电动汽车充电设施的设计与建设

潘 熙，李 芳

（扬州供电公司，江苏 扬州 225001）

电动汽车充电设施的设计与建设

潘 熙，李 芳

（扬州供电公司，江苏 扬州 225001）

电动汽车是一种发展前景广阔的绿色交通工具，是解决能源和环境问题的重要手段。电动汽车充电站作为电动汽车能源补给站，是发展电动汽车所必须的重要配套基础设施。结合已建成投运的扬州吴州路电动汽车充电站实际情况，介绍了吴州路电动汽车充电站内的CEV1000智能充电运行管理系统的功能及组成，对未来电动汽车商业运营管理模式进行探讨。

CEV1000智能充电系统；交流充电桩；电动汽车充电站

汽车的能源消耗和废气排放的日益增加，是造成全球石油危机和温室效应的主要原因之一，因而，发展新能源汽车迫在眉睫。电动汽车代表了新能源汽车发展的方向。在此背景下，国家电网公司大力推进电动汽车充电设施的建设，从2009年开始制定建设方案，到2010年全面启动建设。扬州供电公司与国家电网公司电力科学研究院鼎力合作，于2010年4月建设完成了江苏扬州市第一座电动汽车充电站——吴州路电动汽车充电站。

1 设计思路

扬州吴州路充电站设计过程中，国家电网公司电力科学研究院与扬州供电公司按照国家电网公司颁布的《电动汽车充电设施典型设计》要求，采用最新研制的CEV1000智能充电运行管理系统的先进技术和设备，完成了扬州吴州路电动汽车充电站的设计方案。

2 充电站简介

扬州吴州路充电站坐落在吴州东路、智谷产业园附近，是江苏省深化设计的第一座充电站，也是首座集充电站、供电营业厅于一体的充电站。充电站内建有3台大型直流充电机、4台中型直流充电机、10个交流充电桩，可同时为17辆车提供快、慢2种充电方式的充电。扬州吴州路电动汽车充电站自投运以来，充电设施运行安全可靠，为用户提供智能化充电，实现自动化管理。

扬州吴州路电动汽车充电站的建成，为具有行驶零排放、低噪音、低能耗的电动汽车产业发展提供了平台，并为其他城市今后建设电动汽车充电站提供了标准和样板。

3 智能充电运行管理系统

扬州吴州路电动气车智能充电运行管理系统分为：充电系统、配电监控系统、安防系统、计量计费系统、有源滤波装置及直流电源系统。系统构成如图1所示。

图1 CEV1000智能充电运行管理系统构成

3.1 充电系统

电动汽车充电站的充电系统是充电站重要的组成部分，主要设备有包括CEV1100交流充电桩和CEV1200直流充电机。扬州吴州路电动汽车充电站配备了3台大型充电机（其中包括设计容量为700 V/300 A充电机一个，500 V/400 A充电机2个），4台中型充电机（设计容量为500 V/200 A）和10台交流充电桩（220 V/5 kW），可以供17辆左右的公交车和小型工程车充电。

CEV1100系列交流充电桩是一种利用专用充电接口为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能的电动汽车专用充电装置。主要功能包括：充电控制功能、人机交互功能、计量计费功能、状态量采集功能、模拟量采集功能、通信监测功能、保护功能、辅助功能等。交流充电桩是目前乃至以后相当一段长的时间内，小型电动汽车的主要充电方式，可应用在各种大、中、小型电动汽车充电站中，并可很方便的安装在各种公共场所、单位内部及小区内部停车场内。

CEV1200系列直流充电机是根据采用锂动力电池电动车辆的充电需求而专业设计生产的。该产品采用国际先进的软开关技术，具有转换效率高、输出电流稳定、可靠性高、寿命长等特点，具有反接保护、短路保护、低压保护、过压保护、过热保护等功能。采用模块化设计，具有强大的容错性。操作界面使用图形化的触摸屏。具有CAN现场总线，能完成与电池管理系统（BMS）、充电桩和电力后台监控系统实时通信，从而对锂动力电池的充电进行优化和可靠的保护。

充电机主要由充电机控制器、整流设备、直流充电桩、计量计费设备等组成，总括为整流柜和充电桩2部分。整流柜和直流充电桩之间通过通信来协调工作，直流充电桩的人机交互功能接受工作人员或者车载BMS软件的命令，控制整流柜输出的电流电压等参数，通过直流充电桩上的接口完成对电动汽车的充电。

