1、亚运村电动汽车充电桩技术方案广州南方电力集团科技发展有限公司2010年 1 月第一部分充电桩发展的现状1.概 述目前，珍惜地球上有限的石油资源，保护人类赖以生存的自然环境，减少温室气体排放量，遏制全球变暖趋势已经成为全世界各国面临的共同话题。汽车作为现代社会化大工业的产物，为推动人类文明向前跃进做出了巨大的贡献，给人类的生活带来了舒适和便捷。根据联合国的统计数据显示，目前汽车的耗油量已占全部石油消耗的75%,同时也带来了巨大的环境污染。要缓解这两个日趋严重的两个问题，汽车工业必然向着环保、清洁和节能的方向发展，包括发展清洁替代燃料汽车和电动汽车。电动汽车在环保、清洁、节能等方面占据明显的优势，2、据相关统计，电动汽车在能量利用率比燃油汽车高7.5 个百分点，污染物排量仅为普通内燃机车的 28%，基本无污染物排放。电动汽车具有无(低)污染物排放、噪音低、能效高、维修及运行成本低等优点，它的广泛普及将是缓解大气环境污染和能源紧缺的最有效方式之一。2.电 动 汽 车 发 展 现 状电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。目前国际国内汽车厂商相继推出了相关的电动汽车产品，主要厂商有比亚迪，万向集团，上汽，奇瑞、大众、丰田、日产等。电动汽车详细可分为三类：即仅以车载蓄电池（或电容）为动力源的纯电动汽车，以多个车载动力源提供动力的混合动力电动汽车（当3、前主要是指以内燃机及蓄电池）和以燃料电池为动力的燃料电池汽车。经过近 30年的努力，特别是过去 10多年国家汽车生产和消费政策的调整，我国汽车产业呈现爆发式增长，产销规模在 1998-2008 年的 10年间保持了 20%以上的年均增幅。目前我国已跃居世界第一大汽车消费国和第三大汽车生产国。我国汽车工业发展为世界瞩目，但在传统燃油汽车领域与发达国家有很大差 距，但在新能源汽车上的差距却没有那么大。特别在电动汽车领域，我国企业在关键的电池技术上获得了突破，具备了率先启动产业化的条件，有实现跨越的机会。电动汽车为我国汽车产业缩短差距、实现跨越提供了难得的重大战略机遇。我国从“十五”时期开始实施新能4、源汽车科技规划，“863”工程共投入20 亿元研发经费，形成了以纯电动、油电混合动力、燃料电池三条技术路线为“三 纵”，以多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术为“三横”的电动汽车研发格局。共计200 多家整车及零部件企业、高校和科研院所，以及3000 多名科技人员直接参加了电动汽车专项研发。经过近十年的发展，我国电动汽车的研发取得明显进展。到2009年，我国已形成约 1800项专利，并开发出了多款电动汽车样车。目前，共有48 个型号 的各类电动汽车获得机动车新产品公告，其中，比亚迪、奇瑞、长安等企业的插电式和油电混合动力汽车已具备上市销售的条件。电动5、汽车在我国正在进入快速发展新阶段。3.电 动 汽 车 电 池 使 用 现 状纯电动汽车的最大瓶颈是电池。电动汽车对电池的要求比较高，高比能、高比功率、快速充电和具有深度放电功能、循环和使用寿命长。铅酸电池作为比较成熟的技术，虽然其比能量、比功率和能量密度都比较低，但是高的性价比及高倍率放电，成为目前唯一能大批量生成的电动汽车用电池。镍镉电池和镍氢电池虽然性能好于铅酸电池，但是其性价比不高，含重金属，用完遗弃后对环境会造成严重污染。目前，越来越多的研究人员选用锂离子电池作为电动汽车的动力电池，因为锂离子动力电池有以下优点：工作电压高（是镍镉电池氢-镍电池的 3 倍）；比能量大（可达165WH/，6、是氢镍电池的3 倍）；体积小；质量轻；循环寿命长；自放电率低；无记忆效应；无污染等。如果采用锂离子电池，电动汽车成本 难以降低。