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1、1電動汽車充換電技術 博士/教授級高級工程師2017年4月，南京2電動汽車換電技術充換電設施運營管理技術新技術在充換電技術中的應用1 1234電動汽車充電技術1引言0 0目 錄3電動汽車換電技術充換電設施運營管理技術新技術在充換電技術中的應用1 1234電動汽車充電技術1引言0 0目 錄0.引言（1） 電動化是目前汽車行業發展的趨勢，其優點在于：以二次能源替代傳統的石油等不可再生能源；行駛過程中二氧化碳“零排放”；噪聲污染??；能量轉化效率較高。（2）電動汽車大規模發展的前提條件：配套完善的充換電設施。0.1 充換電技術發展的背景充換電技術充電技術換電技術交流充電直流充電充換電設施運營管理技術V

2、2G等新技術展望壁掛式交流充電樁電池箱直流充電樁0.引言0.2 充換電技術簡介無線充電6電動汽車換電技術充換電設施運營管理技術新技術在充換電技術中的應用1 1234電動汽車充電技術1引言0 0目 錄71.電動汽車充電技術1.1 交流充電樁基本概念交流充電樁ACAC 交流充電樁 采用標準的充電連接器，為具有車載充電機的電動汽車提供交流電能的設備。81.電動汽車充電技術1.1 交流充電樁基本組成和主要技術參數項目規格連接器IEC / GBHMILCD / LED / VFD+ 鍵盤計費 RFID / IC 卡電源AC 220/380V 10%,50Hz 1Hz輸出電壓單相/三相 , 220/380

3、V輸出電流10A/16A/32A/63AIP防護IP54通信接口RS485 / 2G / 3G安裝方式站立/壁掛l HMI人機操作界面l Emergency Button急停按鈕l Control & Protection Unit控制與保護部件l AC Meter計量電表l Socket充電插座1.1交流充電樁應用場合 乘用車輛，如電動出租車、私人轎車、其他小型電動車輛。 提供一樁一充、一樁兩充、立式、壁掛等多種型號產品。 可安裝在居民小區、商業停車場、辦公等場所。 缺點：充電時間長，一般需6-8小時。1.電動汽車充電技術10（1）各種惡劣環境的適應性技術：高低溫、高熱、高濕、風沙、凝露、雨

4、水等；（2）充電安全防護技術：漏電、短路、誤插拔防護、斷線防護、傾倒防護、防誤操作等；（3）充電樁高互換性技術：物理接口、電氣接口、通信協議等，實現充電樁和電動汽車充電的兼容互換；（4）靈活的計量計費技術：與各種不同運營模式的結合；（5）友好方便的人機交互技術：適應不同層次、不同水平的操作者；（6）充電樁的運行管理與綜合監控；（7）有序充電及與電網的互動技術等1.1 交流充電樁-關鍵技術1.電動汽車充電技術111.2 直流充電機（站）-基本概念充電站組成供電系統充電系統監控系統充電站ACDC 充電站 采用非車載充電機，為電動商用車、乘用車等車輛進行直流電能量補給； 由供電系統、充電系統、監控系

5、統、計量計費系統等部分組成計量計費系統1.電動汽車充電技術121.2 直流充電機（站）-基本概念 直流充電機用于將交流電能變換為直流電能，為電動汽車車載動力電池直接充電進行電能補給。 安裝方式：非車載；車載 結構形式：分體式；一體式。1.電動汽車充電技術131.2 直流充電機（站）-主要參數n適用于乘用車、商用車n額定輸入：380V，三相四線/五線制n額定輸出功率：20-150kWn輸出電壓范圍：DC200-500V/DC350-700Vn輸出電流：40A-250An直流充電機的核心部件是充電模塊（功率整流模塊），整機的發熱量遠大于交流充電樁，因此機柜需要考慮專業的散熱設計n直流充電設備要求電

