雙向充電樁的關鍵技術分析

崔保艷 許建中

（國網合肥供電公司，合肥 230061）

1 雙向充電樁概述

目前，我國已經研究出或者已經實施建設的充電設施基本上分為兩類，充電樁和充電站。這兩種充電設施的服務目的有所不同，充電站用于電動汽車的快速充電，充電的時間相對比較短；而充電樁主要用于電動汽車的慢速充電，充電的時間相對較長。這兩種充電設施在充電效率、環境要求等方面各有優勢，具體選擇時應該根據實際情況來合理采用。通常充電樁占用的土地面積較小，且管理成本也比較低，一般在城市的停車場、住宅小區等車流量和車輛停放密度比較大的區域進行建設，以滿足電動汽車的充電需求。同時，充電樁一般采用的是慢充模式，電流比較小，安全性能較高，在一定程度上能夠延長電動汽車電池的壽命。雙向充電樁主要指在微網的控制下來實現車載電池系統與光伏電網之間雙向通信的一種直流充電設施。

2 雙向充電樁應用系統的相關技術指標分析

2.1 綜合監控平臺的技術指標

充電樁主要分散在停車場、小區等區域，地點相對分散，充電樁安裝的數量相對較大，要求綜合監控平臺具備一定數據通信服務功能。同時為了方便、實時地顯示充電狀態，綜合監控平臺要有良好的人機界面，將充電樁各個狀態的相關信息、計費管理系統輸出的各個信息、用戶自定義的相關充電參數等通過Web方式以圖、表等形式顯示出來，方便用戶的相關查詢以及操作。為了保證系統信息、用戶信息、交易信息等信息的安全，綜合監控平臺要有信息安全隔離的功能，保證系統的網絡安全。此外該平臺其他的技術指標如下：具備高級應用策略的部署功能、系統的使用壽命要大于10年、系統的年可利用率不低于99.98%、主站各類設備的無故障運行時間（MTBF）要大于40000h[1]。

2.2 雙向充電樁的技術指標

雙向充電樁固定在電動汽車外，與電網相連，為非車載的電動汽車動力電池提供直流充電服務。雙向充電樁的設計是本項目的技術核心和關鍵。雙向充電樁的設計額定充放電功率為 12kW，電池端電壓最大值為500V，在充電或者放電時電流最大值為25A，功率因數必須大于0.99。雙向充電樁的充電對象為鋰電子蓄電池。雙向充電樁的輸出電流為直流，輸出電壓滿足充電對象的電池制式要求。其設計的充電方式分為手動和自動2種不同的方式，自動充電模式下系統必須接受電能質量控制系統的控制，手動充電模式下系統必須按照用戶設定的充電參數進行。在本項目中每個雙向充電樁都必須自帶供用戶使用的操作器，以方便用戶在使用充電樁進行充電時能夠進行規范的操作，操作器可用于系統與用戶之間的雙向信息交流，也可用于系統在無人狀態下進行自動信息化管理。充電樁接口應符合國標電動汽車傳導式充電接口標準中關于直流充電接口的若干規定和技術標準。充電樁通信系統中的外接口采用的是通用CAN通信接口，通信協議采用的是國標電動汽車電池管理系統與非車載充電機之間的通信協議（暫行）中的相關規定和技術標準（充電對象為鋰電池電動車），充電樁對充電過程中的非正常狀態應具備相應的報警和保護功能。

