电动汽车充电站建设与应用课件.ppt

1、北京交通大学北京交通大学 Beijing Jiaotong University电气工程学院电气工程学院School of Electrical Engineering1 2022-9-272 1.充电站建设现状充电站建设现状Situation of Charging Station Construction 2.充电站建设关键技术充电站建设关键技术Key technologies of Charging Station Construction 3.项目启动情况项目启动情况Initiation of Projects 2009、2019 121路公交线路公交线14辆车，辆车，28台充电机台充

2、电机 121 bus line,14 EVs,28 chargers 密云开发区密云开发区10余辆车，余辆车，10台充电机台充电机 Miyun Industrial Development Zone,over 10 EVs,10chargers 20192019奥运会充电站奥运会充电站 世界最大世界最大55辆纯电动大巴，辆纯电动大巴，多项创新技术多项创新技术 Charging Station for Olympic Games 55 EV buses,the largest scale in the world,Several innovative technologies四惠大型永久纯电动四

3、惠大型永久纯电动公交车充电站公交车充电站 large-scale permanent EV charging station in Sihui 航天桥、白云观纯电航天桥、白云观纯电动环卫车充电站动环卫车充电站 EV sanitation charging station in Hangtian Qiao、Baiyun Guan 宏宏 图图future跨跨 越越develop起起 步步Start国国 内内 充充 电电 站站 现现 状状Situation of Charging Station北京市科委示范充电站北京市科委示范充电站 多种电能补给模式，多种电能补给模式，国国 内首个包含光伏、内首个

4、包含光伏、储能的储能的微网系统微网系统 Demonstration charging station of Beijing Municipal Science and Technology,Various energy supply mode,The First micro-grid system with photovoltaic and energy storage in China.28台台 30kW42022-9-27国国 内内 充充 电电 站站 现现 状状Situation of Charging Station 240台台 79kW52022-9-27国国 内内 充充 电电 站站

5、现现 状状Situation of Charging Station多种供电方式多种供电方式 Various mode of power supply 25kWp光伏发电系统光伏发电系统 25kWp photovoltaic power generation system 50kWh储能系统储能系统 50kWh energy storage system 多种电能补给模式多种电能补给模式 Various mode of charging 慢充慢充 Slow charging 快充快充 Fast charging 62022-9-27国国 内内 充充 电电 站站 现现 状状Situation o

6、f Charging Station72022-9-27国国 内内 充充 电电 站站 现现 状状Situation of Charging Station82022-9-27l 以奥运会充电站为模板follow the Olympic Games as a template l 车辆更多（120辆）规模更大more Vehicles(120)larger scale l 多项关键技术升级Many upgraded key technology l 运营管理方式升级upgraded Operations management 世博世博会会充充电电站站Charging Station for Ex

7、pol 电力公司投资建设、面 向不同用户需求The investment ofthe power companiesFor different user needs l 超前设计理念Advanced design concepts l 无人值守全天候运行Uninterrupted and Unattended running l 先进计量、计费管理方式Advanced metering andbilling management 上海市漕溪充上海市漕溪充电电站站Shanghai Caoxi Charging Stationl 国网公司世博会展示内容Demonstration in the Ex

8、poof the State Grid Corporation l 智能电网的重要组成部分An important componentof smart grid l 国内领先的设计思路leading design concept in China 上海市上海市V2G示范充示范充电电站站Shanghai V2G demonstration charging station 国国 内内 充充 电电 站站 现现 状状Situation of Charging Station92022-9-27国国 内内 充充 电电 站站 现现 状状Situation of Charging Station上海世博会

9、充电站上海世博会充电站102022-9-27国国 内内 充充 电电 站站 现现 状状Situation of Charging Station112022-9-27l 纯电动、混合动力 PEV HEVl 电力公司参与 Power companies l 纯电动车辆 PEV l 示范运行 Demonstration 泰泰达达公交公交Taida Bus 市市区区公交公交Urban Bus国国 内内 充充 电电 站站 现现 状状Situation of Charging Station122022-9-27国国 内内 充充 电电 站站 现现 状状Situation of Charging Stati