磷酸铁锂电池也是一种锂电池，其比能量不到钴酸锂电池的一半，但是其安全性高，循环次数能达到2000 次，放电稳定，价格便宜，成为车用动力新的选择。比亚迪提出的“铁电池”由于官方没有透露确切消息，业界人士认为其为磷酸铁锂电池的可能性较大，高铁电池的可能性较小。高铁电池就是以高价铁盐 阴极材料如：高铁酸钡、高铁酸钾构成的水系电化学电池体系。首次提出高铁酸盐作正极材料的是以色列科学家，但是高铁电池稳定性及安全性很差，应用研究进展非常缓慢，目前还处于初步研究阶段。表 1 各种车7、用电池的性能比较电池类型能量（W h/kg）功率（W/kg）能量密度（W h/L）循环寿命（次）铅酸电池35 130 90 500 镍镉电池55 170 94 500 镍氢电池80 225 143 1000 锂离子电池120 180 360 1200 磷酸铁锂电池120 90 210 2000 燃料电池500 60 充电系统对于实际的电动汽车而言是不可缺少的支撑系统，同时电力企业作为关系国家能源战略和国民经济命脉的国有骨干企业，大力推动电动汽车的发展、充电站桩的建设具有重大意义。4.充 电 桩 发 展 情 况(1)、国外发展现状及相关政策新能源汽车替代传统燃料汽车，也许只是时间问题。随着油价高8、企、能源日益短缺，以节能环保为标志的新型汽车呼之欲出，世界各国对电动汽车、太阳能汽车、混合动力汽车等新能源汽车的热情高涨。各国纷纷加快发展新能源汽车的步伐，上至政府、下至企业，都在开足马力发展这种车型及其配套设施。在金融危机下，它更成为拉动汽车产业、刺激经济复苏的重要一环。电动汽车、在众新能源汽车大战中脱颖而出。要推动电动汽车在全球的普及，除了技术突破和标准统一外，相关基础设施建设也必须同步开展，像建路边加油站一样，各国都必须尽快建立起高效的“汽车充电站”网络。电动汽车充电站（桩）的建设正在全世界各国迅速铺开。日本:据报道，以色列和日本都希望通过制订明确的电动汽车充电站建设计划，帮助电动汽车在9、本国早日实现商业化。日本政府表示，为普及电动汽车，政府将在三年内建千余座充电站。其中，日本东京电力公司将带头参与有关的基础建设，明年东京将率先建成200多个充电站，三年后，日本电动汽车充电站数量增加到1000 个以上。日本国内年产电动汽车约10 万辆，日本政府计划到2030 年全面普及电动汽车。法国:巴黎是最早将清洁能源汽车引入公交系统的城市。在巴黎市区有大量纯电动公交车参与公共交通运营。随着电力驱动系统的开发成熟，纯电动轿车也在巴黎市民的生活中开始扮演越来越重要的角色。当人们都开上电动汽车的时候，人们希望处处可见的便不再是加油站，而是公用电动汽车充电站了。为方便市民出行，巴黎市政府拟出了一张10、“充电站分布图”，市民可以轻松地根据该图找到最近的充电站。从图上可以看出充电站的排列相当密集，并且广泛地分布于城区和郊区。充电站（桩）的建设正在紧张进行。法国巴黎充电站分布图：美国:推动新能源汽车发展是奥巴马政府能源政策的组成部分。日前，美国加利福尼亚州 SantaMonica 市政府在 SantaMonica 修建了一座极具未来感的太阳能充电站。该充电站服务的车辆全都是TOYOTARAV4电动车，共计 39辆。另外，美国旧金山市的电动汽车充电站日前也投入使用。市长纽瑟姆重申了旧金山要成为美国电动汽车首都的目标。奥巴马明确表示，美国政府计划投入数十亿美元用来推动插入式混合动力汽车的发展，目标是11、在2015 年有 100 万辆电动汽车投入使用。同时政府还投入4 亿美元支持充电站等基础设施建设。德国：德国政府规划到2020 年使电动汽车数量超过100 万辆。为实现这一目标，在今年年初德国政府通过的500 亿欧元的经济刺激计划中，很大一部分用于电动汽车研发、“汽车充电站”网络建设和可再生能源开发。法国：法国政府不仅采用多项政策优惠方案，“买环保汽车享受高额补贴”等鼓励市民使用电动汽车，法国政府还将投入4 亿欧元，用于包括电动汽车在内的清洁能源汽车研发。