基于纯电动出租车换电站工程建设的模式分析_图文

2024年3月8日发(作者：爱驰汽车最新消息)

经验交流Ｉ　Ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　基于纯电动出租车换电站工程建设的　模　式　分　析　北京新能源汽车股份有限公司口田家力　陈保江曹建波　摘　要　近年来．电动汽车的发展已上升为国家能源战略．电动汽车充换电设施的建设　是电动汽车持续发展所必需的重要配套设施。当前电动汽车由于受电池技术在高能量比、快　速充电、长周期循环寿命等层面上的制约．造成电动汽车续航里程短、充电时间长．驾驶感　不能类同于传统汽车。换电模式作为目前解决电动汽车发展瓶颈最直接的方式，对电动汽车　发展起到重要的推动作用　本文以北汽新能源在北京推广换电模式出租车ＥＵ２２０为背景．详细分析换电站工程建设　选址布局、工程配置．并对出租车换电站模式进行探讨。　关键词　电动汽车　换电站　互联互通　１换电模式应用背景　而生。无线充电受制于技术成熟度和基础设备的　限制。尚未得到大范围的应用。除了常规的直接　纯电动汽车动力电池电能补给是电动汽车运　给车辆充电外．还可以采用更换动力电池的方式　行非常关键的环节。常规充电模式采用交／直流　给电池充电．即用满电状态的电池包替换电量较　充电桩、充电适配器等传导式充电方式．但传导　低的电池包。将替换下的电池包进行再充电。三　式充电受充电连接线的制约．故而无线充电应运　种充电模式的对比见表１　表１　三种充电模式的对比　充电模式　传导式充电　无线充电　换电模式　１）３分钟快速换电，解决充电慢　问题：　优势　充电设施多．较方便　车辆的受电部分与供电部分没有机械链接　２）电池统一管理，安全、可靠、　使用寿命长：　３）电网削峰填谷　１）电池成本大：　缺点　２）充电时间长：　１）传输功率小、效率低、充电时间长：　１）通用性差，标准未统一（但　３）快充缩短电池寿命：　２）无线充电电磁兼容性差；　在同一车型上不受限制）；　４）影响电网　３）无线充电技术尚未成熟、成本高　２）换电站前期投资较大　现阶段．电动汽车每一种充电模式都有明显　业运行模式，规避用户前期投资大、电池因管理　短板，北汽新能源大力推广换电版纯电动汽车建　不到位循环寿命短等不利因素。在市场推广中，　设．换电站能有效解决电动汽车充电时间长、充　随着换电站设施数量的增多．换电相对于充电的　电设施配套不足的缺点。电池采用“租赁”的商　优越性逐步体现，逐渐得到广大用户的认可。　４７　

Ｅｘｃｈａｎａｅ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｌ经验交流　机　表２换电站选址条件　械　工　２场站规划　因素　站址选址　重要性　业　标　准　电动出租车换电站建设选址布局需以服务　环境　符合环境保护和防火安全的要求．不　高　方．避开地势低洼和可能积水的场所　化　与　质　量　便利化为原则。综合考虑换电站建设用地、电　力接入、换电站建设要求、政府规划等因素。　要求　靠近有爆炸或火灾危险等潜在危险的地　还要考虑换电站建成后的社会示范效应及运营　设施　交通　停车便利、换电不应造成交通堵塞　较高　收支情况　（１）规划分布　电动出租车换电站建设主要取决于电动出租　车每次换电所能达到的行驶里程及换电站服务半　径。在换电站建设初期。北汽新能源结合北京市　城乡分布，在局部范围内以点试行。联合加油　站、出租车公司采用共建模式推动建设；中期，　以现有换电站之间的距离和站点之间的需求量．　成线状扩展布局，扩大换电站覆盖范围。最终实　现全区域范围内的规划．并根据实际换电站运行　服务需求进行优化布局　１）车辆投放　电动出租车的运行对运营里程要求高．换电　服务压力大。换电站需超前建设．