电动汽车充换电设施的电能计量及其溯源方法

余佳

摘 要：电动汽车是近年来全球倡导交通工具节能减排的新兴产物，它的零排放和高能效使其使其成为社会和科学领域都热议和研究的话题，具有着相当可观的社会需求与发展前景。但是，电动汽车由于自身动力电池储存量小，所以存在寿命短的缺陷，这也是短时期内电动汽车无法大规模普及市场的关键。本文主要针对电动汽车充换电设施电能计量进行分析和讨论。

关键词：电动汽车；充换电；设施；电能；计量方式

电池充电技术是电动汽车的核心技术，但也是目前电动汽车产业发展的瓶颈，因为在电池储量与充电技术等关键技术环节上还未能实现突破。我国电动汽车产业发展迅速，其充换电设施用电特性具有非线性、冲击性特点，传统电能表已难以满足此类负荷准确计量的要求，而且缺乏相应检定溯源手段。

1 电动汽车发展

在科学技术不断进步的今天，随着经济社会的不断发展，人类给自然环境带来的破坏也越来越大，致使地球资源短缺，环境污染严重。空气质量低下、全球温室效应、沙尘暴、雾霾等现象已经是屡见不鲜了，给人们生活带来了许多不便。为了促进资源的合理利用，促使人们走上持续发展道路，交通工具必须做出相应的改革，电动汽车作为新型的交通工具，受到了社会各界人士的青睐。电动汽车运作噪音低、污染小，其运作核心是充换电设施，因此，对电动汽车充换电设施经营模式的研究，是促使电动汽车产业可持续发展的有效手段，对电动汽车产业发展有着积极的意义。

我国目前纯电动汽车，其运行的原理是单一由蓄电池供给电能驱动的。其主要优点是：首先是电能为二次能源，几乎所有的能源包括风能，水能、地热能等都可以转换为电能，使汽车向使用多种矿物能源发展；其次是电动汽车机构简单，成本低，价格低廉。再次，电动汽车基本实现“零排放”，有效缓解城市环境污染问题。目前电动汽车的能量补给方式主要分为充电和换电两种，所谓充电是指使用外部交流或直流电源通过交流或直流充电口直接对整车动力电池进行充电；换电则是指用充满电能的动力电池替换电动车上电能已耗尽的动力电池来完成电能的补充。我国电动汽车充换电设施建设已具有相当规模，但目前政府没有制定相应的服务价格机制。为促进电动汽车产业健康发展，推进电动汽车充换电服务网络建设，亟需对适合我国国情的充电服务定价机制进行研究。

2 电动汽车电池充换方式

电动汽车发展形成一定规模后，电动汽车电能消耗相应增加，电能占终端能源的比例提升。电动汽车运营模式选择、充换电设施规划布点，以及服务网络运营管理方式等均会城市电网带来影响。

2.1 交流充电

就我国现今电动汽车电池充换方式来看，运用较广的就是交流充电。交流充电是不需要专业人员的指导，用户通过交流电桩就可以自主的对电动汽车进行充电，这种充电方式操作简单、易行，且对汽车电池影响较小，能延长电池的使用寿命。交流充电的充电量比较小，通常情况下，利用交流充电，充电时间都较长，一般五到八小时左右才能完成。

2.2 直流充电

与交流充电相对应的直流充电，在充电运作过程中，電动汽车借助电动机将交流电流转变为直流电流，从而供电。其充电量大、充电速度快，通常情况下，直流充电的电流量可以达到3.0C左右，而仅需半小时左右就能充满电，但直流充电也有其缺点，庞大电流短时间内极速充电，对电池的影响很大，大大缩小了电池的使用寿命，与此同时，直流充电对电网配置也有影响，会干扰电网设施正常运用。

2.3 电池更换

通过充换电站集中对标准电池进行充电，并为电动汽车用户快速更换电池。更换时间通常在3～5min。快速更换电池方式在充电时间、电池流通管理、充电安全等方面具有明显优势。该模式是由充换电站统一管理电池，使电池得到定期检修和维护，充分发挥电池的使用寿命，提高利用率，减少用户的维护负担。充电站可以有效利用低谷时段对电池进行统一充电，对电网起到了良好的削峰填谷的作用。

3 充换电设施电能准确计量和溯源方法的具体探析

在能源危机和气候变暖的双重挑战下，电动汽车成为发展低碳经济、落实节能减排政策的重要途径。电动汽车作为一种新型交通工具，是缓解我国石油资源紧张、城市大气污染严重问题的重要手段，是推进交通发展模式转变的有效载体。电动汽车的动力来源为装载于车体内部的动力蓄电池。当动力电池的电能消耗到一定程度时，就必须对其进行能量补充，以保证电动汽车能够持续循环使用。

3.1 直流电能计量方式

在电动汽车充电站运行中，电动汽车充电车辆的相关信息和充电的状态的起伏变化，都会对电流形成一定的影响，并且会对电能计量的准确性造成一定的影响。电动汽车的充换电设备在是使用直流电压充电的过程中，主要是采用直流计量的方式，换言之，需要配置直流电能计量设备，还要进行直流收费。假设不对充电机损耗的状况进行考虑的话，交流电能表和直流电能表计量的电量是一样的。如果不考虑充电机消耗的电能，那么交流计量中的充电电量要大于直流计量的充电数值。

3.2 谐波环境下的电能计量方式

谐波在不同环境下根据其组成负载结构来看可以分为两种，其一是线性结构，这种负载结构的电流量随电压平频率和电流强弱的变化而改变，另一种是非线性结构，这种结构顾名思义就是不随负载参数的变化而改变。不同形式负载下的谐波分析电力系统中的负载根据其特性可分为线性负载和非线性负载。线性负载参数不随电压或电流变化而变化，而非线性负载参数则会随电压或电流变化而变化。在谐波分析中，最长使用的是傅里叶变化方式。这种方式的要求波形的周期采样数值N要符合N=2n，这样才可以确保分析的精度更具准确性。所以硬件实现系统整周期采样是确保谐波能量计量精度与谐波分析的基本保证。但是在具体的使用过程中，冲击负荷表中存在的采样模块是用固定的采样率进行采样，负荷的具体频率的变化会致使不同步的采样出现不同的结果。在实际的频率与理想的工频频率出现不一样的状况时，要使用软件插值的方式，以此到达准同步或者是同步的成果。

结束语

电能计量及溯源技术是电力供需双方共同期待攻克的技术难关。成熟的电能计量及溯源技术研究能保证全国电能量值的统一和准确可靠。电动汽车充换电设施的电能计量及其溯源方法是分析电动汽车对电网影响的基础，也是研究电动汽车运营模式的基础。电动汽车充换电设施的电能计量及其溯源方法将拓宽电能计量的领域，对电动汽车的商业化运营起到巨大的推动作用。

参考文献

[1]赵伟，孟金岭，陈锐民，孙卫明，罗敏.电动汽车充换电设施电能计量及溯源方法[J].电力系统自动化，2013（11）.

[2]张逸飞“加油”，电动汽车——国内首座电动汽车充换一体电站观察[J].国家电网，2010（10）：52-54.

[3]刘文峰，朱聪，李斌，张沫.我国电动汽车充换电基础设施标准的现状和发展建议[J].交通运输研究，2015（06）.

[4]康继光，卫振林，程丹明，等.电动汽车充电模式与充电站建设研究[J].电力需求侧管理，2009（5）：64-66.