法国已经从国家政策层面准备采取配套措施，保证电动车等环保汽车的顺利运行，电力公司还将建设几百个充电站，如在工作场所、超市和住宅区等大幅增加充12、电站的数量，从而使充电如同加油一样便捷。电动汽车在很多国家都已经形成了一定的规模，各国政府都在大力扶持大型汽车集团的同时，制定了环保和节能法规，采取投资税收优惠、政府补贴促进消费的政策，以“双P”战略即用 Push(推)和 Pull(拉)两种力量推动电动汽车产业的发展、促进电动汽车充电站（桩）配套基础设施的建设。(2)、国内发展现状及相关政策多年来，国家政策引导下，我国在电动汽车、充电电池、直流电机等领域取得了突破性进展，国内多家汽车公司，如比亚迪，万向集团，上汽，奇瑞等均研发出电动汽车，并在奥运场馆、多个城市的公交线路已经投入运行。电动汽车研发技术已经趋于成熟，多家汽车公司已经具备批量生产能13、力，多款电动汽车已经上市。与世界其他国家一样，电动汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着。十五 期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑，设立 电动汽车重大科技专项，通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关。为此，从2001 年 10 月起，国家共计拨款8.8亿元作为这一重大科技专项的经费。而且在电动汽车的关键技术领域获得了重大突破，已经具备产业化，商业化的能力。为了推动电动汽车产业化的进程，2009年 3 月 20 日，汽车产业调整和振兴规划正式发布。规划表示，要启动国家14、节能和新能源汽车示范工程，由中央财政安排资金给予补贴，支持大中城市示范推广混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等节能和新能源汽车，建立电动汽车快速充电网络，加快停车场等公共场所公用充电设施建设。与此同时推出“十城千辆”电动汽车示范应用工程，计划将用3 年左右的时间，每年发展 10 个城市，每个城市推出 1000 辆包括混合动力汽车、纯电动汽车在内的新能源汽车开展试运行，（涉及这些大中城市的公交、出租、公务、市政、邮政等领域）。目前，北京、上海、重庆、长春、大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明、南昌等13个城市入选参与“十城千辆”计划。2009 年底召开的国务院常务会议决定，将节能与15、新能源汽车示范推广试点城市由13 个扩大到 20 个，选择 5 个城市进行对私人购买节能与新能源汽车给予补贴试点。为推进我国节能环保汽车的技术进步，促进汽车工业产业升级，国务院颁布汽车产业调整振兴规划细则，“逐步实现国产电动汽车产销规模”堪称是对纯电动车产业化的最大支持。其中，3 年内中央将投资100亿元专项资金，发展新能源汽车及车用电池组等关键技术，逐步实现国产电动汽车产销规模，总体形成国内 50 万辆电动、油电混合动力等新能源汽车产能；推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化，掌握新能源汽车的专用发动机和动力模块的优化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术。掌握新能源汽车的专16、用发动机和动力模块的优化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术。