纯电动汽车电能补充基本方式有两种,一是将电量不足的车载电池进行置换下来,二是对电量不足的车载电池直接外接电源进行充电。在线充电模式是归第(2)类。但是在线充电与普通的充电桩充电方式存在明显区别,在线充电也可以细分为:(1)车辆动态充电模式;(2)车辆静态充电模式。
该车型的控制信号纳于车内局域网(BUS CAN)。站点(场站)上供电设施可以接入由滑触线网输入的600V直流电,也可以是工业用电的380V交流电。车载充电机的功率可以在15kW-80kW范围内进行匹配。
(一)车辆动态充电模式
即线网下车辆行驶充电模式。车辆在行驶之中,车顶的集电杆和滑触线接触,滑触线上的600V直流电,同过车载高压充电机给车载电池充电。其基本原理是:
(1)整车控制器根据司机操作状态,向电机控制器发送目标转矩控制车辆的行驶。
(2)车辆在行进中,整车控制器闭合高压充电机接触器,滑触线的600V直流电,通过高压充电机向车载电池组充电。
(3)该模式适用于用户具备在线充电客车的行驶条件。
(二)车辆静态充电模式
车辆停在固定的场站。车顶的集电杆和线网接触,滑触网的600V直流电,同过车载高压充电机给车载电池充电。其基本原理是:
(1)车辆停稳后,整车控制器闭合高压充电机接触器,滑触线上的600V直流电,通过高压充电机向车载电池组充电。
(2)该模式适用于用户具备在线充电客车集中充电场站条件。
二、车辆运营及配套设施的基础参数设定
①车辆日运营里程200km以上;单台车运营平均车速13km/h、运营平均间隔时间:10分钟。
②运营线路长度:在10-30公里范围之内;每公里配车辆台数:在3-3.5台之间。
③车辆长度: 10m-12m(含10m,本文以12m为例)、宽度:2.55m、高度:3.55m;车载电池组端电压:576V(直流);电机额定功率:100kW(取极大值),额定电压:547V(直流)。
④供电厢(整流站)(基本型):10kV市电输入,600V直流输出;电杆档距(标准):40m;
⑤滑触线(双沟铜导):85mm2;安全载流600A;馈电线缆(铜芯):400mm2;安全载流2820A。
⑥非空调车辆,每公里耗电:1.0kW•h(来源实际工况实验值),日耗电量:200 kW•h;
⑦空调车辆,每公里耗电:1.7 kW•h(来源实际工况实验值),日耗电量:340 kW•h;
三、12米纯电动模拟运营工况数据
依据上述参数设定,12米纯电动模拟运营工况条件下的数据如下:
(一)在不开空调下的充放电数据
1.充电机功率18kW,充电电流30A,在线模式下的日充电量为80 kW•h;
2.离线模式下的日耗电量为140 kW•h;
3.综合以上数据条件,则车辆在运营过程中的充电与耗电平衡式为:
100 kW•h(夜间充电量)+80 kW•h(在线充电量)-140 kW•h(离线耗电量)=40 kW•h(日剩余电量)。
(二)计入车载空调耗电量的充放电数据
1.充电机功率40kW,充电电流65A,在线模式下的日充电量为180 kW•h;
2.计入车载空调耗电量,则离线模式下的日耗电量为248kW•h(其中行车耗电量140 kW•h,空调耗电量108 kW•h);
3.综合以上数据条件,则车辆在运营过程中的充电与耗电平衡式为:
100 kW•h(夜间充电量)+180 kW•h(在线充电量)-248 kW•h(离线耗电量)=32 kW•h(日剩余电量)。
四、充电策略及方案布置
(一)充电设施布置要素
充电设施布置基础要素包括:滑触线、线杆、供电箱、整流站、馈线、捕捉器等部分组成,其中线杆按照等距离40米进行布置,供电箱需在每隔900米至1200米处设置一个,以保证电压供电的稳定性。
(二)充电策略
(1)50车夜晚集中充电时间为: 24:00 pm -06:00 am;
(2)为社会车辆提供的充电时间为:06:00 am-24:00 pm;
(3)在线运营过程中,单边1km线网下配置3台车辆进行在线充电。
(三)线路设计及配套
4.3.1 50台车,投放1条线路,运营线路长16km
在营运线路首末站的两端建设充电线网并各配供电厢,线网长度设2*2.5km。
线路布置图1
4.3.2 50台车,投放2条线路,分别配车25台,运营线路长10km
在2条营运线路首末站的共线一端建设充电线网并各配供电厢,线网长度设3km。
线路布置图2
(四)夜间充电方案设计
4.4.1在充电线网下停车充电方案
(1)在投放1条线路,配车50台,运营线路长16km的情况下,营运线路首末站的两段分别停放25台车,直接在线网下方充电即可。每端单边分别停放12台和13台车,分别利用180m和195m线网。即整条线路50台车共利用750m线网。