6、纜采用CASE C 方式連接n目前國內關于直流充電接口的電子鎖安裝位置做在充電槍上還是車端插座上仍存在爭議1.電動汽車充電技術 主要服務于電動商用車或電動乘用車輛，如電動大巴、電動出租車、私人轎車等。 一般采用集中建站的方式，服務于特定用戶和公共用戶。1.2 直流充電機（站）-主要應用場合1.電動汽車充電技術15（1）高性能直流充電機技術：能量轉換效率、諧波、使用壽命；（2）直流充電環境適應性技術：寬的溫度范圍、IP55以上的防護等級、戶外使用時凝露、風沙防護等；（3）安全防護技術：漏電、短路防護、誤插拔防護、斷線防護、傾倒防護、防誤操作、防止帶電插拔等；（4）充電機的高互換性技術：物理接口、

7、電氣接口、通信協議的高度兼容互換；（5）充電站監控與運營管理技術；（6）直流充電與電網的接口、有序充電以及與電網的互動技術。1.2 直流充電機（站）-關鍵技術1.電動汽車充電技術161.3 無線充電技術基本原理 電動汽車電動汽車無線充電系無線充電系統統由位于由位于汽車汽車外部外部能量發能量發射裝置射裝置和位于和位于汽車汽車內部內部能能量接收裝置量接收裝置組成組成，能量能，能量能以無線方式以無線方式從安置從安置在在車輛車輛外部外部的發射裝置的發射裝置轉換到轉換到車車載載電池中。電池中。1.電動汽車充電技術171.3 無線充電技術優點便于信息化、便于信息化、智能化，降智能化，降低人力管理低人力管理

8、成本成本真正實現電真正實現電動汽車移動動汽車移動蓄能作用蓄能作用自動有序充自動有序充電；多臺同電；多臺同時充電時充電降低對電降低對電池容量的池容量的要求要求削峰填谷，削峰填谷，減少對電網減少對電網的沖擊的沖擊便利、安全、便利、安全、可靠可靠占地少，占地少，能充分有能充分有效利用土效利用土地資源地資源抑制可再生抑制可再生能源輸出波能源輸出波動動1.電動汽車充電技術181.3 無線充電技術優點 隨著世界電動汽車行業的快速發展以及電動汽車無線充電技術的不斷突破，電動汽車無線充電必然是未來的重要發展方向！1.電動汽車充電技術191.3 無線充電技術分類電磁諧振無線充電電磁諧振無線充電電磁感應無線充電電

9、磁感應無線充電微波無線充電微波無線充電電場耦合無線充電電場耦合無線充電1.電動汽車充電技術201.3 無線充電技術電磁感應式充電電磁感應式（非接觸感應式）電能傳輸電路的基本特征就是原副邊電路分離。原邊電路與副邊電路之間有一段空隙，通過磁場耦合感應相聯系。日本國土交通?。ń煌ú浚┯?009年10月在奈良市，就針對電磁感應充電式混合動力巴士組織過兩次實際應用實驗。1.電動汽車充電技術211.3 無線充電技術電磁感應式充電電磁感應無線充電游覽車電磁感應無線充電游覽車奧克蘭大學奧克蘭大學與企業合作開發的與企業合作開發的新西蘭新西蘭某地熱某地熱公園游覽車采用公園游覽車采用感應耦合感應耦合電能傳輸技術供電

10、電能傳輸技術供電的電動車。的電動車。 通用通用EV1 EV1 型電動汽車型電動汽車1.電動汽車充電技術221.3 無線充電技術電磁諧振式無線充電 電磁諧振式（又稱WiTricity技術）是由麻省理工學院（MIT）的研究人員于2007年提出。系統采用兩個相同頻率的諧振物體產生很強的相互耦合，能量在兩物體間交互，利用線圈及放置兩端的平板電容器，共同組成諧振電路，實現能量的無線傳輸。1.電動汽車充電技術231.3 無線充電技術電磁諧振式無線充電 Witricity公司與三菱、IHI公司合作開發的電動汽車無線充電裝置：輸出功率3.3KW，傳輸距離20cm、效率90%。1.電動汽車充電技術241.3 無

