[科普中国]-充电站

电动车充电站、手机充电站和汽车加油站相类似，是一种给电瓶、手机“加电”的设备。是一种高效率的充电器，可以快速的给电动车、手机、 电动三轮车、老年代步车等充电。 “电动车快速充电站”、手充电站可以像汽车加油站一样，在沿街商店、街道社区、报刊亭旁、存车棚、投注点等处设置。 电动车充电站采用脉冲，具有较好的去硫化效果，可对电池首先激活，然后进行维护式快速充电，具有定时、充满报警、电脑快充、密码控制、自识别电压、多重保护、四路输出等功能，配套万能输出接口，可对所有电动车快速充电。

基本介绍

电动车是目前流行最广、节能环保的绿色出行交通工具。电动车配套的充电器，一次充电经常需要7-8小时，一旦行驶途中没有电能，将使行车人陷入尴尬的境地。据调查10位电动车用户中至少有5位车主就曾遭遇电动车“抛锚”，即使电动车有踏板，但由于电动车的设计与自行车有别，踩起来很不自然，而且电动车重量一般在50公斤左右，踩踏板很吃力。“电动车快速充电站”可以像汽车加油站一样，在沿街商店、街道社区、报刊亭旁、存车棚、彩票投注点等处设置。

随着充电站的普及，电动车用户不再因半路没电而下车推行而烦恼，不再因电量不足而不敢远行。手机用户不会因为手机没电而着急不能打电话！充电站切实为大家带来了便利。1

结构原理（1）充电站基本结构：

箱式电动汽车快速充电站由1）初级一次侧充电机（为再生储能蓄电池充电）；2）储能蓄电池；3）次级二次侧快速充电机（为电动汽车充电）；4）再生蓄电池检修机；5）计费控制系统；6）线缆配电系；7）机房组成。

机房采用密封和恒温设计，机房内设有值班办公间。

（2）工作原理：

平时（夜间优先）电网电力通过初级一次侧充电机向再生蓄电池进行储能充电，由于储能充电时没有时间要求，因而可用小电流慢速充电，充电电流可根据蓄电池电量自动安排充电时间，最大程度的使用夜间低谷电力。当需要为电动汽车充电时，根据电动汽车的允许最大充电电流和电压，通过次级二次侧快速充电机向电动汽车进行快速充电，由于充电过程是从储能蓄电池向电动汽车“倒电”，而不是直接取自电网，因而对电网没有任何干扰（如果直接从电网高功率取电，会严重干扰电网，不仅影响其他用户，而且威胁电网设备）。 充电费用按实际充电量计算，非常方便。

箱内设备采用模块式设计，配有再生蓄电池专用维修设备。

充电站采用第一次现场拼装，之后像集装箱一样可以根据需要进行整体移动。

偏远公路和用电无保障地域可采用太阳能和风能等形式，原理相同。1

应用介绍（1）公共停车场：停车场是社会充电站最佳的地方之一，交通方便、出入方便。可与停车场租用一个车位，甚至是便角落位置即可，可以留有2个充电车位（由于是短时充电，甚至都不用专用充电车位，按充电车数交一定费用即可）。

（2）大型购物中心：此地放置充电站必然会受到购物中心欢迎，充电的人会顺便购买商品（在哪里买都是买，正好利用充电的10-20分钟购物），这样，可与购物中心实现双赢。

（3）可停车的路边地：城市停车越来越难，许多非主干道，都被允许用来临时停车，由于箱式电动汽车快速充电站占用的地方非常小（小于20m2），可供箱式电动汽车快速充电站放置的位置非常多，并且根据需要进行随时移动。

（4）高速路服务区：在高速路服务区设置几座箱式电动汽车快速充电站，就可连接周边城市。数量不多，但意义很大，它将大大增加电动汽车用户的信心。

（5）居住小区：这是最贴近用户的地方，虽然小区内可以设置许多慢速充电桩，但有急事需要外出是几乎每个人都可能遇到的事情，慢速充电站必须与快速充电站结合起来才能发挥作用。

（6）单位、写字楼等：一般单位与写字楼都有停车场地，单位购置充电站不仅可为本单位的电动汽车服务，也可为本单位员工电动汽车服务，当然也可允许社会车辆快速充电。

（7）特殊景区，重要国道、偏远公路和用电无保障地域担忧须充电需求的地域可采用太阳能和风能等能源形式储能充电。

（8）改装部分应急充电车，对因电能耗尽抛锚路边的电动汽车进行应急充电。1

投币式充电站性能特点该充电器体积小，无需专人值守，自动工作，充电10分钟，可使电动车继续跑5到6公里。是适合商场、报亭、小区、电动车维修部、蓄电池维修部的便民服务设施。

