純電動汽車電能補充基本方式有兩種,一是將電量不足的車載電池進行置換下來,二是對電量不足的車載電池直接外接電源進行充電。在線充電模式是歸第(2)類。但是在線充電與普通的充電樁充電方式存在明顯區別,在線充電也可以細分為:(1)車輛動態充電模式;(2)車輛靜態充電模式。
該車型的控制信號納于車內局域網(BUS CAN)。站點(場站)上供電設施可以接入由滑觸線網輸入的600V直流電,也可以是工業用電的380V交流電。車載充電機的功率可以在15kW-80kW范圍內進行匹配。
(一)車輛動態充電模式
即線網下車輛行駛充電模式。車輛在行駛之中,車頂的集電桿和滑觸線接觸,滑觸線上的600V直流電,同過車載高壓充電機給車載電池充電。其基本原理是:
(1)整車控制器根據司機操作狀態,向電機控制器發送目標轉矩控制車輛的行駛。
(2)車輛在行進中,整車控制器閉合高壓充電機接觸器,滑觸線的600V直流電,通過高壓充電機向車載電池組充電。
(3)該模式適用于用戶具備在線充電客車的行駛條件。
(二)車輛靜態充電模式
車輛停在固定的場站。車頂的集電桿和線網接觸,滑觸網的600V直流電,同過車載高壓充電機給車載電池充電。其基本原理是:
(1)車輛停穩后,整車控制器閉合高壓充電機接觸器,滑觸線上的600V直流電,通過高壓充電機向車載電池組充電。
(2)該模式適用于用戶具備在線充電客車集中充電場站條件。
二、車輛運營及配套設施的基礎參數設定
①車輛日運營里程200km以上;單臺車運營平均車速13km/h、運營平均間隔時間:10分鐘。
②運營線路長度:在10-30公里范圍之內;每公里配車輛臺數:在3-3.5臺之間。
③車輛長度: 10m-12m(含10m,本文以12m為例)、寬度:2.55m、高度:3.55m;車載電池組端電壓:576V(直流);電機額定功率:100kW(取極大值),額定電壓:547V(直流)。
④供電廂(整流站)(基本型):10kV市電輸入,600V直流輸出;電桿檔距(標準):40m;
⑤滑觸線(雙溝銅導):85mm2;安全載流600A;饋電線纜(銅芯):400mm2;安全載流2820A。
⑥非空調車輛,每公里耗電:1.0kW•h(來源實際工況實驗值),日耗電量:200 kW•h;
⑦空調車輛,每公里耗電:1.7 kW•h(來源實際工況實驗值),日耗電量:340 kW•h;
三、12米純電動模擬運營工況數據
依據上述參數設定,12米純電動模擬運營工況條件下的數據如下:
(一)在不開空調下的充放電數據
1.充電機功率18kW,充電電流30A,在線模式下的日充電量為80 kW•h;
2.離線模式下的日耗電量為140 kW•h;
3.綜合以上數據條件,則車輛在運營過程中的充電與耗電平衡式為:
100 kW•h(夜間充電量)+80 kW•h(在線充電量)-140 kW•h(離線耗電量)=40 kW•h(日剩余電量)。
(二)計入車載空調耗電量的充放電數據
1.充電機功率40kW,充電電流65A,在線模式下的日充電量為180 kW•h;
2.計入車載空調耗電量,則離線模式下的日耗電量為248kW•h(其中行車耗電量140 kW•h,空調耗電量108 kW•h);
3.綜合以上數據條件,則車輛在運營過程中的充電與耗電平衡式為:
100 kW•h(夜間充電量)+180 kW•h(在線充電量)-248 kW•h(離線耗電量)=32 kW•h(日剩余電量)。
四、充電策略及方案布置
(一)充電設施布置要素
充電設施布置基礎要素包括:滑觸線、線桿、供電箱、整流站、饋線、捕捉器等部分組成,其中線桿按照等距離40米進行布置,供電箱需在每隔900米至1200米處設置一個,以保證電壓供電的穩定性。
(二)充電策略
(1)50車夜晚集中充電時間為: 24:00 pm -06:00 am;
(2)為社會車輛提供的充電時間為:06:00 am-24:00 pm;
(3)在線運營過程中,單邊1km線網下配置3臺車輛進行在線充電。
(三)線路設計及配套
4.3.1 50臺車,投放1條線路,運營線路長16km
在營運線路首末站的兩端建設充電線網并各配供電廂,線網長度設2*2.5km。
線路布置圖1
4.3.2 50臺車,投放2條線路,分別配車25臺,運營線路長10km
在2條營運線路首末站的共線一端建設充電線網并各配供電廂,線網長度設3km。
線路布置圖2
(四)夜間充電方案設計
4.4.1在充電線網下停車充電方案
(1)在投放1條線路,配車50臺,運營線路長16km的情況下,營運線路首末站的兩段分別停放25臺車,直接在線網下方充電即可。每端單邊分別停放12臺和13臺車,分別利用180m和195m線網。即整條線路50臺車共利用750m線網。