11、線充電技術電磁諧振式無線充電東南大學課題組研制：國內首套電磁諧振式電動汽車無線充電系統。1.電動汽車充電技術251.3 無線充電技術微波無線方式 該技術先通過磁控管將電能轉變為微波能形式，再由發射天線將微波束送出，接收天線接收后由整流設備將微波能量轉換為電能。2009年2月三菱重工推出功率1kW，效率38%地面上，各個側面需要遮擋住微波輻射微波無線充電電動汽車1.電動汽車充電技術261.3 無線充電技術電廠耦合式無線充電電場耦合式：分別在供電部分和接收部分設置電極，利用這兩個電極間產生的電場來傳輸電力的方式。由于在電極之間會產生電容耦合效應，因此電場耦合式也被稱為電容耦合式。輕軌電車輕軌電車目

12、前該項技術主要應用于小型電子產品的無線充電中，研發單位主要為日本的村田制作所、竹中工務店以及香港理工大學等。對于電場耦合式無線電能傳輸技術在電動汽車充電或軌道交通上的應用正處于研發階段。1.電動汽車充電技術271.3 無線充電技術技術比較充電方式傳輸功率傳輸距離特點電磁感應千瓦級厘米級傳輸效率較高，傳輸距離較短,次級線圈與接收電路之間必須進行屏蔽,周圍金屬會發生渦流發熱現象。電磁諧振千瓦級米級利用磁場通過近場傳輸，輻射小，具有方向性；中等距離傳輸，傳輸效率較高；能量傳輸不受空間障礙物（非磁性）影響；周圍金屬物品不會發生渦流發熱現象，傳輸距離、效率和功率對頻率相對敏感。 微波式千瓦級米級傳輸距離

13、遠，頻率越高，傳播的能量越大；在大氣中能量傳遞損耗很小，能量傳輸不受地球引力差的影響；微波是波長介于無線電波和紅外線輻射的電磁波，容易對通信造成干擾，對生物體影響大；能量束難以集中，能量散射損耗大，定向性差，傳輸效率低。電場耦合千瓦級毫米、厘米級傳輸效率高，傳輸距離短，電磁干擾小，位置隨意性強，可建立便利性高的無線充電系統；電極部分不會發熱，因此不會對電池產生影響。1.電動汽車充電技術281.3 無線充電技術關鍵技術高頻電源和整流技術系統不同拓撲結構的功效分析傳輸效率優化方法負載匹配技術和最小接入技術1.電動汽車充電技術電磁環境與電磁環境與電磁兼容問電磁兼容問題題技術標準化技術標準化及市場推廣

14、及市場推廣問題問題1.3 無線充電技術主要問題1.電動汽車充電技術無線電能傳輸會帶來電磁輻射問題嗎？無線電能傳輸會帶來電磁兼容性問題嗎？主要難點：1 電磁場對生物體的作用機理；2實驗不容易證明到底有多大影響；3電磁兼容性問題的復雜性，需同時兼顧系統向外界不產生電磁干擾和系統對外界的抗干擾能力。美國猶他大學測試的5kW無線電能傳輸系統的磁場強度分布，其結果滿足國際非電離輻射防護委員會(ICNIRP)中的人身安全要求。1、電磁環境與電磁兼容問題Wu H H, Gilchrist A, Sealy K D, et al. A high efficiency 5 kW Wu H H, Gilchris

15、t A, Sealy K D, et al. A high efficiency 5 kW inductive charger for EVs using dual side controlJ. Industrial inductive charger for EVs using dual side controlJ. Industrial Informatics, IEEE Transactions on, 2012, 8(3): 585-595.Informatics, IEEE Transactions on, 2012, 8(3): 585-595.1.3 無線充電技術主要問題1.電動