1、倒计时显示，时间到自动断电。

2、设有保护电路，具有过载和短路保护功能。

3、安装使用方便，具备220V交流电源即可安装和使用。

4、电子计币，及时对收益了如指掌，更方便合作式经营管理。

5、智能CPU识币系统，防钓币、防伪币、防电击功能。

6、全程语音导航，方便指示操作

7、输出电压,电流显示。

8、自动识别极性，电瓶,电压,轻轻松松充电。

9、经济效益高:充电10分钟只需0.06度电，按商业电费1元计算，成本在0.06元不到。

技术指标1、不同的产品型号快速充电站可对36V、48V、60V等不同型号蓄电池进行充电。

2、电池电压自动识别,根据检测电池组的电压，从选择合适的充电电压及充电流进行优化充电。

3、可对电池极性自动识别,自动转换,无须担心电池组正负极接反。

4、投币数双计数器，第一个计数器是打开电源到关掉电源之前的投币数(如果关掉电源计数器从0000开始计数，最大计数为9999个,当超过9999个，计数器清零)，如果你早上将充电站挂出来，在晚上收回去之前你按下查询键就可以清楚的知道当天的营业额。

5、第二个计数器是投币数历史计数器，断电投币数是不会丢失的(最大计数为9999个,当超过9999个，计数器清零)。

6、对于严重失效及过放电造成的欠压的电池组拒绝充电。

7．充电采用投币方式，根据语音提示用户可自行充电，方便可靠，无须专人看守。

8、操作及充电全过程语音提示。

9、快速充电站只能识别面值为1元的硬币,并且连续投币数为三个，当投入第四个硬币时将退币,只有充电结束后才可以继续投币）。

充电站设计要求1、对充电机的要求

充电机应符合GB/T 18487.1-2001、GB/T 18487.2-2001和GB/T 18487.3-2001的规定。

1）适应电池类型

充电机至少能为以下三种类型动力蓄电池中的一种充电：锂离子蓄电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池。

2）对供电电压的要求

（1）直流充电机输入为额定线电压380V±10%、50±1Hz的三相交流电；

（2）对于容量小于（等于）5kW的交流充电机，输入为额定电压220V±10%、50±1Hz的单相交流电；

（3）对于容量大于5kW的交流充电机，输入为额定线电压380V±10%、50±1Hz的三相交流电。

3）操作方式

（1）充电机没有与动力蓄电池总成建立连接时，充电机经过自检后自动初始化为常规控制充电方式（可选择手动、IC卡或充电机监控系统操作方式）。充电机采用手动操作时，应具有明确的操作指导信息。

（2）充电机与动力蓄电池总成建立连接后，通过通信获得动力蓄电池总成的充电信息，自动初始化为动力蓄电池总成ECU自动控制方式（简称自动控制充电方式）。

4）充电机的充电效率和功率因数

交流输入隔离型AC-DC充电机的输出电压为额定电压的50%～100%，并且输出电流为额定电流时，功率因数应大于0.85，效率应大于等于90%。直流输入非隔离型DC-DC充电机的效率待定。

5）充电机控制的安全要求

电动汽车充电机应能够保证在充电过程中动力蓄电池单体电压、温度和电流不超过允许值。电动汽车充电机从初始化到充电结束的整个过程，应根据动力蓄电池总成ECU提供的信息进行相应动作。

此外充电机应满足以下安全要求：

（1）充电机应具有符合GB/T 18487.1-2001标准中6.2.3条和附录B的充电控制导引电路；

（2）充电机应具备防输出短路和防反接功能；

（3）充电机（系统）应具有检测充电连接器是否可靠连接的功能。充电连接器没有可靠连接时，充电机应不能启动；

（4）动力蓄电池总成ECU与充电机之间建立连接的情况下，如果动力蓄电池总成ECU尚未发出充电允许信号，应不能启动充电机；

（5）通信或充电导引电路发生故障时，应不能启动充电机；

（6）充电过程中，通信和充电导引电路发生故障后，充电机应能自动关闭；

（7）充电过程中，充电机应能接受并执行动力蓄电池总成ECU发出的充电关闭指令；

（8）充电过程中拔充电连接器时，充电机应能检测到充电连接器的分离动作，并使充电连接器高压插接端子在零电流状态下分离；

（9）充电过程中，采用手动或充电机监控系统调整充电电压或充电电流时，充电电压和充电电流应不能超过动力蓄电池总成ECU中设定的最高允许值；

（10）在充电过程中，当电池充电电压、充电电流或电池温度超过允许值时，充电机应具有报警功能，并能够自动采取相应的控制措施；

（11）充电机的电击防护要求应符合GB/T 18487.1-2001标准中第9章的要求；

（12）对充电机的电介质绝缘测试应符合GB/T 18487.3-2001标准中第10章的要求；

（13）对充电机的气候环境测试、机械环境测试和电磁环境测试应符合GB/T 18487.3-2001标准中第11章的相关要求；

2、充电控制导引电路

1）充电控制导引电路组成

（1）充电机必须有充电控制导引电路，充电控制导引电路由控制导引导体、保护性接地导体、动力蓄电池总成ECU及充电机内的电子电路组成。充电控制导引电路应直接控制充电机变流电路、输出电流和电压的开关；