10、on13工艺设计工艺设计Process Design技术咨询技术咨询Technical Advisory参与标准制定参与标准制定Participation in standard-setting 奥运会奥运会、世博、世博会会、天津、漕溪、鄢陵等、天津、漕溪、鄢陵等Olympics,Expo,Tianjin,Caoxi,Yanling,etc.公交公司、公交公司、电电力公司、力公司、设计设计院等多家院等多家单单位位Public transport companies,power companies,design institutes etc.天津、上海、河南等电力公司天津、上海、河南等电力公司P

11、ower Company of Tianjin,Shanghai and Henan 国家标准、国外公司标准国家标准、国外公司标准National standards,standards for foreign companies 工工 作作 成成 果果2022-9-2714整体解决方案整体解决方案Total Solution前沿趋势研究前沿趋势研究Research in Cutting-edge trends 充充电电站站规划规划、设计设计、系、系统统方案方案Planning,design,system solutions of Charging station 充充电设备电设备、监监控系控

12、系统统等等Charging equipment,monitoring systems,etc.计量计费系统等计量计费系统等Metering and Billing System V2G、微网系统、智能电网等、微网系统、智能电网等V2G,Micro-Grid,and Smart Grid 工工 作作 成成 果果2022-9-272022-9-2715 1.充电站建设现状充电站建设现状Situation of Charging Station Construction 2.充电站建设关键技术充电站建设关键技术Key technologies of Charging Station Construc

13、tion 3.项目启动情况项目启动情况Initiation of Projects 关关 键键 技技 术术Key Technologies162022-9-27充电站建设充电站建设关键技术关键技术Key Technologies 优优化配置化配置能源能源补给补给Optimal Allocation of energy supplies 计费计量计费计量Metering and Billing 监监控系控系统统Monitoring System 谐波分析谐波分析Harmonic Analysis 充电站充电站规划布局规划布局Layout out of Charging Station 维护维护系

14、系统统Maintenance System 配电容量配电容量Distribution Capacity 成组应用成组应用Pack Applications 动力电池能源补给模式研究动力电池能源补给模式研究 Study of energy supply mode of dynamic battery 能源补给方式适用性 The Applicability of the Energy Supply Mode 电池快速充电技术 Fast Charge Technology of Dynamic Battery 动力电池更换策略 Replacement Tactics of Dynamic Batte

15、ry 淘汰电池筛选方法和筛选系统研究淘汰电池筛选方法和筛选系统研究 Research on method and selection of faded battery selection 电池的梯级利用 Cascade Utilization of the Battery 锂离子动力电池筛选方法和设备 Methods and Equipment of Lithium-ion Battery selection 充电站及车辆的综合监控与运营调度体系研究充电站及车辆的综合监控与运营调度体系研究 Research on system of integrated monitoring of Charg

16、ing station and vehicle,and scheduling and operation 充电站及车辆综合监控与运营调度系统拓扑结构 System Topology 控制策略、测试平台 Control Strategies,Test Platform 通信规约 Communication Protocol 深深 入入 研研 究究2022-9-27172022-9-2718 主要能源补给方式主要能源补给方式：电池更换、车载充电、地面常规充电、地面快速：电池更换、车载充电、地面常规充电、地面快速充电；充电；Primary energy supply mode：Battery exc

17、hange,on-board charger,ground normal charging,fast charging；纯电动公交大巴和大、中型纯电动环卫车纯电动公交大巴和大、中型纯电动环卫车：由于其特殊的定点定线运：由于其特殊的定点定线运行、大密度发车、电池容量大等特点，电池更换是比较适合的能源补行、大密度发车、电池容量大等特点，电池更换是比较适合的能源补给模式。但是这种类型的充电站占地面积大，对电网容量要求高，设给模式。但是这种类型的充电站占地面积大，对电网容量要求高，设备投资大；备投资大；EV buses,large and medium-sized electric sanitatio

