本癩专题院储能魏术与控制
储能式电动汽车充电桩
段明亮，刘青，种马刚，吴辉，李鸣，孟彦京
(陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安710021)
摘要：将蓄电池储能技术和电动汽车充电桩相结合的储能式电动汽车充电桩，在用电高峰期使用
蓄电池对电动汽车充电，可以有效的缓解电动汽车随机式的充电方式给电网带来的冲击。
关键词：储能；电动汽车；充电桩。
Electric Vehicle Chraging Pile with Storage
Duan Mingliang,Liu Qing,Zhong Magang,Wu Hui,Li Ming,Meng Yanjing
Abstract：Combining the battery energy-storing technology with electric vehicles(EVs)charging pile , Building the energy-storing EVs charging pile,By battery for electric vehicle charging in peak season,
It can effectively alleviate EVs random way of charging to the impact of the power grid.
Key words:energy-storing;electric vehicles (EVs);charging pile
中图分类号:U469文献标识码:A文章编号0219-2713(2016)07-001-005
目前在日常中所使用的充电桩大都是单一的 直接接在电网上的，这样不仅增加的了电网的负 荷，而且充电效率也无法得到提升。储能式充电桩 的出现可以有效的缓解这一问题，在用电的高峰期 使用蓄电池对电动车进行充电，在用电低谷期对蓄 电池进行充电。而且蓄电池的输出电流和输出功率 要高于电网直接供给电动汽车充电的电流和功率，所以在同等时间下，储能式充电桩可以同时给更多 电动车充电，这大大提高了充电效率，节省了充电 时间。
收稿日期=2016-07-111储能式电动汽车充电站
将传统的电动汽车充电站与电池储能技术相 结合，构建充放储一体化电站'在用电低谷期对储 能系统进行充电，然后在用电高峰期释放存储的电 能，不但实现了对电网"削峰填谷"的作用，还有效降 低了大量电动汽车集中充电给电力系统带来的冲 击；文献[2]对充放储一体化电站中的能量转换系统 进行了详细阐述，分析了单独P C S与并联式PCS在 并网模式和孤岛模式下的运行特性和控制方式。文 献[3]给出了充放储一体化电站的总体设计方案，并 从功率转换、能量调节和系统设计方面介绍了一体
化电站的控制和各种运行模式。文献[4]分析了电动 汽车智能充放储一体化电站P C S 的无功电压调节
特性，然后基于无功电压调控提出了一体化电站的 增值策略和紧急控制策略。文献[5]介绍了一种储能 式电动汽车充电站的协同控制策略，来降低系统的 电力费用成本，同时平滑电网的负荷。文献[6]介绍 了含快速充电机和储能装置的电动汽车充电站结 构，并利用十二脉波整流器和虚拟阻抗注入法来降 低交流电网侧的谐波含量（Total  Harmonic
Distortion ，7HD )与直流侧的电压纹波。文献[7]描述
了含储能装置的快速充电站的整体结构和工作原 理，并针对三种不同的充电负荷，提出了相应的电 网和储能功率的分配方法。目前，国内已经投入运 行的充放储一体化电动汽车充电站有：青岛薛家岛 电动汽车充换放储一体化示范电站[8](2011年8月 投入运行)和上海嘉定安亭集中充换放储一体化电 站(2015年1月投入运行）。
2 系统总体方案设计
本文主要是针对储能式充电桩内的充放电控 制系统进行研究，并在前期对蓄电池充放电效率检 测系统的基础上，设计出一套储能式充电桩的模拟 实验系统，整体结构如图1所示，主要由模拟电池 组、功率转换系统和控制系统三部分组成。
2.1功率转换系统
电网通过AC /D C 变换器后构成直流母线，并在 电网输入端增加了 EMI 滤波电路，提高系统的安全 性和稳定性。然后再通过两类DC /D C 变换器实现和 两类电池负载的能量传递。对于电动车电池只存在 充电，所以选择单向Buck 变换器。
直流母线与电动汽车电池组之间采用非隔离 型Buck 变换器，原理图如图2所示，通过电压闭环 或电流闭环来调节开关管的占空比，实现对电池的 恒压或恒流充电；该电路结构简单，实现容易，且转 换效率高。
双向半桥型DC /D C 变换器选用的是双向
Buck /Boost 变换器，该变换器的两个开关管可以工
作在独立PWM 控制方式和互补PWM 控制方式下。 其原理如图3所示。本文只是在固定的时间段内执 行能量的单向传递，所以采用了独立PWM 控制方 式。
独立PWM 控制方式是指上下开关管不同时开 通。升压运行时，VT 2开关管可靠关断，VT ，开关管
与VT 2的体二极管VD 2按照一定的占空比切换导 通，电路等效于单向Boost 电路，储能电池组实现对 电动车电池组的放电功能；降压运行时，VT 1开关 管可靠关断，VT 2开关管与VT ，的体二极管VD ，按 照一定的占空比切换导通，电路等效于单向Buck
图1储能式充电桩的系统结构图