2.3 電能質量治理系統的技術指標

電能質量治理系統的技術指標如下：①對供電系統電網頻率及其平衡的規定，為了減小電網頻率波動對充電系統的影響，頻率偏差限值為±0.2Hz，當系統容量較小時，偏差限值±0.5Hz；②為了保證在系統負載變化的情況下電壓偏差在合理范圍內，系統采用的電壓偏差技術標準如下：20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7%，220V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%和-10%；③三相電壓不平衡。電網正常運行時，負序電壓不平衡度不超過2%，短時不超過4%，各相電壓滿足GB/T 12325的要求。接于公共連接點的每個用戶引起該點負序電壓不平衡度允許值一般為 1.3%，短時不超過2.6%；④公用電網諧波。6～220kV各級公用電網電壓（相電壓）總諧波畸變率是：0.38kV時為5%，6～10kV時為4%，35～66kV為時3%，110kV時為2%。用戶注入電網的諧波電流允許值在各級電網諧波電壓的限值范圍內；⑤公用電間諧波在電力系統運行時廣泛存在，但是結合國家技術標準對間歇波存在指標的規定，間諧波電壓含有率是：當電壓在1000V及以下時，頻率小于 100Hz為 0.2%，100～800Hz為0.5%，當電壓在1000V以上時，頻率小于100Hz為0.16%，100～800Hz為0.4%。單一用戶間諧波含有率是：當電壓在1000V及以下時，頻率小于100Hz為 0.16%，100～800Hz為 0.4%，當電壓在 1000V以上時，頻率小于100Hz為0.13%，100～800Hz為0.32%；⑥電網波動和閃變對系統正常工作也有一定的影響和干擾。電力系統公共連接點在系統運行的較小方式下，以一周（168h）為測量周期，所有長時間閃變值Plt滿足：在小于110kV時，Plt=1，在大于110kV時，Plt=0.8[2]。

3 雙向充電樁應用系統的技術難點

3.1 綜合監控平臺的設計要點

綜合監控平臺的功能目標是實現電能質量的監控和雙向充電樁各項數據及其狀態的監控。為此，平臺要對所有的設備進行統一管理，所有數據進行統一的采集、查看和分析，并提供設備運行狀態實時監測、危險警告與通知、數據查詢分析、設備運行總額和管理等功能。此外，平臺還要實現在不進行二次開發的條件下完成新增監控設備的接入功能。設備接入后數據采用分級存儲方案，并進行分類匯總和統計。利用系統監測數據和事件信息，實現設備集中遠程監控，為設備故障診斷提供必要的數據支持，也為電站綜合管理提供全面的統計數據和各類統計報表。

3.2 雙向充電樁的技術設計要點

充電樁的服務對象主要是鋰離子蓄電池，充電機為電動汽車的低壓輔助電源，用于在充電過程中為電動汽車蓄電池管理系統供電。低壓輔助電源應為直流12V和24V，可以換檔切換。充電樁通信方案為：利用TCP/IP或者RS 485總線將數據上傳至集中管理系統，將充電樁運行信息實時上傳至能量管理系統，對整個光伏儲能充電系統進行智能化控制，為電動汽車充換電整體安全運行提供有力保障[3]。

3.3 電能質量治理系統的設計要點

電能質量治理平臺的功能由一體化補償系統實現，系統結構方案為：控制軟件系統、SVG型動態無功補償裝置、有源濾波器等電力電子裝置。電力電子裝置安裝在太陽能光伏電站中，實時采集發電系統及電網數據，并經過控制軟件分析后向電力電子裝置發送控制指令，電力電子裝置接收指令后實現諧波抑制、電壓波動補償及無功功率補償功能。

4 結論

本文在對雙向充電樁概述的基礎上，主要對本項目中雙向充電樁的整體設計方案和功能目標以及其中采用的關鍵技術進行了簡要的探討，希望能為相關從業人員提供一些有益的參考。

[1] 潘熙, 李芳. 電動汽車充電設施的設計與建設[J].電力需求側管理, 2012, 14(2): 49-51.

[2] 蘇新, 李廣凱, 韓帥, 等. 電動汽車交流充電樁多功能電能表通信的設計與實現[J]. 電工技術, 2011(12):17-18.

[3] 譚敏, 郭彥軍, 白宇峰, 等. 電動汽車充電設施的設計與探討[J]. 陜西電力, 2011, 39(11): 58-60, 64.