（2）充电控制导引电路原理图（待定）；

（3）充电控制导引电路状态定义（待定）。

2）安全控制功能

充电控制导引电路应具有以下安全控制功能：

（1）确认充电机与电动汽车之间的充电连接器是否已正确连接；

（2）接地导体可靠性监测；

（3）系统通电状态指示；

3、对充电连接器的要求

1）主要技术参数

（1）工作温度：-50℃～300℃；

（2）插拔寿命：≥1000次；

（3）介电强度和绝缘电阻应符合GB/T 11918-2001中的相关要求；

（4）连接器具有防溅水功能；

（5）接触电阻和额定电流：待定；

2）对连接器的基本要求

（1）连接器手柄应采用高强度阻燃绝缘材料制作；

（2）连接器应具有防反接功能；

（3）在有直流负载电流通过高压插接端子的情况下，不允许拔开连接器；

（4）连接器应具有锁紧装置；

（5）为保障工作人员和设备的安全，连接器应具有闭锁功能，以防止在正常工作过程中连接器发生分离；

（6）当高压端子带负荷分离时，要求高压插接端子应能够自动灭弧，不会产生连续电弧；

（7）连接器拔插寿命应大于1000次，并应不超过6个月进行一次安全试验；正常使用期限不得超过1年，并应在使用期限内及时更换连接器高压插接端子；

（8）连接器的电磁兼容性应符合GB/T 18487.2-2001标准中第9章的要求；

3）连接器插接端子的连接和分离顺序

（1）连接顺序：要求接地保护端子和高压插接端子先于连接控制和通信插接端子连接。

（2）分离顺序：要求控制和通信插接端子先于高压插接端子和接地保护插接端子分离。

接地保护端子和高压插接端子的连接、分离顺序暂不做要求。

4、充电机接口和通信要求

1）充电机接口

充电机与电动汽车之间的连接应包括以下几部分：高压充电线路、充电控制导引线、充电控制电源线、充电监控通信连接线、接地保护线。同时，充电机应预留与充电站监控系统连接的通信接口。

2）充电机通信要求

推荐采用CAN总线以及CAN2.0协议作为充电机的通信总线形式和通信协议。

通信内容包括：动力蓄电池单体、模块和总成的相关技术参数，充电过程中电池的状态参数，充电机工作状态参数，车辆基本信息等。

5、充电机的质量认证

（1）国家电网公司能源供给系统用充电机及相关设备，实行入网认证管理。没有取得入网认证的产品，不得用于国家电网公司行业内部电动汽车的充电设备；

（2）充电机的入网认证检测和试验，由国家电网公司授权的单位实施；

（3）入网认证检测、试验实施办法另行制定。

6、外观、标识和标志

充电机及配套设备应采用统一的外观、标志和标识。外观、标志和标识由国家电网公司统一制定和发布。2

充电方法电动汽车蓄电池放电后，用直流电按与放电电流相反的方向通过蓄电池，使它恢复工作能力，这个过程称为蓄电池充电。蓄电池充电时，电池正极与电源正极相联，电池负极与电源负极相联，充电电源电压必须高于电池的总电动势。充电方式有恒电流充电和恒电压充电两种。

电动汽车充电技术充电方法的研究：

常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”：充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。

恒流充电法恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。

阶段充电法此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法。

①二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。

②三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电方法使用，受到一定的限制。

恒压充电法充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统。

这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。

快速充电法①脉冲式充电法，这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率，而且能够提高电动汽车蓄电池充电接受率，从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新发展。

脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使下一轮的应恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率。

②2REFLEXTM快速充电法，这种技术是美国的一项专利技术，它主要面对的充电对象是镍镉电池。由于它采用了新型的充电方法，解决了镍镉电池的记忆效应，因此，大大降低了蓄电池的快速充电的时间。铅酸蓄电池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很大的不同，但它们之间可以相互借REFLEXTM充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲，反向瞬间放电脉冲，停充维持3个阶段。

③变电流间歇充电法，这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上。其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法，保证加大充电电流，获得绝大部分充电量。充电后期采用定电压充电段，获得过充电量，将电池恢复至完全充电态。通过间歇停充，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。

④变电压间歇充电法，在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法。与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。在每个恒电压充电阶段，由于是恒压充电，充电电流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。

⑤变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法，合脉冲充电法、ReflexTM快速充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优点，变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。脉冲充电法充电电路的控制一般有两种：

1）脉冲电流的幅值可变，而PWM（驱动充放电开关管）信号的频率是固定的；

2）脉冲电流幅值固定不变，PWM信号的频率可调。

脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定，PWM占空比可调，在此基础上加入间歇停充阶段，能够在较短的时间内充进更多的电量，提高蓄电池的充电接受能力。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所