电动汽车及充电站.docx
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电动汽车及充电站.docx
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电动汽车及充电站
电动汽车及充电站技术
第一章电动汽车的概念
电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。
电动汽车的优点是:
它本身不排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其它污染物也显著减少,由于电厂大多建于远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,集中的排放,清除各种有害排放物较容易,也已有了相关技术。
由于电力可以从多种一次能源获得,如煤、核能、水力、风力等,解除人们对石油资源日见枯竭的担心。
电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电,使发电设备日夜都能充分利用,大大提高其经济效益。
有关研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池,再由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量,正是这些优点,使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。
第二章电动汽车的结构
电动汽车的组成包括:
电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。
电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,也是区别于内燃机汽车的最大不同点。
电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。
电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。
1.电源
电源为电动汽车的驱动电动机提供电能,电动机将电源的电能转化为机械能,通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。
目前,电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池,但随着电动汽车技术的发展,铅酸蓄电池由于比能量较低,充电速度较慢,寿命较短,逐渐被其他蓄电池所取代。
正在发展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等,这些新型电源的应用,为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。
2.驱动电动机
驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能,通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。
目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机,这种电机具有"软"的机械特性,与汽车的行驶特性非常相符。
但直流电动机由于存在换向火花,比功率较小、效率较低,维护保养工作量大,随着电机技术和电机控制技术的发展,势必逐渐被直流无刷电动机(BCDM)、开关磁阻电动机(SRM)和交流异步电动机所取代。
3.电动机调速控制装置
电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的,其作用是控制电动机的电压或电流,完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
早期的电动汽车上,直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。
因其调速是有级的,且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂,现在已很少采用。
目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速,通过均匀地改变电动机的端电压,控制电动机的电流,来实现电动机的无级调速。
在电子电力技术的不断发展中,它也逐渐被其他电力晶体管(入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斩波调速装置所取代。
从技术的发展来看,伴随着新型驱动电机的应用,电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用,将成为必然的趋势。
在驱动电动机的旋向变换控制中,直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向,实现电动机的旋向变换,这使得孔子哈电路复杂、可靠性降低。
当采用交流异步电动机驱动时,电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可,可使控制电路简化。
此外,采用交流电动机及其变频调速控制技术,使电动汽车的制动能量回收控制更加方便,控制电路更加简单。
4.传动装置
电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴,当采用电动轮驱动时,传动装置的多数部件常常可以忽略。