(2)投放2条线路,分别配车25台,运营线路长10km的情况下,营运线路首末站共线一端停放50台车,直接在线网下方充电即可。即整条线路50台车共利用750m线网。
4.4.2在场站内停车充电方案
在有城市公交场站的情况下,在城市公交场站内分区段架设充电线,进行统一充电。如下图所示:
交叉排布方式,对车辆的摆放要求较高,但极大的节省了车辆的充电占地面积。满足50台车的充电需要建设750m线网。
4.4.3充电位设计原则
1.在有充电线的线路上可不再设置充电复线,直接停在充电线下方充电即可。
2.在并线线路较多的情况下,可设置充电复线,前后车辆一字排列,相隔3米。
3.在有停保场的情况下可在场站内分区段架设充电线,进行统一充电。充电位长宽为15m×3m。场站内可交叉排布。
4.充电线的设计长度与车辆数量成线性正比。与如何摆放车辆无关。即增加一台车的充电便增加15米的充电线。
5. 在有停保场的情况下可根据场站条件合理,合理摆放车辆位置,再在场站内分区段架设充电线。
(五)社会车辆充电设施布置
在基础设施确保纯电动在线充城市客车的正常运营的情况下,富余充电设施用于社会车辆充电,即利用线网的电力供应基础设施的开展多用途为的各类电动汽车充电。在每一个链接点的交流和直流电源可以被利用。
概念图
具体设计如下:
50台纯电动在线充城市客车在同一时间充电的最大功率为:
Pmax=50×100kW=5000kW
(1)在50台车,投放1条线路,运营线路长16km的情况下
在线运营过程中,单边1km配置3台车辆(双边6台)进行在线充电,则单边5公里充电线可供15台车辆(双边30台)进行在线充电,其充电的功率为:
P1=30×100kW=3000kW
富余设施可为其它车辆提供的最大充电功率为:
P2=5000kW-3000kW=2000kW
则最多可设置充电桩数量为:
直流充电桩数量=2000kW÷100=20(个)
交流充电桩数量=2000kW÷10=200(个)
(2)在50台车,投放2条线路,分别配车25台,运营线路长10km的情况下
在线运营过程中,单边1km配置3台车辆(双边6台)进行在线充电,则单边3公里充电线可供9台车辆(双边18台)进行在线充电,其充电的功率为:
P3=18×100kW=1800kW
富余设施可为其它车辆提供的最大充电功率为:
P4=5000kW-1800kW=3200kW
则最多可设置充电桩数量为:
直流充电桩数量=3200kW÷100=32(个)
交流充电桩数量=3200kW÷10=320(个)
五、投资成本
(一)方案一的投资成本
50台车,投放1条线路,运营线路长16km,需要新建2座牵引整流站,新建5公里线网。
线路上充电设施投资成本如下:
若在场站内架设充电设施,则投资成本如下:
(二)方案二的投资成本
50台车,投放2条线路,分别配车25台,运营线路长10km,需要新建1座牵引整流站,新建3公里线网。
线路上充电设施投资成本如下:
若在场站内架设充电设施,则投资成本如下:
(三)社会车辆充电设施成本
(1)在50台车,投放1条线路,运营线路长16km的情况下,若全部设置直流充电桩,则成本为:20个×15万元/个=300万元;若全部设置交流充电桩,则成本为:200个×1万元/个=200万元。依据不同情况设置充电桩的成本为:
200万元≤p1≤300万元
(2)在50台车,投放2条线路,分别配车25台,运营线路长10km的情况下,若全部设置直流充电桩,则成本为:32个×15万元/个=480万元;若全部设置交流充电桩,则成本为:320个×1万元/个=320万元。依据不同情况设置充电桩的成本为:
320万元≤p2≤480万元
(四)综合成本
参考文献:
【1】GB/T18487.2—2001电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流电源的连接要求
【2】GB/T19826—2005电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求
【3】DL/T620—1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
【4】DL/T621—1997交流电气装置的接地
【5】DL/T5221—2005城市电力电缆线路设计技术规定
【6】DL/T5352—2006高压配电装置设计技术规程
【7】Q/GDWl56—2006城市电力网规划设计导则
【8】Q/GDW370—2009城市配电网技术导则
【9】Q/GDW371—200910(6)kV—500kV电缆线路技术标准
(本文作者为扬子江汽车集团有限公司汽车研究院 张煦)