并在搭建合理　网点布局和满足场站换电服务能力条件下分批　次、按区域投放车辆。　２）服务半径　合理设置场站服务半径。既可以满足用户换　电需求，又可以避免站点建设过于密集。造成换　电站建设投资及后期运营不饱和的资源浪费　北　汽新能源换电站建设初期以５ｋｍ半径为规划服　务目标，根据人１：３分布密集度，在人１３密集区域　缩小场站网点半径．在人１：３稀疏区域增大场站网　点半径，打造城区人１３密集区域场站分布比拟于　加油站，郊区人１：３稀疏区间距较大的布局模式。　（２）选址要求　１）换电站选址满足ＧＢ　５０９６６－－２０１４《电　动汽车充电站设计规范》的要求，在保证站址安　全的前提下。综合考虑选址位置、配建设施和换　电站网点密度等因素。详见表２　４８　网点　交通便利、就近车站、大型商超、　较高　布局　居民小区、服务区等　配电　设施　供配电设施距离尽量短　中等　辅助　设施　消防、给排水、防洪、公共设施等　【｝ｌ等　２）结合城市及道路规划　换电站站点选择应有利于城市交通的畅通。　尽量避免以换电车辆对交通造成影响．同时还应　尽可能通过换电站的合理布局．获得大幅度的空　间分流与消减交通量的双重效果　３）配电网现状　换电站布局应充分考虑本区域的输配电网现　状，需要供电公司提供持续电力支持。系统合理　供电把换电站网络规划布局纳入城市配电网规　划，保证换电站稳定运营。　（３）车辆要求　换电出租车应满足国家及地方《出租汽车技　术条件》，实际运营里程宜满足日均两次换电需　求，换电时间也应尽可能缩短。如北汽新能源陆　续推出换电车型ＥＵ２２０／２６０／３００等系列．均实　现３分钟全自动换电操作　３工程配置　（１）换电站组成单元　北汽新能源换电站是基于电动汽车底盘换电　系统，按系统分类主要包括三部分：底盘换电系　统、集成充电系统和辅助系统，如图１所示。　１）定容的计算　换电站的规模围绕电池更换速度服务能力为　依据进行配置，以每次　换电（５分钟）为参　

经验交流ｌ　Ｅｘｃｈａｎａｅ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　换电站　换电系统Ｉ　Ｉ充电系统　辅助系统　竺　图１换电站组成单元　考，充电机以Ｃ。（１／３Ｃ）倍率对剩余　（ＳＯＣ　最大负荷下不问断运行。最大换电次数可达到２８８　为２０％）的电池进行充电（均充），换电站更换　次，实际配置２８个充电工位，１个备用电池工位。　电池采用充满模式，当换电站处于满负荷运行　２）电池循环配比和场站配电功率　时，此时需要电池数量Ⅳ为：　当前出租车选用ＥＵ２２０，其电池容量为　Ⅳ＝（１—２０％）门／３×６Ｏ／５＝２８．８　３７．８ｋＷｈ，在１／３Ｃ一１／２Ｃ充电倍率下，电池循　即换电站配置２９个充电工位，可实现换电站　环配比和场站配电功率方案选择见表３。　表３电池循环配比和场站配电功率　充电倍率　３ｍｉｎ换电　５ｍｉｎ换电　电池充电所需　电池可用换电２８ｘ３ｍｉｎ＝８４ｍｉｎ　电池可用换电２８ｘ５ｍｉｎ：１４０ｍｉｎ　２８ｘ３７．１／３Ｃ　８ｋＷｈ×１，３Ｃ＝３５２．８ｋＷ．单个充电机　电池需要充电时间０．８／１／３＝１４４ｍｉｎ　电池需要充电时间１４４ｍｉｎ　模块输出功率为１２．６ｋＷ　电池可用换电２８ｘ３ｍｉｎ＝８４ｍｉｎ　电池可用换电２８ｘ５ｍｉｎ＝１４０ｍｉｎ　２８ｘ３７．８ｋＷｈ×１／２Ｃ＝５２９．２ｋＷ．单个充电机　１／２Ｃ　电池需要充电时间０．８／１／２＝９６ｍｉｎ　电池需要充电时间９６ｍｉｎ　模块输出功率为１８．９ｋＷ　由表３可得出在充电机１／３Ｃ充电倍率、车　气下车辆行驶里程缩减，车辆续航里程以ＪｓｓＤｃ＝　辆５分钟换电周期下．换电站可实现全周期满负　２００ｋｍ，ＳＯＣ剩余２０％计算行驶里程。北京出　荷持续运转。为提高充电机模块可靠性和效率，　租车单双班以４：６运营．