cx65第
19卷第7期2016年7月
POWER SUPPLY TECHNOLOGIES AND APPLICATIONS
Vol.19 No.7July.2016
本期专题院储能技术与繼制
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图2 Buck变换器原理图
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图3双向DC/DC变换器
电路，实现直流母线对储能电池组的充电功能。
2.2控制方式
为了实现系统不同运行模式的自动切换，开关 1尧2和3均采用继电器，通过核心控制单元进行控 制。系统不工作时，开关1、2、3均处于断开状态，当系统仅对蓄电池进行充电时，操作人员通过控制单 元控制开关1、2开通，系统采用最高电压、最小电流和定时来作为三段式充电方式中的切换和终止 充电的判断条件，当电压电流检测1装置检测流进 蓄电池的电压和电流达到预设值时，将采集的信号 反馈给核心控制单元，核心控制单元再发送信号到 隔离驱动模块，自动地控制开关2断开，或者充电 时间达到预设值时，同样隔离驱动模块控制2开关 断开。系统通过电网和蓄电池对电动车充电时，控 制方式同样也是如此，操作员通过控制单元打开3 开关，当电压电流检测2装置检测到电压电流达到 预设值时或充电时间达到预设值时，系统自动地控 制开关3断开。由蓄电池对电动车充电控制方法也 是如此，只是控制的开关是2和3，同样关断条件是 电压电流检测2装置所检测到的信号和时间。当系 统电网既对蓄电池充电又对电动车充电时，依旧人 为控制开关1、2、3的开通，当蓄电池和电动车都充 满时，检测装置检测流过二者电流都为零时，控制 单元再发送控制信号到驱动模块切断开关1。如此 便实现了系统充放电的自动化控制。
3 系统容量配置及参数计算
蓄电池主要设计指标如表1所列。
以比亚迪秦为例，比亚迪秦属于混合动力型电
表1系统的设计指标
北京现代瑞纳报价基本信息电池类型铅酸蓄电池
输人电压/V A C220(1±20%)输人参数工作频率/Hz50
输出电压/V20〜40
输出电流/A1〜30
输出参数
电压纹波1%
工作效率90%
软启动功能有
输出过压保护/V DC45
保护功能输出过流保护/A35
输出欠压保护/V DC20
散热方式风冷
第19卷第7期
2016年7月POWER SUPPLY TECHNOLOGIES AND APPLICATIONS Vol.19 No.7 July.2016
动汽车，是由156块  3.2 V/26 A h的磷酸铁锂(LiFeP〇4)电池串联组成一个499.2 V/26 A h的电池 组，总容量S2为13 kW*h，充电时间为5 h，充电功 率为2.6 kW，对于普通家庭用户均可以直接充电，或利用专门的交流充电桩进行充电。假设比亚迪秦 支持快速充电，设定其在1h内充满电，安全裕度系 数取1.2，充电效率浊为90%，则充电桩的最大输出 功率应为P i=1.2S2/浊t=17.3 kW。如果需要更快的充 电速度，则充电桩的功率将进一步增大。
对于普通用户10 kW左右的供电系统无法满 足上述快速充电要求，还需增加变压器的容量和相 关线路；对于功率可达20 kW的用户，虽然可以实 现1h的快速充电要求，但大大影响了其它家用负 荷的正常工作。但是对于蓄电池充电来说，选择8块12 V/200 A h的铅酸蓄电池作为储能电池组，实 际总容量S i=19.2 kW*h，这样无论快充还是慢充，都可以在普通家庭供电情况下实现充电，若是对于 宝马i8进行充电，其电池容量只有7.1 kW*h，则在 充一台比亚迪的情况下，就可以充两台宝马i8。这 是普通用户供电系统所达不到的。
4结束语
本文设计的储能式电动汽车充电桩，在充放电 控制上实现了自动化控制，在能量转换上也提高了 效率，并且一定程度上提高了电动车充电的效率。在普通用户供电系统受限的情况下，蓄电池可以在 其容量允许范围内对多台电动车同时充电，举个简 单的例子：假如某辆电动车的电池功率为5 kW，普
通用户10 kW左右的供电系统最多只能同时给两 台电动车充电，而用8块12 V/200 A h的铅酸蓄电 池作为储能电池组以及电网的一些补偿的话就可 以同时充4台电动车，这也从另测面反应了蓄电池 充电的效率要较高一些，一些电动车型号及其电池 容量参数如表2所列。
从表2中可以看出根据不同的车型，很明显 的，如果用户供电系统满足不了电动车充电要求 时，可以匹配相应数量的蓄电池对电动车进行充
表2 —些电动车型号及其电池容量参数
电动车类型电池容量/kW-h 2015款雪佛兰Spark EV18.4
2015 款福特C-M A X E n ergi7.6
2014款凯迪拉克ELR16.5 2014 款保时捷Panamera S E-H ybrid9.4
2015款丰田普锐斯插电式混合动力车  5.2
2015款雪佛兰沃蓝达17.1
2014款本田雅阁混合电动车  6.7
电。
而且夜间的用电费用要高于白天，夜间对蓄电 池充电，由蓄电池对电动车进行充电，这对于用户 承担的经济费用也是一种节约，对于电动车以后的 发展前景更具有重大的意义。
参考文献丰田mr2报价
[1]顾羽洁.电动汽车充放储一体化电站对电网影响的研
究[D].上海：上海交通大学,2012.