16、汽車充電技術31 技術標準化是無線電能傳輸技術推廣應用的必要條件，是基礎工作之一。隨著無線電能傳輸技術的發展及應用領域的拓廣，國際上現在關于無線電能傳輸技術相關的技術標準主要有三個：Qi標準（Wireless Power Consortium) 、A4WP(Alliance for Wireless Power )、 CE4A（Consumer Electronics for Automotive）。2、技術標準化及市場推廣問題、技術標準化及市場推廣問題1.3 無線充電技術主要問題1.電動汽車充電技術32電動汽車換電技術充換電設施運營管理技術新技術在充換電技術中的應用1 1234電動汽車充電技

17、術1引言0 0目 錄33商用車電池更換類型 電池更換站采用電池快速更換的方式為電動汽車進行能量補給，可有效克服現階段動力電池性能的限制，為電動汽車運行的運行創造有利條件。2.電動汽車換電技術乘用車兩側更換后備箱更換底盤更換2.1 電池更換站類型兩側更換34BatteriesBatteries電池更換站關鍵設備：電池箱、電池更換設備2.2 電池更換站的基本組成2.電動汽車換電技術內容技術指標水平移動 60米/分鐘升降移動9米/分鐘旋轉動作60度/秒有效負載500千克整車更換速度不大于10分鐘2.3 電池箱更換設備主要技術參數定位精度2mm2.電動汽車換電技術 商用車電池更換設備主要有自旋轉一步式

18、、自旋轉兩步式等不同類型； 乘用車電池更換設備主要有半自動更換設備和全自動更換設備等。2.4 電池箱更換設備的應用場合2.電動汽車換電技術37（1）輕量化、高機械強度的電池箱體技術；（2）高防護等級箱體設計技術：適用于灰塵、水淹等環境要求；（3）可靠鎖止及快速解鎖技術：既要滿足電池箱安裝到車輛上后適應車輛的各種復雜運行環境（振動、沖擊等），又能快速解鎖和取出；（4）安全防護技術：漏電、短路、過載、過充、過放、碰撞等工況下的安全防護等；（5）箱體內環境控制技術：控制箱體內環境溫度在一定的范圍內，控制動力電池所處的環境的溫度一直性。2.5 動力電池箱關鍵技術2.電動汽車換電技術38（1）快速測量和

19、定位技術；（2）車輛姿態的自動識別和測量技術；（3）自動運行和控制技術；（4）對不同電池箱的自適應技術；（5）安全防護技術。2.6 電池箱更換設備的關鍵技術2.電動汽車換電技術392.7 電池更換技術應用商用車兩側換電2.電動汽車換電技術402.7 電池更換技術應用乘用車底盤換電2.電動汽車換電技術底盤換電設計方案412.7 電池更換技術應用乘用車底盤換電2.電動汽車換電技術底盤換電地面部分底盤換電地下部分422.7 電池更換技術應用乘用車底盤換電2.電動汽車換電技術u電池更換在三分鐘內自動完成，可快速補充電能；u電池箱布置在底盤下方，從車輛底部進行更換，不占用車輛有效空間；u換電設備具有通用

20、性，只需更換托盤即可支持不同的車型。換電站43電動汽車換電技術充換電設施運營管理技術新技術在充換電技術中的應用1 1234電動汽車充電技術1引言0 0目 錄443.1 3.1 智能智能充換電服務網絡運營充換電服務網絡運營管理系統管理系統系統簡介系統簡介3.充換電設施運營管理技術45 運營管理系統充分利用物聯網技術，通過在電動汽車、電池、充電設施等安裝傳感器和識別系統，利用物聯網相關技術，實時感知電動汽車運行狀態、電池使用狀態、充電設施及當前網內能源供給狀態，實現電動汽車及充電設施綜合監測分析，實現電動汽車資產管理集約化、倉儲管理簡易化、物流調度智能化，充換電計費多樣化，運營服務互動化，保證電動