单班日最大行驶里程约　每块电池采用双模块（单模块１０ｋＷ）并联充电　为２５０ｋｍ，年运行里程约为６万ｋｍ；双班日最　模式．电池充电所需最大配电容量３５２．８ｋＷ。　大行驶里程约４００ｋｍ。年运行里程约１０万ｋｍ。　考虑到车辆电池容量及换电站后期规划。应预　１）每百辆换电车辆日需换电次数　留一定容量．为适应电动汽车的发展及电池梯次利　Ｎ＝ｋ　旦塑　地　＿眦　×口　用．场站增容一般选择５００ｋＶＡ或６３０ｋＶＡ箱变。　。　５ｓｏｃ　３】电池充电模式　代人数据。得到　２１３次。　换电站电池采用直流涓流充电模式．充电快　换电站以每５ｍｉｎ换电一次．则每日全时段　充协议，满足国家标准ＧＢ／Ｔ　２７９３０－－２０１５《电　运行最大换电能力为Ｎ　＝２８８次＞Ⅳ（２１３次）。　考虑到换电站实际换电周期为３ｍｉｎ每次．在不　动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间　考虑车辆换电排队问题时．换电站换电能力能满　的通信协议》。　足１０Ｏ辆换电车辆的日常运营　（２）区域性服　务能力　２）换电站所需建设个数　在换电站尚未形成规模性分布时，初期应在　已建场站区域投放一定数量电动出租车ＥＵ２２０。　业５　ｓｏｃｘ　ｘ＇／　×。　换电　单工位换电站设计服务车辆１００辆，车辆在电　以２０１８年北京预投放５万辆换电出租车．出　池满电状态续航里程为２２０ｋｍ．考虑到极寒天　车率ａ＝ｌ时。需要建设换电站Ｂ￣＝３６９座：由出租　机　械　工　业　标　准　化　与　质　量　０　一　ｏ。　∽　∞　鉴　４９　

Ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｌ经验交流Ｉ　机　械　业　杯　准　化　：，　质　里　踩　ｒ＿　躲　ＣＯ　０　一　５０　车年运行里程和日行驶里程对比．在实际运行中　电力负荷可靠运行。　车辆出车率ｎ　０．７，单次换电时间５ｍｌｎ＇则需要　３）网络监控系统　建设换电站Ｂ２＝２５９座：充分考虑到区域性布置、　换电站网络监控系统包括充换电监控系统、　适度超前配置的前提下，规划建设换电站５００座　供配电监控系统、安防监控系统，如图２所示。充　（＞Ｂ　），在北京城区人Ｉ：３密集区域建设密度增加，　换电监控系统通过监控平台实现充电机四遥（遥　可更好地满足电动出租车车辆的换电服务。　测、遥信、遥控、遥调）信息及电池充电参数、电　（３）换电站配置　池编码识别及更换操作记录、场站数据记录的跟踪　换电站按功能划分为监控操作区、充电区、　管理。其中电池信息通过电池信息“充换电记录、　供电区、换电区：按工位划分为单工位换电站和　累计行驶里程、电量”等数据记录。实现对电池全　双工位换电站．１９服务能力分别为２８８辆次、　生命周期的跟踪管理：供配电监控系统实时动态监　４００辆次　控换电站进出线电压、电流、功率因数、绝缘电阻　１）建筑配置　等电气主要参数，在每个电池充电回路配有单独的　换电站建筑构造简单，当前主推集装箱整体　电能计量，实时监控并记录场站运行数据；安防监　撬装模式。占地面积约１　５０ｍ２　３００ｍ　。　控系统包含视频监控、车辆出入口控制、入侵报警　２）供配电　系统，实现对换电站安全运行的监控。　场站将１ＯｋＶ箱式变、配电设备、监控系统　４）消防设施　及非隔离式高频充电机进行组合。实现变压器、　场站配置相应灭火器材、烟感等消防系统，　供电系统开关电器、传输导线等相关基本设备的　并配置电池应急处置箱。　挖没备　网２换电站运行网络示意罔　快充：同时电池频繁快充，加剧电池老化，增加　４换电站应用对比分析　电池使用成本：车辆快充时间仍然大于３０分钟　（１）出租车充电模式弊端　且快充功率较大。对电网容量造成压力和冲击。　电动汽车应用于出租车在实际运营中经常出　不利于换电出租车广泛推广：电池快充也带来安　现司机抱怨充电时间长和续驶里程短等问题。为　全隐患。当电池出现故障时。大电流快充会导致　解决充电时间长的问题．目前的解决方案是通过　电池发热量增大．增加电池热失控的风险　电池大功率快充技术　但电池快充电流受制于电　（２）出租车换电模式优势　池温度．电池温度过低或过高，都不能实现电池　换电技术有效解决了电池充电时间过长的问　

