佛山公交充電站充電設施現(xiàn)狀及充電功率選擇原則分析

何德衛(wèi)

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東佛山528000）

1 佛山市公交站場及充電設施現(xiàn)狀

截至2017年10月，佛山市共建成公交車充電站62座，其中禪城區(qū)5座，南海區(qū)16座，順德區(qū)33座，高明區(qū)5座，三水區(qū)3座。

2 公交充電站充電設施功率選擇原則

2.1 公交車充電樁功率選擇的原則

（1）根據充電站的停車位和充電車輛數量及公交線路的運營方案配置充電樁數量。

（2）根據運營車輛的快充慢補時間需求、電池BMS系統(tǒng)充電功率限制等選擇充電樁的功率。

（3）根據電動汽車、電池技術發(fā)展趨勢適當超前配置大功率充電樁，建議使用柔性充電堆技術。

2.2 公交車充電樁功率選擇的依據

根據佛山市現(xiàn)運行的電動公交車技術參數，純電動公交車的車長在8.4～8.6 m之間，電池容量在78～185 kW·h之間，續(xù)航里程在77～282 km之間。插電式混合動力公交車的車長基本為10.5 m，電池容量在13～27 kW·h之間，續(xù)航里程在14～60 km之間。

2.2.1 電動公交車充電的特點

目前電動公交車根據充電快慢可分為快充車和慢充車兩種。

（1）快充車（充電倍率≥3C）：電池容量較小（一般低于100 kW·h），車身配置兩個直流充電接口，可實現(xiàn)兩支充電槍同時充電。由于電池容量較小，運營過程中線路往返一次消耗的電量占比大，因此需在充電站場利用每次發(fā)車間隔進行快速補電，以達到下一次發(fā)車的運營電量需求。快充車要求采用快補模式，即晚上在停保場充滿電，白天在公交首末站、樞紐站利用發(fā)車換班間隔進行快速補電。

（2）慢充車（充電倍率＜3C）：電池容量較大（一般大于100 kW·h），車身配置一個直流充電接口，單槍單充。由于電池容量較大，運營過程中線路往返一次消耗的電量占比小，因此不需要在每次的發(fā)車間隔進行快速補電，一般一天補電2～3次即可滿足運營需求。慢充車可采用快充慢補模式，即晚上在停保場充滿電，白天在公交首末站、樞紐站適當地利用某些發(fā)車換班間隔進行快速補電。

根據電動汽車電池的特點，為避免深充深放的充放電模式對電池壽命的影響，電動汽車日常行駛過程中，當電池電量下降至30%時，就需要進行補電；當利用大功率的充電樁快速補電至電池容量的80%時，電動汽車的BMS系統(tǒng)出于對電池的保護，將主動限制充電樁輸入電池的功率，所以想要充滿電池剩下的20%的電量所需時間會比較長。現(xiàn)把快充的時間段定義為把電池容量從30%充至80%所需的時間，即補電量為50%所需的時間；慢充的時間定義為把電池容量從30%充至100%所需的時間，即補電量為70%所需的時間。

2.2.2 快充模式下充電樁的功率選擇

快充一般為白天在公交首末站或樞紐站利用大功率充電樁進行快速補電，根據佛山市電動公交車運營需求，快充模式下充電樁功率需滿足充電10 min（1/6 h）達到運營需求：6～7 m車運營25 km（補電19 kW·h），8～9 m車運營30 km（補電23 kW·h），10～11 m車運營40 km（補電30 kW·h）。

由公式Q（充電量）=P（充電樁功率）×t（充電時間，已含充電啟停及校準等準備時間），推算出充電樁功率P=Q/t=Q/（1/6 h），可實現(xiàn)在發(fā)車間隔內至少補充線路來回一趟消耗的電量。

結合電動汽車非車載充電機（直流充電樁，也叫快充樁）技術規(guī)范和電池性能，方便日后運維（方便框架采購，也為了減少充電樁及其備品備件的種類），現(xiàn)推薦電動公交車的快充樁功率選擇120 kW、150 kW、180 kW（一樁一槍）或240 kW、300 kW、360 kW（一機雙槍，每支充電槍各分配一半功率）。直流充電樁選擇分體結構型式，采用高頻開關整流模式，成套配置有源功率因數校正技術，充電站原則上不單獨設置無功補償及濾波裝置。

2.2.3 慢充模式下充電樁的功率選擇

慢充模式一般為晚上電動公交車停靠在公交車停保場，利用固定停車位配置的充電樁進行充電，補電過程有充足的時間，考慮到公交充電站采用大工業(yè)用電性質，為降低運營成本，選擇谷電時間段（00：00—08：00，共8 h）進行充電。根據目前佛山市的電動公交車技術參數，電池容量在78～185 kW·h之間。

由公式Q（充電量）=P（充電樁功率）×t（充電時間，已含充電啟停及校準等準備時間），推算出P=Q/t=（78～185）/8=（10～24）kW，即在充裕的充電時間條件下，充電樁功率大于24 kW即可（電動公交車回場時的電池電量一般不會低于30%）。考慮未來技術進步，電池容量會進一步提升，根據適當超前的原則，晚上慢充模式下的充電樁功率可選擇30 kW、45 kW（一樁一槍）或60 kW、90 kW（一樁雙槍）。為降低晚上電動汽車移位排隊停車充電的運營人力成本，建議在公交停保場根據場地的停車位數量和車輛數量，按照樁車比1:1進行充電樁的配置。

2.3 柔性充電技術

目前市場上直流充電樁型式分為三大類：一體式充電樁、分體式充電樁、矩陣式柔性充電堆。

2.3.1 傳統(tǒng)一體式或分體式充電樁

傳統(tǒng)固定功率的充電樁，分為一體式和分體式，多為一機雙槍。分體式充電樁多應用于功率較大的樁機，整流模塊分離機體，集中存放，較一體式樁機更便于設備散熱和日后功率增容。對于擁有單個充電口的公交車，可一個充電樁對兩輛車同時進行充電；對于擁有雙充電口的快充公交車，可雙槍同時對一車進行充電。

目前充電設施大部分為固定功率充電樁，其結構和使用操作簡單。但只能按照最大供電功率的電動汽車進行配置，設備投資比較大，受車輛數量限制，夜晚充電時需要人工對車輛進行移位充電調度。充電功率較小的汽車充電，剩余功率浪費，系統(tǒng)運營能效比降低，利用率低。需要給后期更大功率的汽車充電時，需要購買新的充電樁，升級改造費用高。

2.3.2 矩陣式柔性充電堆

矩陣式柔性充電堆是將電動汽車充電站內全部或部分智能充電模塊及監(jiān)控系統(tǒng)集成在一起，利用計算機控制技術對智能充電模塊進行集中控制及動態(tài)分配，為電動汽車動力電池提供電能。其優(yōu)勢在于采用矩陣開關，可根據車輛充電需求及相應充電策略，實現(xiàn)充電功率的共享，按需分配，一位一端，無需移車，具有兼容社會車輛充電的特點。

為適應車型多、升級易的電動車充電需求，避免充電樁不能適應電池技術的發(fā)展，而導致無法對電動汽車充電，柔性充電堆作為新一代充電設施，將朝著具備高兼容性和擴展性發(fā)展，建議在新建的公交車充電站嘗試采用柔性充電堆技術。

3 結語

充電基礎設施是電動汽車推廣應用的重要環(huán)節(jié)，其布局是關乎未來電動汽車產業(yè)發(fā)展和城市建設的重要而復雜的問題。隨著國家新一輪電動汽車推廣工作的開展，充電基礎設施的建設將迎來新的高潮。

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