建立动力模块生产体系，形成 10 亿安时(Ah)车用高性能单体动力电池生产能力，发展普通型混合动力汽车和新燃料汽车专用部件，建立电动汽车快速充电网络，加快停车场等公共场所公用充电设施建设如充电站（桩）等措施使新能源汽车战略落到实处。在加速电动汽车充电站布局和建设中，国家电网、中石化、中海油、南方电网、中石油等大型央企纷纷发挥自身优势，均在全国范围内开始为充电站桩建设献力。国家电网公司明确了电动汽车充电设施的建设目标、选址原则、供电方式、计量计费方式。同时编制完成电动汽车充放电装置通用技术要求等6 项标准，编制完成 10 个省市公司建17、设方案并开展了电动汽车充电设施典型设计，比如以电动公交车为例，最快15 分钟就可充满电。国家电网建成首家可满足各类电动汽车充电的充电站上海漕溪充电站去年底正式运营，今年 3 月唐山南湖充电站建设完成。今年将在27 个城市建立 75 座充电站和 6209 个充电桩。南方电网公司首批电动汽车充电站(桩)于 2009 年 12 月 28 日在深圳建成投运，本期建设规模为两个充电站、134个充电桩，充电容量总计达2480千伏安。中石化北京石油分公司与北京首科集团成立合资公司，中石化旗下加油、加气站将改建成加油充电综合站。中海油去年向天津力神电池股份有限公司投资了50 亿元，生产电动汽车使用的锂电池，正18、考虑在全国建设电池更换站网络的可能性。中石油据称与地方政府部门有接触，提出建设电动汽车充电站的想法。当前在国内还没有建成充电站桩。电动汽车及充电站市场作为新能源工程，得到了地方政府的支持和推动。各地方政府积极配合落实“十城千辆”计划。充电站桩建设正在全国迅速铺开。广东省 2010 年 3 月 29 日下发广东省电动汽车发展计划，将形成以广州深圳为中心的产业集群。以 16届亚运会、25届世界电动汽车大会、26 届世界大运会为契机，推动电动汽车在广州、深圳等重点城市的规模应用。2012年，政府采购电动汽车占比例要达到10%。到 2015 年，广东形成 20 万辆以上电动汽车综合生产能力，部分核心技19、术达到国际先进水平；争取全省电动汽车销售量占新车销售总量的 3%5%，产量占汽车总产量的5%左右。在新建加油站、居民小区、公共停车场要配套安装一定数量的充电设施。现有加油站、居民小区和公共停车场要逐步加建。在规划、工程审批等方面向充电设施特别是快速充电站建设倾斜。深圳市新能源汽车的发展提出了具体工作目标，计划到 2012年，推广使用新能源汽车 2.4 万辆(包括混合动力汽车、纯电动汽车和天然气汽车)以上，到2015年达到 10万辆(约占深圳现有汽车保有量6%以上)。深圳将建设各类新能源汽车充电站 12750 个，其中公交快、慢速充电站各25 个，公务车充电桩2500个，社会公共慢速充电桩一万个20、，社会公共快速充电站200 个。合肥市是全国推动新能源汽车“十城千辆”十大城市之一，合肥市政府今年计划建设 2 至 5 座电动汽车充电站、80 个充电桩，充电桩主要设置于停车场、居民小区甚至道路周边，充电站里会集中配备电容容量更大的多个充电机。2010年 3月 12 日下午，南昌市人民政府与江西省电力公司签订了南昌市电动汽车充电设施建设战略合作协议双方就落实国家节能减排政策，共同推进节能与新能源汽车示范推广应用启动了新一轮的合作。南昌市作为全国 13 家节能与新能源汽车示范推广试点城市之一，到2012 年，南昌的节能与新能源汽车将达到 1000 辆。电动汽车充电设施建设是新能源汽车推广实施的重21、要配套环节。今年在南昌市投资建设 1 座中型充电站及 150 个充电桩，力争年内全部投入运营，可为电动汽车用户提供专业化的充电配套服务，包括电池租赁、电池充换及检测维护等。江西省政府计划将首次投资由江西省电力公司建设1 座中型电动汽车充电站和 300 根交流充电桩，以有效促进江西省新能源汽车产业发展，促进节能减排。