因为电动机可以带负载启动,所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。
因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换,所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。
当采用电动机无级调速控制时,电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。
在采用电动轮驱动时,电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。
5.行驶装置
行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力,驱动车轮行走。
它同其他汽车的构成是相同的,由车轮、轮胎和悬架等组成。
6.转向装置
专项装置是为实现汽车的转弯而设置的,由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。
作用在方向盘上的控制力,通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度,实现汽车的转向。
多数电动汽车为前轮转向,工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。
电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。
7.制动装置
电动汽车的制动装置同其他汽车一样,是为汽车减速或停车而设置的,通常由制动器及其操纵装置组成。
在电动汽车上,一般还有电磁制动装置,它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行,使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流,从而得到再生利用。
8.工作装置
工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的,如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。
货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。
第三章电动汽车传动系统布置方式
电动汽车的动力传动系统是电动汽车的核心部分,其性能决定着电动汽车运行性能的好坏。
目前,电动汽车的动力传动系统具有以下四种布置方式:
(1)第一种与传统汽车的传动系统的布置方式一致,带有变速器。
这种布置方式可以提高电动汽车的启动扭矩,增加低速时电动汽车的后备功率。
(2)第二种取消了离合器和变速器。
这种方式对电动机的要求较高,不仅要求电动机具有较高的启动转矩,而且要求具有较大的后备功率,以保证电动汽车的启动,爬坡,加速超车等动力性。
(3)第三种布置方式将电动机装到驱动轴上,直接由电动机实现变速和差速转换。
这种传动方式同样对电动机有较高要求,大的起动转矩和后备功率,同时不仅要求控制系统有较高的控制精度,我、而且要具备良好的可靠性,从而保证电动汽车行驶的安全,平稳。
(4)第四种布置同第三种布置方式比较接近,将电动机直接装驱动轮上,由电动机直接驱动车轮行驶。
第四章电动汽车充电设备
对于一辆电动车来讲,蓄电池充电设备是不可缺少的子系统之一,它的功能是将电网的电能转化为电动车车载蓄电池的电能。
电动车充电装置的分类有不同的方法。
总体上可以分为车载充电装置和非车载充电装置。
车载充电装置,指安装在电动汽车上的采用地面交流电网和车载电源对电池组进行充电的装置。
包括车载充电机、车载充电发电机组和运行能量回收充电装置。
它将一根带插头的交流动力电缆线直接插到电动汽车的插座中给电动汽车充电。
车载充装置通常使用结构简单、控制方便的接触式充电器也可以是感应充电器。
它完全按照车载蓄电池的种类进行设计,针对性较强。
非车载充电装置,即地面充电装置,主要包括专用充电机、专用充电站、通用充电机、公共场所用充电站等。
它可以满足各种电池的各种充电方式。
通常
非车载充电器的功率、体积和重量均比较大,以便能够适应各种充电方式。
另外,根据对电动车蓄电池充电时的能量装换的方式不同,充电装置可以分为接触式和感应式。
随着电力电子技术和变流控制技术的飞速发展,高精度可控变流技术的成熟和普及,分阶段恒流充电模式已经基本被充电电流和充电电压连续变化的恒压限流充电模式取代。
直到目前,主导充电工艺的还是恒压限流充电模式。
接触式充电的最大问题在于它的安全性和通用性,为了使它满足严格的安全充电标准,必须在电路上采用许多措施使充电设备能够在各种环境下安全充电。
恒压限流充电和分阶段恒流充电均属于接触式充电技术。
近年来,新型的电动车感应充电技术发展很快。
感应充电器是利用高频交流磁场的变压器原理,将电能从离车的原方感应到车载的副方,以达到给蓄电池充电的目的。
感应充电的最大优点是安全,这是因为充电器与电动车之间并无直接的点接触,使得即使电动车在恶劣的气候下,如雨雪天,进行充电也无触电的危险。
第五章电动汽车充电方式
1常规充电方式
该充电方式采用恒压、恒流的传统充电方式对电动车进行充电。
以相当低的充电电流为蓄电池充电,电流大小约为15A,若以120Ah(例如360V,即串联12V100Ah30只)的蓄电池为例,充电时间要持续8个多小时。
相应的充电器的工作和安装成本相对比较低。
电动汽车家用充电设施(车载充电机)和小型充电站多采用这种充电方式。
车载充电机是纯电动轿车的一种最基本的充电设备。
