基于电池性能的电动汽车充换电模式分析

基于电池性能的电动汽车充换电模式分析

张义东

（国网盘锦供电公司辽宁盘锦124010）

摘要：社会的发展使得环境问题日益严重，电动汽车作为一种清洁能源交通工具越来越受到各国的重视。电动汽车蓄电池作为运行的核心，其性能对电动汽车的充换电模式起重要的现实作用。电动汽车是近年来全球倡导交通工具节能减排的新兴产物，具有着相当可观的社会需求与发展前景。但电动汽车由于自身动力电池储存量小，所以存在寿命短的缺陷，是短时期内电动汽车无法大规模普及市场的关键。为此，本文针对电动汽车充换电设施运营模式探究其在现代汽车领域的发展与创新。

关键词：电动汽车；电池性能；充换电模式

1前言

电池充电技术作为电动汽车的核心技术，也是现阶段电动汽车产业发展的瓶颈，因为在电池储量与充电技术等关键技术环节上未能实现突破。而且在短期内，通过走技术路径的方式解决此问题具有一定难度的。因此，通过创新和改善运营模式来解决这一难题成为了业界关注的焦点，具有一定的现实意义和必要性。

2电动汽车充换电设施运营模式分析

2.1相关内涵

实际上，针对电动汽车创建充换电设施模式是国家电网公司对电动汽车充电行为的一种调控手段，也是为未来电动汽车的大规模普及、用户需求的越来越多样性与随机性做准备。所以我们可以认为充换电设施运营模式是一种电动汽车用户之间的独立运营机构，这一机构的主要特色就是为用户的电动汽车提供充放电服务，将目前还较为分散的电动汽车负荷相对集中起来进行管理。根据国家协议来调度国家电网公司相应命令，聚集电动汽车负荷的电能服务，是充换电设施运营模式的内涵。

2.2模式的具体类型

现阶段在世界范围内，许多国家已经开展了对电动汽车的充换电模式的应用与研究，其中运营规模与发展成果较为成功的当属美国的ProjectBetterPlace公司。其倡导为客户提供充换电的租赁模式，让客户通过低消费就能获取较为优质的服务。租赁模式有许多优势，为广大电动汽车用户所青睐。

2.2.1降低用户购置电动汽车的费用

电动汽车的电池成本是相当高昂的，该公司启动租赁业务就承担了电池的高额成本，而用户只需要支付较为廉价的使用租赁费用就可以享受到汽车的充电服务，这一行为吸引了大部分的电动汽车用户。

2.2.2增加电动汽车续航

从技术角度讲，电池充换电服务对目前的电动汽车续航缺陷是一大弥补。美国PBP公司为用户所提供的租赁服务在不足10分钟内即可完成对汽车的充电，这一时间几乎等同于同类型燃油汽车的加油时间。而且，PBP公司在国内各个城市都设立了多网点，换电站的充分布局让电动汽车用户完全不用担忧电动汽车续航里程不足的缺陷。

3从性能方面对不同的电池进行分析

当前用于电动汽车的动力电池主要有以下几种：铅酸电池（LAB）、镍氢电池（Ni-MH）、锂离子电池（LIB）和超级电容器（EC）等。

3.1电池使车跑的距离对比

不同的电池可以驱动车辆行驶的里程不同。电池的比能是主要的影响因素之一。以最具有代表性的铅酸、镍氢、锂离子电池为例，在电池相同质量的情况下，统计的比较结果是：铅酸电池每充一次电，通常能够驱动电动汽车行驶约100km；镍氢电池约200km；锂离子电池约300km。这种续航能力上的缺点，以目前的技术水平，只能靠在各地建立标准化的电池充换电站来解决。并且由于各种电动汽车的型号及电池性能不一，因此在建立充换电站时，应该将电动汽车电池本身性能的制约加以充分考虑，有针对性的做出不同的方案，以此来满足顾客的不同需求。