18、n vehicles：Because of its unique characteristics of fixed point and fixed-line operation,big density of starting out,large batteries capacity,etc.the battery exchange is a more appropriate mode of energy supply.But this kind of charging station covers a large area,requires a high grid capacity and a

19、 large investment in equipment；深深 入入 研研 究究2022-9-2719 纯电动乘用车和小型纯电动环卫车纯电动乘用车和小型纯电动环卫车：充电方法目前还没有形成体系，：充电方法目前还没有形成体系，如果采用分散式的整车充电方式，占地少，对电网增容压力不大；由如果采用分散式的整车充电方式，占地少，对电网增容压力不大；由于节省了更换设备和备用电池，设备投资也能大幅度降低。由于现有于节省了更换设备和备用电池，设备投资也能大幅度降低。由于现有的充电技术尚未解决快速充电问题，致使充电时间较长的充电技术尚未解决快速充电问题，致使充电时间较长。Electric passenge

20、r vehicles and small electric sanitation vehicles：As the charging method has not yet been systemized,if decentralized vehicle charging method is adopted,it covers less area and poses less pressure on the grid;due to saved exchange equipment and spare batteries,equipment investment can be significant

21、ly reduced.As the existing charging technology issues yet to be resolved of fast charging,charging time。深深 入入 研研 究究2022-9-2720 电池的回收和再利用电池的回收和再利用：锂离子电池容量衰减到：锂离子电池容量衰减到80%后，就不能在电后，就不能在电动汽车中使用；动汽车中使用；Battery recycling and reuse:Lithium-ion battery can not be used in EV when its capacity faded to 80%；电

22、池再利用价值电池再利用价值：通过电池的梯级利用，将电池应用到其他类领域，：通过电池的梯级利用，将电池应用到其他类领域，至少降低车用动力电池购置成本至少降低车用动力电池购置成本20%；Battery reuse value:through cascade use of the battery,battery can be applied to other fields,thus the acquisition cost of battery of EV could be reduced 20%at least；深深 入入 研研 究究2022-9-2721 储能应用储能应用：通过电池的大规模储能应

23、用，可以对电网进行削峰填谷，：通过电池的大规模储能应用，可以对电网进行削峰填谷，降低充电站负荷的波动，减少对电网的影响；降低充电站负荷的波动，减少对电网的影响；Energy Storage Applications:through large-scale energy storage applications of battery,the peak and valley load of the grid could be shifted;this could reduce the fluctuations of the load and the impact on the power grid

24、；电池筛选电池筛选：通过梯级利用电池的容量衰减规律对淘汰电池进行合理筛：通过梯级利用电池的容量衰减规律对淘汰电池进行合理筛选，将参数处于同一水平的电池进行合理配组，能够有效的提高车辆选，将参数处于同一水平的电池进行合理配组，能够有效的提高车辆淘汰电池容量利用率，延长车辆淘汰电池的继续使用寿命。淘汰电池容量利用率，延长车辆淘汰电池的继续使用寿命。Battery selection:using the cascade decay law of the battery capacity to select battery,and grouping battery with parameters of

25、 the same level,could effectively improve the capacity utilization of the faded battery,and to extend the life of faded battery。深深 入入 研研 究究2022-9-2722 深深 入入 研研 究究发发 展展 趋趋 势势development trend 2022-9-2723 按照国家新能源汽车产业发展规划，预计按照国家新能源汽车产业发展规划，预计2020年，仅上海市的电动汽车年，仅上海市的电动汽车 市场规模就可达到约市场规模就可达到约35万辆，必将成为不可忽视的分布

26、式储能单元。万辆，必将成为不可忽视的分布式储能单元。According to developing plan of the national new energy automotive industry,electric vehicle market of Shanghai is expected to reach about 35 million in 2020,It would become a distributed energy storage units which can not be ignored.电动电动汽汽车车作作为为分布式分布式储储能能单单元接入元接入电网电网已成已成为为

27、“智能智能电网电网”的重要的重要组组成部分。成部分。Electric vehicles have become an important component of smart grid to access grid as a distributed energy storage unit.德德国国、美、美国国等等发达国发达国家已家已开开展展V2G（Vehicle to Grid）相）相关关技技术研术研究。究。Germany,the United States and other developed countries have undertaken studies related to V2G