3.2 配电监控系统

CEV1300配电监控系统作为全站的运行管理中枢，是保障安全稳定供电的核心部分。具体分为充电站后台监控系统和配电保护测控系统。扬州吴州路电动汽车充电站监控后台配置3台主机，1台服务器，都配有CEV1000智能充电运行管理软件。

充电站监控后台主要完成采集、处理、存储来自充电机及配电系统监控的数据，提供图形化人机界面及语音报警功能，完成系统的数据展现及下发控制命令，用以监控充电机及配电系统的运行；除配电站监控SCADA功能外，还提供针对充电站系统的诸如智能负荷调控等高级应用功能，为充电站安全、可靠、经济运行提供保障手段。CEV1300充电站监控后台系统主要面向大中小型电动汽车充电站监控后台系统、配电监控中心、中小型变电站监控系统及楼宇自动化等应用。

CEV1300系列充电站配电保护测控系统应用范围广泛，可广泛应用于各种大、中、小型规模的电动汽车充电站，既能构建保护、监控相对独立配置的充电站配电自动化系统，也能构建保护监控一体化配置的充电站配电自动化系统。配电保护监控系统又分为保护装置、测控装置和备自投装置，能实时全面的对整个充电站的配电系统进行监控，保障充电站内用电安全。

3.3 安防系统

扬州吴州路电动汽车充电站中配备了一套完整的CEV1500安防系统，它由摄像机、红外报警器、烟感报警器、门禁系统、辅助灯光、声光报警器、连接电缆、监控屏柜、嵌入式硬盘录像机、液晶显示器、报警主机、综合电源、网络交换机、监控终端等设备组成。安防系统完成充电站的视频监控以及消防、门禁和周界安全的监控，通过通信管理机获取配电系统监控及充电机的相关告警信息，用以完成视频联动监控。设备具备良好的屏蔽功能和抗强电磁干扰能力，整套系统采用标准化、网络化、免维护式结构，具有高度的可靠性和安全性，完全可以保证充电站内安全运行，保证防火防盗。

(5)取少量溶液于试管中,加入过量Ba(NO3)2溶液,静置,取上层清液,滴加稀硝酸酸化,再加入AgNO3溶液,产生白色沉淀,则说明溶液中有Cl-

3.4 计量计费系统

扬州吴州路电动汽车充电站中配备的CEV1600计量计费系统既能为用户提供IC卡发卡、充值、管理、支付的操作环境及历史记录，也能提供精准的端口电量计量（有功、无功），并提供分时计量功能，存储总计、尖峰时段、高峰时段、平时段、谷时段电能量。

系统具体分为IC卡管理系统、计量管理机和多功能电能表。IC卡管理系统中发卡子系统为用户发放充电卡号数字序列号唯一的IC卡，系统同时记录用户的详细信息，为用户提供充值、挂失、补办、销户等各项相关服务的全面处理。

计量管理机按设定的定时采集时间间隔对电能表数据进行采集、存储，并在主站召测时发送给主站。同时可监测电能表运行状况，包括：电能表参数变更、电能表时间超差、电能表故障信息、电能表示度下降、电能量超差、电能表飞走、电能表停止等参数。

多功能电能表具有正向有功电能、反向有功电能计量功能，能存储其数据，并可以据此设置组合有功；具有分时计量功能，有功电能量按相应的时段分别累计，存储总计、尖峰时段、高峰时段、平时段、谷时段电能量；能够测量、记录、显示当前电能表的电压、电流（包括零线电流）、功率、功率因数等运行参数。测量误差（引用误差）不超过±1%。

3.5 有源滤波装置

谐波和无功是关系电网质量的2个重要指标，两者的存在对电网或相关设备产生严重的影响和危害。谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，另外降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波电流流过中性线会导致中线过热甚至发生火灾。谐波电流在输电线路上的压降会使用户端的电压波形产生严重的畸变，影响电气设备的正常工作。

CEV1700有源电力滤波器（APF）是一种向系统电网注入补偿谐波电流以抵消负载所产生的谐波电流的主动式滤波装置，其最大特点是能迅速的动态跟踪补偿随机的谐波电流。它的使用可彻底改变常规无源滤波器的工作局限性，使单节点多装置并存、静态、单调谐谐波治理发展为单节点单装置、动态的谐波综合治理。CEV1700滤波器的谐波综合补偿率高于80%，这是无源滤波装置所无法比拟的。

相比于传统的无源型滤波器，CEV1700滤波器功能和滤波性能都大大提高，但同时装置成本也高于无源型滤波器。为了满足用户对滤波成本效益的要求，CEV1700滤波器设计为可以和传统的无功补偿电容（或无源型滤波器）联合工作，这样，既可以达到提高滤波效率目的，又减少了用户的资金投入。

