DC變換器組成。第三類充電機由三相PWM整流器和高頻變壓器隔離DC／DC變換器組成目前電動汽車充電機按工作原理分主要有3種第一類充電機由工頻變45在一個完整的充電周期中，充電機輸出電流和電壓的典型曲線：在一個完整的充電周期中，充電機輸出46一般充電機的一般結(jié)構(gòu)框圖一般充電機的一般結(jié)構(gòu)框圖47可以用一個非線性電阻（Rc）來近似模擬高頻功率變換電路的等效輸入阻抗

充電機輸出功率Po只隨動力蓄電池充電過程而變化，則Rc也隨著動力蓄電池充電過程而發(fā)生變化.可以用一個非線性電阻（Rc）來近似模擬高頻功率變換電路的等效48以二極管三相橋式整流電路作為高頻充電機的前級輸入，交流測輸入電流主要由基波和5次、7次、11次、13次、17次、19次等高次諧波組成。當U和一定時，濾波電感越大，n次諧波阻抗的絕對值越大，可以減小諧波電流的有效值。以二極管三相橋式整流電路作為高頻充電機的前級輸入，交流測輸入49

采用三相橋式不可控整流電路的充電機來說，脈動數(shù)P=6，交流側(cè)諧波次數(shù)主要為6k士1次，（k=1，2，3…），接入電力系統(tǒng)后，變壓器高壓側(cè)諧波含有率如圖采用三相橋式不可控整流電路的充電機來說5012脈波整流充電機PSCAD仿真模型為使12脈波整流的2個整流橋輸出瞬時電壓在相位上錯開30度，兩個橋式電路的電源由一臺三繞組變壓器供電，二次側(cè)的兩個繞組一個接成星形，一個接成三角形12脈波整流充電機PSCAD仿真模型為51

對采用12脈波不控整流電路的充電機來說，脈動數(shù)P=12，交流側(cè)諧波次數(shù)主要為12k±1次，（k=1，2，3，…）。接入電力系統(tǒng)后，變壓器高壓側(cè)諧波含有率如下對采用12脈波不控整流電路的充電機來說，52PWM整流充電機主電路模型主電路為IGBT組成的三相電壓PWM整流器，控制電路采用達到功率因數(shù)正弦波電流的雙閉環(huán)控制PWM整流充電機主電路模型主電路為IGB53PWM整流充電機變壓器高壓側(cè)各次諧波含量如圖PWM整流充電機變壓器高壓側(cè)各次諧波含54對多機接入的研究對多機接入的研究55諧波抑制方法降低諧波源的諧波含量：1)增加整流器的脈動數(shù)整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源，其特征頻譜為：n=K×P±l，則可知脈沖數(shù)P增加，n也相應增大，而諧波電流In≈I1／n，故諧波電流將減少。2)脈寬調(diào)