28、(Vehicle to Grid)technology.2022-9-2724 V2G指指电动车辆电动车辆的能量在受控的能量在受控状态状态下下实现与电网实现与电网的的双双向交向交换换 V2G refers to achieve of a two-way exchange between the energy of electric vehicles and the grid in a controlled state.接入接入电网电网的的电动电动汽汽车数车数量足量足够够多，可以作多，可以作为为可移可移动动的分布式的分布式储储能装置，用于：能装置，用于：If the number of EVs

29、access to the grid is large enough,they could be distributed as a removable storage device,for:V2G对对未未来电动来电动汽汽车车商商业业模式模式将产将产生重大影生重大影响响 V2G will have a major impact on the future business model of EVsV2G要实现商业化应用，最总依赖于电池技术的进步。要实现商业化应用，最总依赖于电池技术的进步。（更长的循环寿命，更大的比能量）（更长的循环寿命，更大的比能量）The commercial applica

30、tion of V2G depends on the battery technology.(Longer cycle life,greater energy ratio)调峰 Grid balancing services 旋转备用 Spinning reserves 新能源介入 new energy access 发发 展展 趋趋 势势development trend 2022-9-27目前目前V2G相关研究与示范都在美国相关研究与示范都在美国Present research and demonstration of V2G is all in the U.S.美国特立华大学美国特立华大

31、学 University of Delaware University of Delaware 25发发 展展 趋趋 势势development trend 2022-9-27 其他研究其他研究V2G的机构有：国家可再生能源实验室，的机构有：国家可再生能源实验室，Warwick大学大学Other institutions researching V2G are:National Renewable Energy Laboratory,Warwick University开展开展V2G示范的电力公司有示范的电力公司有The power companies carrying demonstrati

32、on of V2G are:26发发 展展 趋趋 势势development trend 2022-9-2727微网系统微网系统 Micro-Grid System分布式储能分布式储能Distributed Generation&Storage光伏光伏新能源新能源Renewable电动汽车电动汽车Electric Vehicle电表电表Advanced Metering控制接口控制接口网络网络Internet智能用户端设备智能用户端设备Smart End-Use Devices发发 展展 趋趋 势势development trend 充放电站微网充放电站微网Charge and Dischar

33、ge Station Mico-grid2022-9-2728发发 展展 趋趋 势势development trend photovoltaic Charge and discharge station Important load common load 2022-9-2729 1.充电站建设现状充电站建设现状Situation of Charging Station Construction 2.充电站建设关键技术充电站建设关键技术Key technologies of Charging Station Construction 3.项目启动情况项目启动情况Initiation of Pr

34、ojects 充电站供电方式和充电机比较充电站供电方式和充电机比较 Comparison of Charging Station Power Supply Mode and Charger 充电站的优化设计方案充电站的优化设计方案 Optimal Design of Charging Station 充电站与电网的相互影响充电站与电网的相互影响 Interaction of Charging station and grid 2022-9-2730目目 前前 进进 展展Project Situation 收集资料、比较直流供电和交流供电的充电站系统拓扑结收集资料、比较直流供电和交流供电的充电站

35、系统拓扑结构；构；Collecting information,comparing the system topology of DC and AC powered charging station;分析充电站的供电方式与充电机的主电路结构的关系。分析充电站的供电方式与充电机的主电路结构的关系。Analysis of the relationship between the power supply mode of charging station and the main circuit structure of charger.2022-9-2731目目 前前 进进 展展Project S

36、ituation2022-9-2732供供 电电 方方 式式Power Supply Mode直流供电直流供电DC Supply交流供电交流供电AC Supply 建立了一般高频充电机（不控整流桥的充电机）单台充建立了一般高频充电机（不控整流桥的充电机）单台充电机仿真模型，并进行了验证；电机仿真模型，并进行了验证；Established and verified simulation model of a single conventional high-frequency charger;建立了十二脉波整流充电机单台充电机仿真模型。建立了十二脉波整流充电机单台充电机仿真模型。Establis