3.6 直流电源系统

直流电源系统主要包含蓄电池、充电机、绝缘监测等设备，为10 kV开关操作机构、站内保护测控装置、通信设备、逆变电源等直流用电设备提供电能。该系统将整流器、微机监控系统、调压装置、馈出分路、保护告警回路、绝缘监测、蓄电池检测及开关量检测单元等有机地结合在一起，通过计算机实现自动管理，自动设定并管理各种类型电池的均充电、浮充电、放电、恒压恒流充电的运行，以及通过计算机完成自动调压、投切、故障报警、绝缘报警、信号输出、远程控制等操作，并能通过调制解调器、电力载波等其他传输设备完成遥测、遥信、遥调、遥控，实现远程集中监控管理。系统的具体电气参数有蓄电池容量、输入电压、输出电压、输出回路数、输出电流等，需根据充电站的实际直流设备负荷来进行选择。

4 未来电动汽车商业运营管理模式的探讨

在电动汽车的应用中，电动汽车充电设施是电动汽车商业化的基础配套设施，其作用等同于目前燃油汽车的加油站，只有具备了性能优良、服务完善的充电设施服务网络，电动汽车产业的发展才能得到进一步的推进。

未来，为方便电动汽车用户的使用，同时对充电设施实施标准化、统一化、商业化管理，将成立专门服务于广大用户的电动汽车商业化运营管理公司，该公司是国家电网公司与电动汽车用户之间的服务供应商，电动汽车商业运营公司从国家电网公司购得电力，再连同本身提供的充电、换电的服务一同销售给电动汽车用户。

同时，电动汽车商业运营公司将自身定位为电动汽车能源供应商，主要完成充换电站和充电桩的监控及设备检修，对充换电设施运行情况进行监视，对换电站的电池进行物流仓储管理，同时为用户办理相关业务，按照用户使用的电池电量进行费用结算，管理智能电卡的发行及费用结算。

为了实现电动汽车商业化运行管理，目前还面临着很多技术难关，如：充换电站运营和收费如何与电网协调？如何对充电站和交流充电桩进行统一监控？如何对电动汽车电池进行物流调度等，还有很多问题亟待解决。

未来电动汽车的发展前景广阔。目前我国的电动汽车充电设施产业面临着良好的机遇与巨大的挑战，相信随着国家相关政策的不断出台，电动汽车产业会更加蓬勃发展。

5 结束语

扬州在“十二五”期间将建设30座电动汽车充电站，其中大型电动汽车充电站10座，中型电动汽车充电站10座，小型电动汽车充电站10座，将形成连接城市东西南北的电动汽车充电网络。扬州吴州路电动汽车充电站的成功投运，为今后江苏省充电站的建设提供了宝贵经验。

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［1］刘振亚.智能电网技术[M].北京：中国电力出版社，2010.

［2］刘振亚.智能电网知识读本[M].北京：中国电力出版社，2010.

［3］张文亮，武斌，李武峰，等.我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨[J].电网技术，2009，33（4）：1-5.

［4］辛克伟，周宗祥，卢国良.国内外电动汽车发展及前景预测[J].电力需求侧管理，2008，10（1）：75-77.

Design and construction of electric vehicle charging facilities

PAN Xi,LI Fang
（Yangzhou Electric Power Supply Company,Yangzhou 225001,China）

The electric vehicle is green transportation with a wide development prospect,is the important means to solve energy and environmental problems.The electric vehicle battery charging station as the electric vehicle energy supply station,is necessary important supporting infrastructure to develop the electric vehicle.Combined with the actual situation of completed electric vehicle charging station at Wuzhou Road Yangzhou City,this paper intro⁃duces function and composition of CEV1000 smart charging opera⁃tion management system in WuZhou electric vehicle battery charg⁃ing station.It also discusses the electric vehicle business operation management models in the future.

smart CEV 1000 charging facilities;AC charg⁃ing pile;electric vehicle charging station

F407.61

C

1009-1831（2012）02-0049-03

2011-01-06

潘熙（1979），男，江苏扬州人，工程师，先后从事电力负荷控制管理、营销计划与统计管理、电动汽车充电站管理工作，现就职于江苏扬州供电公司客户服务中心。李芳（1970），女，江苏扬州人，工程师，先后从事变电运行、优质服务管理、电动汽车充电站管理工作，现就职于江苏扬州供电公司客户服务中心。