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(qū)別,在線充電也可以細分為:(1)車輛動態(tài)充電模式;(2)車輛靜態(tài)充電模式。
該車型的控制信號納于車內(nèi)局域網(wǎng)(BUS CAN)。站點(場站)上供電設施可以接入由滑觸線網(wǎng)輸入的600V直流電,也可以是工業(yè)用電的380V交流電。車載充電機的功率可以在15kW-80kW范圍內(nèi)進行匹配。
(一)車輛動態(tài)充電模式
即線網(wǎng)下車輛行駛充電模式。車輛在行駛之中,車頂?shù)募姉U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(jù)司機操作狀態(tài),向電機控制器發(fā)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(tài)充電模式
車輛停在固定的場站。車頂?shù)募姉U和線網(wǎng)接觸,滑觸網(wǎng)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(wěn)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(shù)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(nèi);每公里配車輛臺數(shù):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(diào)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(diào)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(shù)據(jù)
依據(jù)上述參數(shù)設定,12米純電動模擬運營工況條件下的數(shù)據(jù)如下:
(一)在不開空調(diào)下的充放電數(shù)據(jù)
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(shù)據(jù)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(diào)耗電量的充放電數(shù)據(jù)
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(diào)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(diào)耗電量108 kW•h);
3.綜合以上數(shù)據(jù)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(wěn)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(wǎng)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(wǎng)并各配供電廂,線網(wǎng)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(wǎng)并各配供電廂,線網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)。即整條線路50臺車共利用750m線網(wǎng)。
(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(wǎng)下方充電即可。即整條線路50臺車共利用750m線網(wǎng)。
4.4.2在場站內(nèi)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(nèi)分區(qū)段架設充電線,進行統(tǒng)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(jié)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(wǎng)。
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(nèi)分區(qū)段架設充電線,進行統(tǒng)一充電。充電位長寬為15m×3m。場站內(nèi)可交叉排布。
4.充電線的設計長度與車輛數(shù)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(jù)場站條件合理,合理擺放車輛位置,再在場站內(nèi)分區(qū)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(wǎng)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(shù)量為:
直流充電樁數(shù)量=2000kW÷100=20(個)
交流充電樁數(shù)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(shù)量為:
直流充電樁數(shù)量=3200kW÷100=32(個)
交流充電樁數(shù)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(wǎng)。
線路上充電設施投資成本如下:
若在場站內(nèi)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(wǎng)。
線路上充電設施投資成本如下:
若在場站內(nèi)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(jù)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(jù)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(guī)定
【6】DL/T5352—2006高壓配電裝置設計技術規(guī)程
【7】Q/GDWl56—2006城市電力網(wǎng)規(guī)劃設計導則
【8】Q/GDW370—2009城市配電網(wǎng)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)