其它部分城市建成/规划充电站简况一览城市建成时间投资规模承建单位简介西安 预计 2010 年1000万元国家电网计划投资兴建 4 个电动汽车充电站和200个充电桩。其中，每个充电站设有4 个充电装置。天津 预计 2010 年-国家电网年内将建成 5 座电动汽车充电站，同时完成100 22、个交流充电桩建设，满足电动公交车、小型电动轿车就近充电需求。临沂 预计 2010 年3000万元国家电网计划建 2 座电动汽车充电站。建成后，该站将成为国内占地面积和投资规模最大的充电站，可满足 20 辆电动汽车实时不间断、安全可靠充电。北京 预计 2012 年-在“绿色北京”行动计划(20102012 年)中指出，北京将陆续建立新的充电站供各种车辆使用。充电站应该像加油站一样普遍而方便，并有可能通过租赁电池等方法便于私家新能源汽车在充电站内快速更换电池。第二部分亚运村充电桩系统技术方案1.系 统 架 构 图计量一体化主站系统充电桩计量计费管理客户端服务器前置机充电桩充电桩充电桩GPRS/CD23、MAGPRS/CDMAGPRS/CDMA3.1 充电桩充电桩采用 GPRS/CDMA的通讯方式与主站进行实时数据通讯，充电桩的数据信息主动上报给计量一体化主站系统，通过主站系统对消费卡进行数据核对和管理。充电桩主动上报充电过程和电量计费信息。第三部分充电桩产品1.VCS2000系列电动汽车充电桩产品介绍电动汽车充电桩根据不同场合的需要，有 VCS2010 电动汽车充电桩（落地式）和 VCS2020 电动汽车充电桩（壁挂式）。1.1 产 品 特 点1.1.1 环境适应能力1）为适应户外的使用环境，户外型充电桩的整个外形设计采用不锈钢结构，防护等级 IP56（防尘、防雨淋）；2）显示区、刷卡区采用24、 PC材料，具有较高的强度、耐热性和耐寒性；还具有自熄、阻燃等优点，其强度和韧性很好，可经受重压；1.1.2 可靠性1）全部采用工业级的器件和部件，工作温度范围可达到-2575；2）电磁兼容性：脉冲群抗扰度、静电抗扰度、浪涌抗扰度均达到GB/T17626 4 级；3）装置具有自检功能，包括打印机缺纸报警、避雷器过流熔断、装置失压报警及各模块的自检故障警。1.1.3 安全防护能力1）充电桩安装有过流保护装置、漏电保护装置、雷击浪涌保护装置；2）当系统检测到过压、欠压、过流、谐波越限时，立即停止充电，并报警；3）充电插座盖门可自动上锁，防止充电时误拔插头；4）充电桩具有检测充电电源插头是否到位的功25、能；5）采用加密的非接触式CPU 卡。1.1.4 实用性1）具有 GPRS/CDMA远程通信功能，可将交易信息和报警信息上传主站；2）具有级联功能，多个充电桩可通过RS485接口级联在一起，由一个上行通道与主站通信；3）具有远红外通信功能，可进行本地参数设置或数据查询；4）刷卡区和充电插座盖门内，在夜间有灯光照明；5）充电完成后可打印凭条；6）用户可根据语音提示，完成充电桩各项的操作；7）装置可远程升级，满足功能升级的需要；8）用户可根据语音提示，完成充电桩各项的操作。1.2 技 术 参 数1.2.1 正常工作条件温度：-2575湿度：95%1.2.2 防护等级满足 GB4208-2008中所26、规定的 IP56 防护等级。1.2.3 供电电源1）供电方式：交流单相供电；2）额定工作电压：AC220V；3）额定电流：充电插座AC16A，充电桩其它电气回路AC32A 以上；4）频率：50Hz；1.2.4 准确度等级单相有功电能表，精度不低于1.0 级1.2.5 关键部件通流能力1）充电开关具有带负荷分合能力：额定电流36A；2）断路器额定电流 32A，剩余电流保护额定动作电流为30mA，动作时间不大于 0.1 秒；3）避雷器通流能力 20kA。1.2.5 阀值参数1）充电电流过流阀值：默认16A；2）充电电压过压阀值：默认242V；3）充电电压欠压阀值：默认178V；4）谐波畸变率越限阀27、值：30%。