3.2电池寿命问题

电池寿命取决于电池品种和制造质量的一致性、使用方法及维护的状况。在通常情况下，铅酸电池单体的寿命为500次，镍氢电池为2000次，锂离子电池为2000次。而电池组寿命方面，铅酸电池为500次，镍氢电池为500~1500次，锂离子电池为500~1000次。也就是说，铅酸电池能驱动电动汽车跑5万公里，镍氢电池能驱动电动汽车跑10万~25万公里，锂离子电池能驱动电动汽车跑10万公里左右。因此，在建立充换电站时，要考虑电池维护的问题：对于电池寿命不同的汽车进行充电来说，各个充电站应具备统一的充电管理系统，就是将每台车的详细信息进行电脑录入，并进行专业化的、系统化的指导与管理。充电时，根据每台车的寿命年限、电池的型号质量等采取不同的充电方式，由充换电站专业人员进行专业指导，会大大延长汽车的使用寿命，克服了普通用户盲目用车的弊端。

3.3充电时间问题

充电时间的长短取决于电池的比功率。比功率越大，充电时间越短。但是，充电时间长短没有实质性意义，因为开发电动汽车的目标之一就是为了解决电网调峰问题，即充分的利用谷电。因此，充电时间最好是5小时左右，这样可以均匀地消化电网夜间谷电，保证电厂的电网稳定、安全和经济运行。如果想提高充电速度，就要提高电压和加大电流，甚至以牺牲电池寿命为代价，这在技术上还勉强可以做到，但在经济上是不合算的。

4充换电站运行模式设计

4.1铅酸电池类管理

铅酸电池：历史长、技术成熟、安全性高、成本低、市场化程度高质量大、寿命短、比能量低、充电时间长。

因此，在建设充换电站时，由于其质量大和充电时间长的特点，不能只单纯偏重于换点或者充电。对于充电，其好处是：节省出人力物力，省去了卸载搬运电池的繁重过程，然而充电时间过长，严重违背了建设电动汽车充换电中，省时便捷的用户使用原则；对于换电，其好处是：节省时间，并且这项技术发展较为成熟，大大节约用户充电等待时间，但是人力物力成本较高。

由此，需要建立一个多方位的铅酸电池充换电模式：该模式分为机械化换电系统和慢、中速充电系统。

4.2机械化换电系统

该系统建立在专门针对电动汽车换电方式，采用高科技机械化流程，从卸载电池、取放电池到安装电池。这一整个流程需要专业化机械设备自动完成，同时配有卸载电池检测系统，来检测电池的各项指标性能；防泄漏、防爆系统，因为铅蓄电池使用久了容易产生漏液现象，该附带系统能随时检测电池的内外部是否完好，并且有温控检测仪，能监测电池任何时刻的温度。整个过程通过电脑系统实时监控，一旦出现问题，系统会向当日在职修检人员发起联络，修检员会及时做出维修。便捷，高效率，减少人力资源成本；但该构想的方式真正投入到实践中去绝非易事，需要高科技机械设备作为支撑，该种设备的研发成品本，运营维护成本高。

4.3镍氢电池类管理

镍氢电池安全性能较好、比能量大于铅酸电池、小于锂电池，技术较为成熟，应用于混合动力汽车有记忆效应，充电发热，自放电率高、比能量小、且只能用于混合型动力汽车上。

混合动力电动汽车，一方面使燃油，一方面是电动汽车，使用混合动力型车的用户不会出现因为耗光电能而无法行驶，并且由于镍氢电池有记忆效应，在没有耗光的条件下就进行充电会使得电池的耐用性降低；另外充电发热也会使得充电过程存在隐患。因此，针对镍氢电池，需要建立更为严格的管理系统。

该模式的应用可以使得对镍氢电池的管理安全性更高、作业速度、专业化程度也得到了大幅度提升，节省人力成本。并且，由于混合动力型汽车的使用者随着电动汽车技术的日益成熟，终究会被纯电动汽车替代，而其专业化的管理操作系统在用户减少的情况下，同样可以运用到其他类型的电池中去。

5结论

总之，提高动力电池的性能，减少其危害，建立有效的电动汽车充换电模式服务于动力电池和电动汽车的使用则是其中关键。针对不同电池的性能要求，应用于不同电动汽车的工作特点，建立系统性的科学的高效的充换电站，形成点线面结合、区域优化网络布局的充换电工作模式，推动电动汽车工业领域的发展。

参考文献：

[1]王恩琦.电动汽车充电设施运营模式及规划研究[D].华北电力大学（北京），2012.

[2]权会霞.城市电动汽车充换电设施优化布局研究[D].华北电力大学，2013.

[3]林志龙.电动汽车充换电设施运营模式及其对电网的影响[D].华南理工大学，2013.

[4]蔡松，霍伟强.纯电动汽车动力电池分类及应用探讨，2014，4.