21、汽車、電池及充電設施穩定、經濟、高效的運行。物聯網物聯網有線有線無線射頻無線射頻傳感器組傳感器組通信終端通信終端3.1 3.1 智能智能充換電服務網絡運營充換電服務網絡運營管理系統管理系統系統簡介系統簡介3.充換電設施運營管理技術463.2 3.2 智能智能充換電服務網絡運營充換電服務網絡運營管理系統管理系統系統組成系統組成3.充換電設施運營管理技術473.3 3.3 智能智能充換電服務網絡運營充換電服務網絡運營管理系統管理系統軟件架構軟件架構3.充換電設施運營管理技術48 運營管理系統主要實現客戶服務、計費管理、收費賬務、清分結算、資產管理、電池配送、運行管理、集中監控管理、有序充電等功能，

22、能夠為電動汽車充換電服務網絡的運營管理提供有力支撐，保證電動汽車運營高效有序，實現電動汽車運營智能化。 運營管理系統利用RFID、傳感器、圖像識別等技術，通過GPRS/4G、WiFi、Internet等通訊手段，將具有身份標識的電動汽車、動力電池、充電設施、用戶汽車、智能電網等相關主體進行互聯，實現基于物聯網的電動汽車智能充換電服務網絡的自動化運行與管理。運營管理系統客戶服務計費管理收費賬務清分結算資產管理配送管理運行管理集中監控有序充電綜合統計分析3 3. .4 4 智能智能充換電服務網絡運營充換電服務網絡運營管理系統管理系統主要功能主要功能3.充換電設施運營管理技術49電動汽車換電技術充換

23、電設施運營管理技術新技術在充換電技術中的應用1 1234電動汽車充電技術1引言0 0目 錄504.新技術在充換電技術中的應用 電動汽車充電服務云平臺是為電動汽車充電提供數據發布、收集、存貯、加工、維護和挖掘的綜合平臺。為滿足業務發展需求，電動汽車充電服務云平臺支持百萬級客戶的多種業務請求，系統平臺軟件和硬件都具備高可靠性、可用性和可擴展性。4.1 4.1 云平臺技術云平臺技術51 目前金融行業、互聯網行業、商業零售行業等應用大數據技術挖掘潛在的有用知識，利用潛在的知識提高經濟效益；如企業利用大數據分析可以從中獲取新的洞察力，將其與已知業務的各個細節相融合，實現跨越式發展。為了更好的管理電動汽車

24、，同樣可以采用大數據技術。電動汽車規?；?，可為電動汽車大數據提供發展條件，但是發展電動汽車大數據面臨一些問題，如下：采集什么采集什么數據數據管理什么管理什么數據數據分析什么分析什么數據數據4.新技術在充換電技術中的應用4.2 4.2 大數據技術大數據技術524.新技術在充換電技術中的應用4.3 4.3 電動汽車與電網互動技術（電動汽車與電網互動技術（V2GV2G）-發展背景發展背景社會需求社會需求影響影響電網電網電網負荷快速增長！電網投資大幅 增 加 ！電能質量下 降 ！534.新技術在充換電技術中的應用4.3 4.3 電動汽車與電網互動技術（電動汽車與電網互動技術（V2GV2G）電動汽車與電網互動技術V2G意義意義手段手段 電動汽車有序用電技術； 電動汽車為電網提供削峰填谷、調頻、備用等技術544.新技術在充換電技術中的應用4.4 4.4 其他技術其他技術電動汽車充電機柔性智能充電技術；電動汽車充電機大功率快速充電技術；電動汽車充電機充電功率自動分配技術；充電站集群控制柔性充電技術；基于虛擬同步電機的電動汽車充放電技術；充換電站與風能、太陽能等新能源一體化協調控制技術等。