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摘要：在倡导低碳经济的背景下，电动汽车作为一种新兴的绿色环保交通工具，在未来汽车市场将占据重要地位。充换电站作为电动汽车能量补给站，是发展电动汽车产业的关键。本文仅就充换电站相关知识略述以供参考。
关键词：电池箱；电动车；充换电站；
1.前言
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。
电动汽车充换电设施为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。电动汽车充换电设施建设，符合国家创建环境友好型、资源节约型的和谐社会需求，并且能有效地为促进新能源电动汽车的快速发展提供最根本的基础设施的保障。
2.充换电站主要组成
电动汽车充换电站一般由电池箱、电池更换系统、充电系统、供配电系统及配套的建构筑物所组成。
2.1动力电池
动力电池是电动汽车的关键元器件，目前主要采用的是锂电池，其特点是体积小、质量轻、工作电压高、循环寿命长、自放电率低、无污染、安全性高。主要分为酸锂电池及磷酸铁锂电池。通过电池串联，可提高电压，容量保持不变；电池并联，可抬高容量，电压保持不变。
2.2电池更换系统
电池更换系统是充换电站的核心组成部分，由电池箱堆垛设备、电池箱更换设备、暂存架以及电池箱等组成。
电池更换系统工作流程：将电动汽车沿车辆导引装置开到指定位置，无需车辆硬连接固定，由电池箱更换设备（机器人）将汽车两侧上的电池逐个卸下，再将准备好已充满电的电池，推入汽车内，完成更换。电池箱堆垛设备将更换下的电池逐个搬入电池架进行充电。
为了保证在换电设备发生意外故障停运或充换电站内停电无法运行等突发情况下依然可以进行换电服务，一般充换电站均配置有半自动换电装置，其采用机械助力方式，单人可轻松快捷完成电池箱的更换。
2.3充电系统
充电系统包括充电机和充电架。
目前电池充电常采用三段充电法：预处理、恒流充电、恒压充电。开始以预定的恒流充电，电池电压逐渐升高，当充到接近充电终止电压时，恒流充电结束，接着以充电终止电压恒压充电，充电电流不断下降，当降至0.1C时，表示电池已充满，终止充电。
充电机主要有两大类：相控式、高频开关式。
相控式采用大功率晶闸管为开关器件，交流输入电压经工频隔离变压器降压/升压后，利用晶闸管整流后，经输出滤波电路得到稳定的直流电流/电压。特点：单机功率大，技术成熟，易维修，但对电网有一定的谐波干扰。
高频开关式采用功率晶体管、MOS管、IGBT等为开关器件，交流输入电压经整流滤波后得到脉动的直流电压，经高频逆变、高频隔离变压器、整流滤波后输出稳定的直流电流/电压。特点：系统效率高、体积小、谐波干扰小、系统可靠性高。
充电机可动态调整充电参数、自动完成充电过程，并具备通过总线方式与电池管理系统通信的功能，获得电池箱参数及充电电池的状态参数。
充电机能判断电池箱是否连接正确。与电池箱正确连接后，充电机才能允许启动充电过程。当充电机检测到与电池箱的连接不正常时，必须立即停止充电
2.4供配电系统
充换电站按设计规模，一般采用10kV电压等级供电，站内设置有附属配电所。供配电系统包括：高压配电装置、400V配电装置、配电变压器、配电保护及监控系统、计量计费系统。
（1）配电变压器
考虑电动汽车充换电站负荷变化大、空载时间长，宜选用树脂浇注干式变压器，其容量可根据充电设施内充电机的输入容量、充电机数量、充电机同时系数及变压器最佳负荷率、功率因数定。
式中，SN—变压器容量（kVA）；Kx—充电机同时系数，取0.6；P—充电机输出功率（kW）；COSφ—功率因数，取0.95；η—充电机工作效率，高频开关整流充电机取0.9；Se—除去充电机外其它设施总负荷容量（kVA）；βm—变压器最佳负荷率，取0.65。
（2）有源滤波无功补偿装置
电动汽车充电属于谐波源负荷，会产生谐波电流注入公用电网，影响电网电能质量水平。因此需要采取措施抑制其谐波电流注入，以确保电能质量和电力系统的安全、经济运行。充换电站一般考虑在400V母线配置有源滤波器以抑制谐波，其容量可按下式计算。
式中，S补—有源滤波器容量（kVA）；Kx—整体修正系数，一般选择0.5～0.8；Ki（i=1，2，3）—充电机可靠系数，一般取1.05～1.20；ηi（i=1，2，3）—充电机的充电效率；ζi（i=1，2，3）—充电机在交流电源输入端产生的谐波电流含有率（取输出电压范围内的最大值）；Si（i=1，2，3）—单台充电机容量（kVA）。
（3）监控系统
监控系统是充换电站自动化系统的核心，主要包括监控后台、充电机控制系统、配电系统监控、电池更换监控系统、计量系统、安防系统及通讯管理机等。
充电机控制系统是充电机的一部分，是充电机的控制中心和通信枢纽。负责与后台系统交换数据；完成充电机的充电控制；获取电池状态和运行信息；完成充电过程的联动控制。
（4）计量计费系统
计量计费系统由计量部分和计费部分组成，计量部分由关口电表、直流电表、交流电表以及用电采集终端组成；计费部分由计费工作站与服务器组成。
充换电站由用电采集终端采集各个关口电表、直流电表、交流电表的实时电量信息，通过本地工业以太网与计费工作站通讯，将整个电站的电量信息传送至后台并储存。
4充电技术对充换电站建设的影响
由于目前电动汽车用蓄电池类型琳琅满目，种类繁多，且各种电池要求的电压等级也不尽相同，如何做到充电通用性也必须是充电站考虑的问题。要做到这一点也需要相关规程规范来协调充电装置与电动汽车的充电接口。
与电机和控制技术相比，电动汽车用电池的充、放电技术仍很落后，目前只能通过优化现有蓄电池充电智能化方法以达到电池的无损充电，避免过放电从而达到延长电池的使用寿命和节能的目的，最大程度上保证电池的稳定可靠的运行。
5充换（放）电站建设对电网公司的影响
大量充换（放）电站的建设将带来新一轮的负荷快速增长；充电场所的不固定，也将导致系统的运行工况随时发生改变，对电网系统的稳定运行带来隐患；而且由于电动汽车动力电池充电机属于非线性装置，这必然将对供电系统产生谐波污染，导致功率因数下降，对供电系统的电能质量带来不利影响，在用电高峰充电时，会加重供电系统的负担。
然而充换（放）电站建设对电网公司带来严峻挑战的同时，机遇也孕育而生。电动汽车产业的发展将开拓电网公司的售电市场，提高电能占终端能源消费的比重；同时引导用户采用适当的充电模式（夜间充电，白天使用），减少电网峰谷差，提高电网设备利用率；而且能够在不影响用户使用的前提下将电动汽车作为移动储能设备，延缓电网基础设施投入。
6结语
随着电动汽车产业的蓬勃发展，充换电站在国内也迎来建设高潮。充换电站作为一个新类型的工程摆在各参与建设单位面前，应熟悉了解充换电站内所使用的设备、工艺流程、工程特点，方能很好地完成设计工作。
参考文献：
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[3]Q/GDW236-2009.电动汽车充换电站通用要求[S].
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