[2]刘宝其.充放储一体化电站并联式功率调节系统的控制
技术研究[D].武汉：华中科技大学，2012.
[3]杨敏霞，刘高维，房新雨等.计及电网状态的充放储一体
化站运行模式探讨[J].电网技术，2013,37 (5):1202-
1208.
[4]楚皓翔，解大，娄宇成等.电动汽车智能充放储一体化电
站无功电压调控策略[J].电力自动化设备，2014，34 (11):
48-54.
[5]Ding H，Hu Z，Song Y，et al.Coordinated control strategy
of energy storage system with electric vehicle charging
station[A]Transportation Electrification A sia-P a cific(ITEC
A sia-P a cific)[C],2014 IE E E Conference and Expo.IE E E，
2014:1-5.
[6]Bai S，Lukic S M.Unified Active Filter and Energy
Storage System for an MW Electric Vehicle Charging
Station[J].IEEE Transactions on Power Electronics，
2013,28(28)：5793-5803
(下接第11页）
本期专题院储能技术与控制
绿黄红
顺时针训练难度増大
图10难度系数调节显示装置
了使驾驶员更为直观的感受，需要把剩余行驶里程 的估算值显示在仪表盘上；第三，警告信息，当电池 组存在安全问题时，需要及时通过仪表通知驾驶 员，同时需配合声音警告来引起驾驶员的注意。
车速显示是根据传感器采集到的电机定子电 流电信号，经处理后，在显示盘上以km/h为单位表 示车速。
训练过程记录即启动时由于过流导致车辆熄 火次数，为指导学员训练提供数据依据。
5结束语
本设计在保留了传统燃油教练车的车灯、喇叭 等结构的基础上，用异步电动机和铅酸蓄电池组取 代
燃油教练车的发动机和油箱，并设计了一套纯电 动教练车整车控制系统。
本控制系统的特点采用调速闭环切换的方式 实现电机在怠速运行时，车辆速度的
稳定。其性能可与燃油教练车相媲美，能够满足驾 驶各科目培训要求。本设计还提出了训练难度系数 调节方法及应用，为驾校指导学员训练提供数据依 据，方便学员更快的掌握驾驶技术。这样不仅可以增加学员的练车时间，提高练车的效率，而且能够 减少驾校练车的成本，真正做到零污染、噪声小、节 约能源。
参考文献
奥迪q7是进口的吗
[11 成振坤.小型电动场地教练车动力系统优化设计「D1.西
安：长安大学,2013.
特斯拉model 3价格[2] 孙林峰，麻友良.电动教练车模拟燃油车操控特性的研
究与开发[J1.四川兵工学报，2011, 32(3):124-126.
[3] 冯镇.小型电动场地教练车动力系统匹配设计与仿真研
究[D].西安：长安大学，2011.
[4] 杨超.电动教练车起步控制设计与仿真[D].武汉：武汉
科技大学，2013.
[5] 陈全世.先进电动汽车技术[M].北京：化学工业出版社，
2013.
[6] 崔胜民.新能源汽车技术[M].北京：北京大学出版社，
2014.
[7]陈清泉.现代电动汽车技术[J].电子技术，2008(7):5-7.
[8] 符晓玲，高云龙.电动汽车电池管理系统研究现状及发
展趋势[J].电力电子技术，2011.45:27-30.
[9] 陈伯时.电力拖动自动控制系统：运动控制系统[M].
机械工业出版社，2006.
[10]谭晓军.电动汽车动力电池管理系统设计[M].广州：中
山大学出版社，2011.
作者简介
杨凡（1992-)，硕士研究生，研究方向为电力电子技术与电气传动。
(上接第4页）
[7]Bayram I S，M ichailidis G，Devetsikiotis M，et al.Electric
Power Allocation in a Network of Fast Charging Stations ['.S e le cte d Areas in Communications IEEE Journal on，2014,31(7)：1235-1246.
[8]冯俊淇，解大，房新雨等.电动汽车充放储一体化站多用
途变流装置工作特性分析[J].现代电子技术，2012,35
(21):135-138.
作者简介
刘青（1992-)，硕士研究生，研究方向为电力电子技术，新能源汽车。