1. 快 速 充 电 基 础 设 施 的 作 用 快 速 充 电 基 础 设 施 的 优 化 方 案 电 动 汽 车 的 续 航 里 程 要 达 到 时 速 多 少 公 里 才 能 为 用 户 所 接 受 呢? 在 一 份 针 对 普 通 汽 车 用 户 的 问 卷 调 查 中, 用 户 期 望 电 动 汽 车 的 续 航 里 程 能 达 到 200 至 300 公 里, 这 与 人 们 对 燃 油 汽 车 的 要 求 是 一 致 的 要 实 现 这 一 续 航 里 程,EV 的 电 池 容 量 需 要 达 到 40~50kWh, 按 照 目 前 市 面 上 普 通 锂 离 子 电 池 的 单 价 计 算, 电 池 的 成 本 将 高 达 400~500 万 日 元, 结 果 造 成 电 动 汽 车 很 难 被 市 场 所 接 受 图 1 是 人 们 所 熟 知 的 汽 车 一 天 行 驶 里 程 的 分 布 情 况 虽 然 车 辆 的 日 平 均 行 驶 里 程 数 会 根 据 地 域 不 同 而 有 所 不 同, 但 即 便 在 美 国, 通 常 意 义 上 的 远 程 行 驶 距 离 一 般 不 会 超 过 50 公 里 电 动 汽 车 只 要 续 航 里 程 能 超 过 100 公 里, 应 该 说 就 能 满 足 人 们 大 部 分 的 需 求 但 实 际 上, 人 们 在 驾 驶 电 动 汽 车 时, 如 果 发 现 剩 下 的 续 航 里 程 仅 为 50 公 里 的 话 就 会 感 到 非 常 不 安
东 京 电 力 公 司 于 2007 年 引 进 了 续 航 里 程 为 80 公 里 的 电 动 汽 车 进 行 试 验 左 图 显 示 的 是 位 于 横 滨 地 区 的 试 验 单 位 于 2007 年 10 月 引 进 电 动 汽 车 后 一 个 月 的 EV 行 驶 轨 迹 该 单 位 覆 盖 的 区 域 并 不 大, 燃 油 车 的 日 行 驶 里 程 约 40 公 里 范 围, 按 道 理 电 动 汽 车 应 该 完 全 能 胜 任 但 结 果 是, 电 动 汽 车 一 个 月 仅 仅 行 驶 了 200 公 里 左 右 原 因 在 于 驾 驶 员 虽 然 已 经 非 常 熟 悉 电 动 汽 车 的 性 能, 但 总 是 为 电 池 耗 尽 的 问 题 而 担 忧 不 已 为 了 消 除 这 种 顾 虑, 安 装 设 置 了 快 速 充 电 器 之 后, 如 右 图 所 示, 使 用 情 况 大 为 好 转 一 个 月 的 行 驶 里 程 居 然 达 到 了 1400 公 里, 超 出 了 同 地 区 燃 油 车 的 里 程 快 速 充 电 器 安 装 设 置 前 的 行 驶 轨 迹 (2007 年 10 月 ) 快 速 充 电 器 安 装 设 置 后 的 行 驶 轨 迹 (2008 年 7 月 ) 非 常 有 趣 的 是, 我 们 必 须 强 调 快 速 充 电 器 的 使 用 频 度 其 实 并 不 高 没 有 进 行 充 电, 但 电 动 汽 车 的 行 驶 里 程 却 增 加 了 这 是 因 为 驾 驶 员 的 心 理 顾 虑 得 以 消 除 后, 用 户 敢 于 在 电 池 余 量 不 多 时 还 继 续 驾 驶 电 动 汽 车 由 此 可 见, 通 过 设 置 快 速 充 电 器 原 本 是 期 待 通 过 快 充 能 够 提 高 EV 的 续 航 里 程, 但 实 际 上 快 速 充 电 器 即 使 没 有 被 充 分 使 用, 设 置 在 那 里 本 身 就 会 给 驾 驶 员 们 带 来 莫 大 的 安 心 感, 从 而 保 证 了 EV 电 池 得 以 充 分 地 被 利 用 对 快 速 充 电 器 持 否 定 意 见 的 主 要 理 由 是 认 为 其 成 本 高, 但 如 果 使 用 频 度 不 高, 实 际 上 安 装 的 快 速 充 电 器 也 不 需 很 多 相 反, 充 分 发 挥 电 池 的 性 能, 使 用 EV 的 社 会 整 体 成 本 将 变 得 更 加 合 理