1.2.6 充电桩通讯接口1）10M/100M 的网口；2）GPRS/CDMA远程通信接口；3）红外通信接口；4）RS485级联接口。1.2.8 机械性能能承受 GB6587.4-1986中相关要求的 GB6587.5-1986中第二组要求的冲击实验。1.2.9 可靠性和寿命1）整机平均无故障时间不低于10000小时；2）插座正常插拔次数不少于10000次。2.VCS2000系列电动汽车充电桩使用说明2.1 充 电 桩 示 意 图12远红外口2.2 使 用 说 明2.2.1 刷卡操作1）需要充电时，将 CPU 卡靠近“刷卡区 2”2 厘 M以内，听到“嘟”一声，表明刷卡成功；2）“28、9 喇叭”会报出您目前卡上的余额，并且提示您打开“5 充电插座门”，将电动汽车充电插头插入“8 充电插座”；3）“1 显示面板”会显示卡上的余额和当前的电价，充电桩所提供的额定电压及最大充电电流；注意：此时您的卡已被设成无效，充电完成后，需再刷一次卡，才能恢复有效。注意：若卡的余额不够，将不能进行充电。2.2.2 充电操作1显示面板4故障灯5运行灯6急停开关7维修门2刷卡区3充电插座门8充电插座9喇叭11打印按钮10打印口5充电插座门1）刷卡完成后，按照提示打开“5 充电插座门”，将电动汽车充电插头插入“8 充电插座”；2）若充电插头未插好，“9 喇叭”会提示您插好插头；3）这时，您也可以按“29、11打印按钮”，打印您目前的余额和电价单据；4）插好充电插头后，关闭“5 充电插座门”；5）“9 喇叭”提示“5 充电插座门”已关闭，准备充电。注意：“5充电插座门”在刷完卡后才能打开。注意：在将充电插头插入“8充电插座”前，应确保充电插头电源线在电动汽车一端已连接正确。2.2.3 充电完成以下几种情形，充电将自动终止。1）电动汽车电池已充满；2）电动汽车电池未充满，但卡的余额已用完；3）电动汽车电池未充满，但进行了第2 次刷卡；4）充电过程中发生异常，如插头松动、过压、欠压、过流、谐波越限等。2.2.4 事件告警1）充电桩具有自检功能，当检测到某个模块（显示模块、刷卡模块、语音模块、打印机模30、块、计量模块、充电控制模块等）有故障时，将产生告警信息。出现以上模块故障（除显示模块、打印机模块故障外），将不允许进行充电操作，“4故障指示灯”会亮；2）充电桩具有遥信功能，包括避雷器热熔断遥信、打印机缺纸遥信、充电插座门位置遥信、充电插头位置遥信、充电开关位置遥信。3）以上告警事件可在显示模块告警栏中显示，并记录和上传至主站系统。2.2.5 急停操作在充电过程中，若发生异常情况，充电桩会自动停止充电，作为辅助功能，也可以手动按下急停开关。2.3 安 全 须 知1）急停开关限紧急情况下使用，平时不得随意操作；2）在插入充电插头前，应确保充电电源线电动汽车一端已连接正确；3）充电过程中车辆不能移31、动。2.4 安 装 维 护 说 明充电桩安装尺寸（mm）2.4.1 充电桩安装1）落地式充电桩桩体底部应固定安装在高于地面不小于20mm 的基座上。基座面积不应小于 50mmX50mm；2）壁挂式充电桩桩体应采用应安装牢固，安装高度应保证电气接口连接和人机交互均操作方便；3）充电桩外壳应可靠接地；4）充电桩通常以成组的形式出现，充电桩内配备供充电桩之间链接用的电源转接端子排，端子排可接入25mm2（电流 150A）的多股线。5）多个充电桩可通过RS485接口（双绞线）级联在一起，由其中一个作为上行通道（GPRS/CDMA）与主站通信；2.4.2 充电桩维护1）具有本地和远程参数设置功能。可通过管理卡、“12远红外口”设置相关信息；2）通过费率配置卡或手持设备可设置各种可变动、可调设的参数，如费率、阀值参数等。3）充电桩具备查询功能，管理员可通过查询卡在操作界面上查询相关信息。第三部分工程报价及工程实施