电机作为标准配置固定在车上或放在后备箱里。
由于只需将车载充电器的插头插到停车场或家中的电源插座上即可进行充电,因此充电过程一般由客户自己独立完成。
直接从低压照明电路取电,电功率较小,由220V/16A规格的标准电网电源供电。
典型的充电时间为8~10(SOC达到95%以上)。
这种充电方式对电网没有特殊要求,只要能够满足照明要求的供电质量就能够使用。
由于在家中充电通常是晚上或者是在电低谷期,有利于电能的有效利用,因此电力部门一般会给予电动汽车用户一些优惠,例如电低谷期充电打折。
小型充电站是电动汽车的一种最重要的充电方式,充电机设置在街边、超市、办公楼、停车场等处。
采用常规充电电流充电。
电动汽车驾驶员只需将车停靠在充电站指定的位置上,接上电线即可开始充电。
计费方式是投币或刷卡,充电功率一般在5~10KW,采用三相四线制380V供电或单相220V供电。
其典型的充电时间是:
补电1~2h,充满5~8h(SOC达到95%以上)。
2快速充电方式
该充电方式以150~400A的高充电电流在短时间内为蓄电池充电,与前者相比安装成本相对较高。
快速充电也可称为迅速充电或应急充电,其目的是在短时间内给电动汽车充满电,充电时间应该与燃油车的加油时间接近。
大型充电站(机)多采用这种充电方式。
大型充电站(机)—快速充电方式主要针对长距离旅行或需要进行快速补充电能的情况进行充电,充电机功率很大,一般都大于30KW,采用三相四线制380V供电。
其典型的充电时间是:
10~30min。
这种充电方式对电池寿命有一定的影响,特别是普通蓄电池不能进行快速充电,因为在短时间内接受大量的电量会导致蓄电池过热。
快速充电站的关键是非车载快速充电组件,它能够输出35KW甚至更高的功率。
由于功率和电流的额定值都很高,因此这种充电方式对电网有较高的要求,一般应靠近10KW变电站附近或在监测站和服务中心中使用。
3无线充电方式
电动汽车无线充电方式是近几年国外的研究成果,其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的激光或微波束,在汽车顶上安装一个专用天线接收即可。
有了无线充电技术,公路上行驶的电动汽车或双能源汽车可通过安装在电线杆或其它高层建筑上的发射器快速补充电能。
电费将从汽车上安装的预付卡中扣除。
4更换电池充电方式
除了以上几种充电方式外,还可以采用更换电池组的方式,即在蓄电池电量耗尽时,用充满电的电池组更换已经耗尽的电池组。
蓄电池归服务站或电池厂商所有,电动汽车用户只需租用电池。
电动汽车用户把车停在一个特定的区域,然后用更换电池组的机器将耗尽的蓄电池取下,换上已充满电的电池组。
对于更换下来的未充电蓄电池,可以在服务站充电,也可以集中收集起来以后再充电。
由于电池更换过程包括机械更换和蓄电池充电,因此有时也称它为机械“加油”或机械充电。
电池更换站同时具备正常充电站和快速充电站的优点,也就是说可以用低谷电给蓄电池充电,同时又能在很短的时间内完成“加油”过程。
通过使用机械设备,整个电池更换过程可以在10min内完成,与现有的燃油车加油时间大致相当。
不过,这种方法还存在不少问题有待解决。
首先,这种电池更换系统的初始成本很高,其中包括昂贵的机械装置和大量的蓄电池。
其次,由于存放大量未充电和已充电的蓄电池需要很多空间,因此修建一个蓄电池更换站所需空间远大于修建一个正常充电站或快速充电站所需的空间。
还有,在蓄电池自动更换系统得到应用之前,需要对蓄电池的物理尺寸和电气参数制定统一的标准。
5移动式充电方式
对电动汽车蓄电池而言,最理想的情况是汽车在路上巡航时充电,即所谓的移动式充电(MAC)。
这样,电动汽车用户就没有必要去寻找充电站、停放车辆并花费时间去充电了。
MAC系统埋设在一段路面之下,即充电区,不需要额外的空间。
接触式和感应式的MAC系统都可实施对接.触式的MAC系统而言,需要在车体的底部装一个接触拱,通过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池组的方式,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。
很明显,由于机械损耗和接触拱的安装位置等因素的影响,接触式的MAC对人们的吸引力不大。
第六章电动汽车充电站通用技术要求
1功能要求
充电站的基本功能包括:
充电,监控,计量;扩展功能:
电池检测,电池维护。
充电站应具有对电动汽车蓄电池系统充电的功能。
充电站应完成对整个充电站的监控,包括供电系统运行监控,充电运行监控,充电安全监控,数据记录等。
充电站应具有对充电机输入电量进行计量的功能。
2技术要求
2.1供电系统技术要求
供电系统为充电站提供电源,它的容量要满足充电,照明,监控,办公等用电要求。
供电系统的技术要求应符合《电动汽车充电站供电系统规范》的相关规定。
2.2充电站的技术要求
充电机安装要求
1充电站点应考虑安装防雨,雪的顶棚,以保护充电设备。
2充电机安装在室内,为防止温度过高,应安装通风设备。
3充电机应放在距地面一定高度的地方,满足防雨,防积水的要求。
电气连接
1结构上防止手轻易触及漏电部分。
2插座在屋檐防雨线外或室外时。
a)安装高度应在离地面0.4m以上的位置。
b)插座要安装在合适的防雨箱(防护等级IPX3及以上)或者采用其他防雨形式。
2.3监控系统技术要求
可监控充电机数量:
512台
测量总和误差小于1%
画面实时数据刷新时间:
5s~30s可调
远方控制及设置数命令传送时间:
<=10s
对充电机输入端计量时,可采用有功电能表,准确度为2.0级
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