2. 作 为 公 共 充 电 基 础 设 施 所 期 望 的 输 出 电 压 在 迄 今 为 止 的 电 动 汽 车 示 范 案 例 中, 有 很 多 都 是 安 装 设 置 了 容 量 大 于 40kW 的 快 速 充 电 器 美 国 加 利 福 尼 亚 州 早 在 上 世 纪 90 年 代 就 依 据 ZEV 法 案 ( 加 利 福 尼 亚 州 零 排 放 车 款 法 案 ), 建 设 了 数 量 位 居 世 界 第 一 的 电 动 汽 车 和 充 电 基 础 设 施 即 便 现 在, 以 旧 金 山 市 和 洛 杉 矶 市 为 中 心, 仍 然 安 装 有 数 百 台 的 公 共 充 电 设 施, 但 这 些 设 施 基 本 上 并 没 有 被 充 分 利 用 起 来, 其 输 出 电 压 也 就 只 有 5kW 左 右 2000 年, 在 日 本 环 境 省 的 低 公 害 车 普 及 政 策 推 动 下, 东 京 都 中 心 地 区 安 装 设 置 了 充 电 桩, 但 其 使 用 情 况 最 后 也 是 不 了 了 之 安 装 的 充 电 桩 台 数 过 少 固 然 是 其 中 一 个 原 因, 充 电 桩 的 输 出 电 压 仅 为 2.5kW, 实 用 性 不 强 也 是 一 个 重 要 的 原 因 这 些 小 容 量 充 电 基 础 设 施 所 存 在 的 问 题 是, 要 满 足 行 驶 50 公 里 所 需 的 电 量, 充 电 时 间 需 一 小 时 以 上 在 行 驶 途 中 需 要 充 电 时, 要 等 上 一 个 小 时, 实 在 缺 乏 便 利 性 如 果 是 夜 间 在 固 定 场 所 确 保 能 充 电 6~8 小 时 的 话, 小 容 量 的 充 电 器 没 太 大 问 题, 但 是 在 行 驶 途 中 的 充 电 则 力 求 缩 短 充 电 时 间 充 电 器 的 输 出 电 压 越 大 所 需 充 电 时 间 就 越 短 从 用 户 的 便 利 性 来 考 虑, 如 下 图 所 示 ( 绿 色 图 表, 第 一 轴 ): 如 10 分 钟 需 充 上 可 以 行 驶 50~60 公 里 的 电 量, 则 充 电 器 的 输 出 电 压 必 须 达 到 40~50kW, ( 设 定 电 动 汽 车 的 平 均 耗 电 为 7km/kWh) 另 一 方 面, 输 出 电 压 越 大, 充 电 设 施 的 成 本 也 越 大 输 出 电 压 增 大 的 话, 增 加 电 力 设 备 加 强 安 全 设 计 等 必 要 性 也 随 即 产 生, 如 这 张 图 所 示 ( 黄 色 图 表, 第 二 轴 ): 成 本 将 呈 函 数 倍 增 长 输 出 电 压 增 加 到 50kW 范 围 内, 伴 随 输 出 电 压 的 增 加, 充 电 时 间 的 缩 短 效 果 非 常 明 显, 与 此 相 比, 输 出 电 压 增 加 到 50kW 以 上 的 情 况 下, 充 电 时 间 的 缩 短 效 果 并 不 明 显 由 此 得 知, 从 使 用 的 便 利 性 出 发, 为 使 充 电 时 间 控 制 在 10 分 钟 左 右, 同 时 又 在 合 理 范 围 内 保 持 充 电 设 施 成 本 的 平 衡 点, 公 共 充 电 设 施 所 需 输 出 电 压 在 40~50kW 最 为 合 适