(2)投放2條線路,分別配車25臺,運營線路長10km的情況下,營運線路首末站共線一端停放50臺車,直接在線網下方充電即可。即整條線路50臺車共利用750m線網。
4.4.2在場站內停車充電方案
在有城市公交場站的情況下,在城市公交場站內分區段架設充電線,進行統一充電。如下圖所示:
交叉排布方式,對車輛的擺放要求較高,但極大的節省了車輛的充電占地面積。滿足50臺車的充電需要建設750m線網。
4.4.3充電位設計原則
1.在有充電線的線路上可不再設置充電復線,直接停在充電線下方充電即可。
2.在并線線路較多的情況下,可設置充電復線,前后車輛一字排列,相隔3米。
3.在有停保場的情況下可在場站內分區段架設充電線,進行統一充電。充電位長寬為15m×3m。場站內可交叉排布。
4.充電線的設計長度與車輛數量成線性正比。與如何擺放車輛無關。即增加一臺車的充電便增加15米的充電線。
5. 在有停保場的情況下可根據場站條件合理,合理擺放車輛位置,再在場站內分區段架設充電線。
(五)社會車輛充電設施布置
在基礎設施確保純電動在線充城市客車的正常運營的情況下,富余充電設施用于社會車輛充電,即利用線網的電力供應基礎設施的開展多用途為的各類電動汽車充電。在每一個鏈接點的交流和直流電源可以被利用。
概念圖
具體設計如下:
50臺純電動在線充城市客車在同一時間充電的最大功率為:
Pmax=50×100kW=5000kW
(1)在50臺車,投放1條線路,運營線路長16km的情況下
在線運營過程中,單邊1km配置3臺車輛(雙邊6臺)進行在線充電,則單邊5公里充電線可供15臺車輛(雙邊30臺)進行在線充電,其充電的功率為:
P1=30×100kW=3000kW
富余設施可為其它車輛提供的最大充電功率為:
P2=5000kW-3000kW=2000kW
則最多可設置充電樁數量為:
直流充電樁數量=2000kW÷100=20(個)
交流充電樁數量=2000kW÷10=200(個)
(2)在50臺車,投放2條線路,分別配車25臺,運營線路長10km的情況下
在線運營過程中,單邊1km配置3臺車輛(雙邊6臺)進行在線充電,則單邊3公里充電線可供9臺車輛(雙邊18臺)進行在線充電,其充電的功率為:
P3=18×100kW=1800kW
富余設施可為其它車輛提供的最大充電功率為:
P4=5000kW-1800kW=3200kW
則最多可設置充電樁數量為:
直流充電樁數量=3200kW÷100=32(個)
交流充電樁數量=3200kW÷10=320(個)
五、投資成本
(一)方案一的投資成本
50臺車,投放1條線路,運營線路長16km,需要新建2座牽引整流站,新建5公里線網。
線路上充電設施投資成本如下:
若在場站內架設充電設施,則投資成本如下:
(二)方案二的投資成本
50臺車,投放2條線路,分別配車25臺,運營線路長10km,需要新建1座牽引整流站,新建3公里線網。
線路上充電設施投資成本如下:
若在場站內架設充電設施,則投資成本如下:
(三)社會車輛充電設施成本
(1)在50臺車,投放1條線路,運營線路長16km的情況下,若全部設置直流充電樁,則成本為:20個×15萬元/個=300萬元;若全部設置交流充電樁,則成本為:200個×1萬元/個=200萬元。依據不同情況設置充電樁的成本為:
200萬元≤p1≤300萬元
(2)在50臺車,投放2條線路,分別配車25臺,運營線路長10km的情況下,若全部設置直流充電樁,則成本為:32個×15萬元/個=480萬元;若全部設置交流充電樁,則成本為:320個×1萬元/個=320萬元。依據不同情況設置充電樁的成本為:
320萬元≤p2≤480萬元
(四)綜合成本
參考文獻:
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【2】GB/T19826—2005電力工程直流電源設備通用技術條件及安全要求
【3】DL/T620—1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合
【4】DL/T621—1997交流電氣裝置的接地
【5】DL/T5221—2005城市電力電纜線路設計技術規定
【6】DL/T5352—2006高壓配電裝置設計技術規程
【7】Q/GDWl56—2006城市電力網規劃設計導則
【8】Q/GDW370—2009城市配電網技術導則
【9】Q/GDW371—200910(6)kV—500kV電纜線路技術標準
(本文作者為揚子江汽車集團有限公司汽車研究院 張煦)