37、hed simulation model of a single 12-pulse rectifier charger.2022-9-2733目目 前前 进进 展展Project Situation2022-9-2734充充 电电 机机 模模 型型Charger Model 单台充电机接入系统仿真模型单台充电机接入系统仿真模型Simulation model of a single charger connected to grid 2022-9-2735不控整流充电机仿真模型不控整流充电机仿真模型Simulation Model of uncontrolled rectifier charg

38、er 充充 电电 机机 模模 型型Charger Model 2022-9-2736十二脉波整流充电机单台充电机仿真模型十二脉波整流充电机单台充电机仿真模型Simulation Model of a single12-pulse rectifier charger 充充 电电 机机 模模 型型Charger Model 建立了充电站直流供电方式中建立了充电站直流供电方式中DC-DC斩波器的仿真模型，并搭建了斩波器的仿真模型，并搭建了实验电路，计算并初步验证了该部分的功率损耗及运行效率；实验电路，计算并初步验证了该部分的功率损耗及运行效率；Established simulation model

39、 of DC-DC chopper in DC powered charging station,built the experimental circuit,calculated and validated the power loss and efficiency of this part;建立了两种供电方式中建立了两种供电方式中DC-AC逆变电路的仿真模型，并搭建了试验逆变电路的仿真模型，并搭建了试验样机，目前正在进行实验，以验证理论上对该部分通态损耗分析相样机，目前正在进行实验，以验证理论上对该部分通态损耗分析相关结果；关结果；Established simulation model

40、of DC-AC inverter circuit in two modes of power supply,and built an experimental prototype.Currently conducting an experiment to validate the result of the on-state loss analysis calculated in theory;2022-9-2737目目 前前 进进 展展Project Situation 为实现蓄电池充电智能化，提高充电效率，研究了充电过程的智能管为实现蓄电池充电智能化，提高充电效率，研究了充电过程的智能管

41、理，同时为防止各种过充或短路现象发生，在直流输入和蓄电池之间理，同时为防止各种过充或短路现象发生，在直流输入和蓄电池之间设计了智能充电控制器；设计了智能充电控制器；To achieve intelligent battery charging,improve charge efficiency,studied the intelligent management in the charging process.An intelligent battery charge controller is added between the DC input and the battery to pre

42、vent over-charging or short-circuit;在在PWM整流器环节设计了整流器环节设计了PFC功率校正电路，大大提高了电能利用效功率校正电路，大大提高了电能利用效率。率。The PFC circuit is added in the PWM rectifier,which greatly improves the energy efficiency.2022-9-2738目目 前前 进进 展展Project Situation 建立了充电站谐波测量模型；建立了充电站谐波测量模型；Established harmonic measurement model of Cha

43、rging Station;针对一般高频充电机，即整流部分为不控整流桥的充电机，建立了多针对一般高频充电机，即整流部分为不控整流桥的充电机，建立了多台充电机充电时的谐波测量模型，及多台充电机不同时充电时的谐波台充电机充电时的谐波测量模型，及多台充电机不同时充电时的谐波测量模型，该模型也可以测量充电机的功率因数。测量模型，该模型也可以测量充电机的功率因数。Aimed at the conventional high-frequency charger,which is uncontrolled rectifier bridge charger,we set up harmonic measure

44、ment model of multiple chargers multiple chargers charging at the same time and vice versa.This model could also be used to measure the power factor of the charge.2022-9-2739目目 前前 进进 展展Project Situation2022-9-2740充充 电电 站站 谐谐 波波Charging station harmonic单台充电机接入系统谐波曲线单台充电机接入系统谐波曲线Harmonic Circle of a single charger connected to grid 2022-9-2741充充电电站站谐谐波波多台充电机接入系统的仿真模型多台充电机接入系统的仿真模型 Harmonic Circle of multi-chargers connected to grid北京交通大北京交通大学学 电气电气工程工程学学院院Beijing Jiaotong UniversitySchool of Electrical engineering