3. 使 电 池 不 产 生 劣 化 的 充 电 方 法 作 为 快 速 充 电 的 一 个 问 题 点, 是 否 会 造 成 电 池 劣 化 的 悬 念 一 直 存 在 造 成 电 池 劣 化, 即 电 容 量 降 低 的 决 定 性 因 素 主 要 有 两 个, 过 电 压 和 高 温 电 池 电 压 和 电 池 温 度 不 断 升 高, 加 快 了 电 极 的 劣 化, 由 此 造 成 电 容 量 的 下 降 最 近 的 电 动 汽 车 必 须 装 有 电 池 管 理 单 元 (Battery Management Unit), 不 仅 监 测 着 锂 离 子 电 池 系 统 的 整 体 电 压, 还 监 测 着 每 个 单 电 池 的 电 压, 以 防 止 发 生 超 出 限 制 电 压 之 类 的 事 故 快 速 充 电 中 产 生 问 题 的 电 池 温 度 方 面, 当 持 续 有 大 电 流 通 过 时, 由 电 池 内 部 抵 抗 产 生 的 热 量 使 电 池 温 度 升 高 但 是, 由 于 电 池 管 理 单 元 监 测 着 电 池 的 温 度, 只 要 随 着 电 池 温 度 进 行 抑 制 充 电 电 流 的 相 关 控 制, 就 能 够 避 免 电 池 的 劣 化 问 题 根 据 材 料 的 特 性 及 使 用 状 况 等, 电 池 的 性 能 也 会 发 生 改 变, 因 此, 如 果 将 充 电 方 式 标 准 进 行 统 一, 为 了 避 免 电 池 劣 化, 一 般 会 以 性 能 最 差 的 电 池 和 最 恶 劣 的 使 用 环 境 为 前 提 来 规 定 其 充 电 电 流 这 样 做 的 话, 既 没 有 达 到 快 速 充 电 的 原 本 目 的, 也 无 法 使 电 池 潜 在 的 性 能 效 果 得 到 充 分 发 挥 CHAdeMO 方 式 的 快 速 充 电 器 是 通 过 CAN 通 讯 实 时 接 收 来 自 电 动 汽 车 的 控 制 充 电 电 流 的 指 令, 并 根 据 此 指 令 调 整 电 流 值 通 过 这 样 的 结 构, 实 现 适 合 电 池 性 能 与 使 用 环 境 的 最 优 化 最 迅 速 的 充 电 CHAdeMO 方 式 标 准 化 提 案 的 内 容 主 要 是 电 动 汽 车 和 充 电 器 之 间 为 确 保 安 全 的 信 息 传 送 结 构 而 作 为 公 共 充 电 设 施, 要 实 现 应 对 各 类 电 动 汽 车 的 充 电, 连 接 器 接 口 形 状 的 标 准 化 同 样 是 必 要 的 为 使 充 电 器 的 设 计 厂 家 能 充 分 体 现 其 各 自 不 同 的 创 意, 有 关 充 电 器 的 其 它 部 分, 并 没 有 纳 入 标 准 化 的 范 围 即 : 交 直 流 的 变 换 回 路 接 口 以 外 的 连 接 器 设 计 等 完 全 由 充 电 器 厂 家 自 由 设 计 使 用 快 速 充 电 器 开 展 商 业 活 动 时, 为 电 动 汽 车 的 认 证 收 费 等 进 行 信 息 传 送 的 服 务 是 意 料 之 中 的, 但 CHAdeMO 充 电 方 式 的 标 准 化 提 案 是 以 实 现 安 全 充 电 控 制 为 目 的, 鉴 于 上 述 服 务 与 CHAdeMO 之 间 在 可 靠 性 等 要 件 方 面 的 要 求 有 所 不 同, 因 此 纳 入 充 电 控 制 以 外 的 系 统 更 为 合 适
4. 对 电 力 系 统 的 影 响 由 于 快 速 充 电 器 的 最 大 输 出 电 压 为 50kW, 所 以 有 部 分 人 表 达 了 其 对 电 力 系 统 影 响 的 关 注 主 要 的 担 心 有 : 未 来, 在 众 多 电 动 汽 车 得 到 普 及 时, 白 天 同 时 都 使 用 快 速 充 电 器 那 不 是 会 加 大 高 峰 时 的 电 力 负 荷 吗? 随 着 电 池 改 进, 电 池 容 量 增 大, 高 功 率 充 电 设 施 的 使 用 频 度 将 会 提 高, 为 加 强 配 电 系 统, 那 不 就 意 味 着 需 要 投 入 大 量 的 设 备 投 资 吗? 