经验交流ｌ　Ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　题。用户只需要将车辆行驶到换电站。换电系统　在３分钟内完成电池更换．被更换的电池放置在　集中充电架上。电池在最佳环境下，采用最优充　电电流。完成电池补电，不仅实现高效充电，也　可有效延长电池循环寿命。与采用充电技术出租　车相比，换电出租车优势如下：　１）大幅度降低充电等待时间。北汽新能源　目前换电出租车ＥＵ２２０／２６０／３ＯＯ行驶里程为　２２０ｋｍ￣６０ｋｍ／３ＯＯｋｍ。每天更换２～３次电池。　即可满足日行驶里程不小于５００ｋｍ的要求．电　池更换总时间约１０分钟．与传统出租车日行驶　里程和加油等待时间相当　２）延长电池循环使用寿命，降低电池使用　及维护成本。换电电池在换电站充电。充电环境　温度通常保持在２５℃左右，采用１／３Ｃ倍率充电，　电池循环寿命可增加３０％以上；充电过程中，可　实时对电池维护。确保电池性能不会明显衰减。　３）提升电池充电安全性。换电电池采用最　优的充电电流充电。充电数据全程监控。当出现　故障时。监控设备停止充电并报警，换电站工作　人员会及时采取安全措施　５换电模式发展分析　（１）换电模式优点　１）快速换电。降低用户时间成本　当前电池性能不高．通过简单的增加电池数　量提高里程，既不经济、又不环保，换电模式比　拟于加油模式．３分钟的电池换电可满足车辆增　程需要．有效解决充电时间长及公共充电桩管理　上的缺失。在换电网络充足的条件下，用户可实　现长足巨离的行驶。　２）电池集中管理，提升电池寿命　换电模式下．低倍率充电能有效保护电池性　能　电池充电和日常维护都由专业设备和人员完　成。可及时发现电池隐患，进行必要的维护，有　效避免大功率快充充电加速电池老化、降低电池　寿命的隐患。　３ｌ促进电网智能化发展　电动汽车通过有效引导充电可实现电网削峰　填谷。换电站实现电池规模化的应用。更加有效　的推动电网智能化发展。配合风、光新能源发电　及电池循环梯度利用。可实现电力事故应急、储　能应用　４）降低车辆初次消费　电动汽车电池成本及可靠性一直是用户的重　大疑虑，在换电模式下，电池选择以租代售销售　模式，降低车辆初次购置成本。场站运营方对电　池质量负有责任．打消用户对电池维护和升级换　代带来的担忧　（２）换电模式推广存在问题　１】换电标准尚未健全　当前。换电模式仅能应用于同～款车型。由　于各个车企技术标准不同．换电设备、电池标准　也千差万别．实现换电模式的互联互通模式困难　重重．换电模式的推广需要车企在整车和电池核　心技术上的共享支持　２）换电站建设成本高，运营压力大　单个换电站建设和后期的运营成本相比充电　桩投资更大。在换电车辆较少、短期回收成本压　力较大时．固定换电出租车群体可减轻换电站营　收压力。同时需要政府、电网、车企、电池生产　商、设备制造商、场站运营商共同推进换电商业　模式发展，提升换电竞争优势和促进良性发展。　６结论　当前换电模式仅在少数车企单一车型、部分　区域试点推广，换电站需要网络化布局。少量换　电站建设不足以满足城市间或者高速公路等电动　汽车推广需要。网络化布局需要政府、车企、电　池厂商、设备厂家、运营商等各方本着合作、开　放模式联手推进、优势互补。推动换电标准规范　化。实现换电模式的互联互通，促进电动汽车行　业的全面发展　（收稿日期：２０１７－０６－０５）　５１