等 之 所 以 会 产 生 这 样 的 疑 问, 是 因 为 大 家 都 想 象 着 电 动 汽 车 是 和 燃 油 车 同 样 地 使 用 电 动 汽 车 的 燃 料 补 给 方 式 是 充 电, 和 手 机 充 电 同 样, 在 夜 间 通 过 小 功 率 的 充 电 器 进 行 充 电 占 大 多 数 如 上 所 述, 快 速 充 电 器 的 使 用 频 度 其 实 并 不 高 因 此, 并 不 会 因 为 快 速 充 电 器 的 同 时 使 用 而 出 现 电 力 系 统 难 以 承 载 负 荷 的 情 况 而 且, 在 安 装 快 速 充 电 器 时, 也 会 考 虑 配 电 系 统 的 容 量 问 题 在 接 受 数 万 伏 以 上 的 特 高 压 (Ultra high voltage) 供 电 的 大 型 商 场 写 字 楼 之 类 的 设 施 内, 就 算 是 50kW 的 容 量, 其 占 整 体 供 电 容 量 的 比 例 非 常 小, 影 响 也 不 大 即 便 是 数 千 伏 高 压 供 电 设 施 内, 安 装 快 速 充 电 器 也 绰 绰 有 余 但 问 题 是, 在 住 宅 地 区 等 低 压 配 电 系 统 下 如 果 要 安 装 快 速 充 电 器 怎 么 办? 由 于 通 常 在 家 里 并 没 有 进 行 短 时 间 充 电 的 必 要, 实 际 上 也 没 有 成 为 问 题 即 使 在 家 庭 等 的 车 库 内 进 行 夜 间 充 电 的 情 况 下, 在 未 来 电 池 性 能 经 过 改 良 后 电 池 容 量 增 大 时, 使 用 小 功 率 的 充 电 器 来 充 电, 超 过 10 小 时 的 充 电 时 间 非 常 不 方 便 还 有 一 些 意 见 则 担 忧, 要 解 决 这 一 问 题 势 必 就 要 增 强 配 电 系 统 这 些 其 实 是 电 动 汽 车 用 户 的 错 误 想 法 就 算 是 一 次 燃 油 补 给 就 能 连 续 行 驶 300 公 里 的 燃 油 汽 车, 日 均 行 驶 里 程 也 不 超 过 50 公 里 即 使 电 动 汽 车 的 续 航 里 程 在 未 来 能 增 加 到 300 公 里, 但 由 于 每 天 的 行 驶 里 程 是 由 行 驶 用 途 决 定 的, 因 此 日 均 行 驶 里 程 并 不 会 发 生 变 化 电 动 汽 车 行 驶 50 公 里 的 里 程 所 消 耗 的 电 量 约 7kWh 如 果 以 每 天 晚 上 进 行 充 电 为 前 提, 即 使 使 用 2kW 的 小 功 率 车 载 充 电 器 也 有 可 能 在 4 小 时 之 内 完 成 充 电 可 能 还 有 一 些 EV 用 户 会 担 心 电 池 完 全 耗 尽 的 情 况 ( 即 便 是 偶 尔 出 现 的 情 况 ), 其 实 只 要 晚 上 把 第 二 天 行 驶 里 程 必 需 的 电 量 充 足, 就 不 会 有 问 题 如 果 一 定 要 保 持 充 满 电 状 态 的 话, 可 以 就 近 使 用 快 速 充 电 器
这 样, 快 速 充 电 基 础 设 施 如 果 普 及, 就 没 必 要 提 高 家 庭 等 普 通 充 电 输 出 电 压 另 外, 也 研 究 考 虑 了 电 动 汽 车 达 到 20% 左 右 的 普 及 情 况 下 对 低 压 配 电 系 统 的 影 响 如 果, 车 载 充 电 器 保 持 在 2kW 左 右, 那 么 即 便 电 动 汽 车 达 到 20% 左 右 的 普 及, 也 不 需 要 增 强 配 电 设 备 欧 洲 部 分 厂 家 曾 提 出, 电 动 汽 车 车 载 充 电 器 的 输 出 电 压 一 经 增 加, 即 使 在 电 动 汽 车 达 到 20% 左 右 普 及 的 情 况 下, 也 必 然 需 要 增 强 配 电 系 统 设 备, 这 就 形 成 了 使 用 电 动 汽 车 时 成 本 增 加 的 又 一 个 重 要 因 素 适 当 增 设 公 共 快 速 充 电 器 的 基 础 设 施 后, 能 抑 制 各 种 电 动 汽 车 夜 间 充 电 设 备 容 量 增 加 的 必 要 性, 同 时, 在 电 动 汽 车 大 量 普 及 时, 对 于 抑 制 其 对 低 压 系 统 产 生 的 影 响, 也 会 带 来 显 著 的 效 果