1、前 言 I 新能源汽车关键技术研发系列 机 械 工 业 出 版 社 王震坡 张 雷 刘 鹏 孙逢春 编著 电动汽车 充电技术及基础设施建设 II 随着电动汽车产业的迅速发展，派生出了新兴产业电动汽车充电基础设施。充电基础设施承担着为电动汽车动力电池提供电能的重要使命，是电动汽车行业快速发展的基础性设施。本书从电动汽车充电技术的发展现状、基础知识以及充电关键技术入手，在全面阐述国内外电动汽车充电基础设施市场、建设、技术和运营管理等方面发展现状的基础上，分析了我国充电基础设施的建设和未来的发展趋势。图书在版编目（CIP）数据 电动汽车充电技术及基础设施建设/王震坡等编著.北京：机械工业出版社，20
2、18.5（新能源汽车关键技术研发系列）ISBN 9787111599999 .电.王.电动汽车-充电-研究 电动汽车-充电-基础设施建设-研究.U469.72 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2018）第 093375 号 机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：何士娟 责任编辑：何士娟 责任校对：刘秀芝 封面设计：张 静 责任印制：孙 炜 北京中兴印刷有限公司印刷 2018 年 7 月第 1 版第 1 次印刷 169mm239mm15.5 印张2 插页299 千字 00013000 册 标准书号：ISBN 9787111599999 定价：89.90
3、元 凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换 电话服务 网络服务 服务咨询热线：010-88361066 机 工 官 网： 读者购书热线：010-68326294 机 工 官 博： 010-88379203 金 书 网：www.golden- 封面无防伪标均为盗版 教育服务网： 前 言 III 随着世界能源短缺和环境污染问题的日益加剧，发展以电动汽车为主的新能源汽车成为当前世界各国的普遍共识。与传统内燃机汽车相比，电动汽车利用电能全部或者部分取代燃油燃烧为车辆提供动力，具有清洁、高效、布置灵活和易操控等优点。随着水力发电、风能、太阳能等清洁能源的不断发展和渗透，电动汽车节能与环保的潜力
4、得到更充分的挖掘。为了引导和扶植电动汽车产业发展，世界主要发达国家在出台相关鼓励政策、措施的同时，也相继公布了纯燃油汽车退市时间表，例如德国和法国分别宣布将于 2030 年和 2040 年禁止销售纯燃油汽车。据彭博社新能源财经板块预计，到 2030 年，新上市的车型中将会有四分之一为电动汽车，而到 2040 年，这一数字将扩大到 54%，届时，电动汽车也将占据全球汽车保有量中的三分之一。在电动汽车快速发展的形势下，作为电动汽车能量补给的主要媒介，充电基础设施的建设以及运营管理技术成为当下亟待研究和解决的问题。了解动力电池以及充电基础设施的分类及工作原理，掌握以充电站为主的充电基础设施的选址、规
5、划原则以及匹配方法，对于新能源汽车领域的学者和从业人员是极为重要的。在此背景下，编者依照相关国家标准和行业规范，结合北京理工大学电动车辆国家工程实验室近年来在充电基础设施技术与运行管理方面的研究经验，编写了本书，以供相关行业人员参考。全书分为 9 章，各章基本内容概括如下：第 1 章：对电动汽车充电基础设施的发展现状进行了概述。第 2 章：主要介绍了电动汽车的分类以及每种类型电动汽车的基本特点、动力电池技术、电动汽车应用领域以及应用模式等电动汽车的基础知识。第 3 章：讲解了以锂离子电池为主的动力电池的充、放电特性，对几种常用电动汽车 充电技术及基础设施建设 IV 的常规充电方法和快速充电方法
6、做了简单分析和比较。第 4 章：介绍了充电机的基本构成和主要工作原理。第 5 章：介绍了电气性能测试、通信性能测试和互操作性等充电机测试方法，对测试数据的流程、所用到的仪器、编码规则等进行了简要说明。第 6 章：对电动汽车充电站的基本分类和拓扑结构进行了讲解，对充电站的供配电设施及谐波治理等方面进行了简要介绍。第 7 章：充电站监控系统是保障充电站运行安全的重要措施。本章介绍了其基本构成和网络结构，结合实例对充电站监控系统的功能进行了展示和说明。第 8 章：作为电动汽车充电方式的补充，换电方式具有多种优点。本章就电池更换的关键技术和基本工作原理进行讲解，结合国内外应用案例进行分析。第 9 章：
7、主要介绍了充电基础设施选址以及布局规划的基本原则和思路，并列举了常见的布局规划模型。本书由北京理工大学王震坡教授构建总体结构，并与张雷博士、刘鹏博士和孙逢春院士共同编著。在编写过程中，参考了相关教材、专著和期刊论文等文献，并得到了北京理工大学电动车辆国家工程实验室王硕博士的大力支持，博士生洪吉超、朱晓庆、王聪，硕士生易密、王秋诗、黄吕威等协助进行了书稿资料的整理工作，在此对他们的工作表示衷心的感谢。受编者水平所限，且书中信息、数据和内容涉及范围广泛，部分引用的内容来源可能有所遗漏，敬请各位读者谅解。希望以本书作为交流的平台，与各位读者建立联系，同时本书的研究团队也将继续跟踪行业发展趋势与最新技
8、术进展，不断更新相关信息，持续为产业发展服务。编著者 目 录 V 前言 第 1 章 概述 1 1.1 电动汽车充电技术的发展现状与趋势 1 1.1.1 充电技术的发展现状 1 1.1.2 充电技术的发展趋势 4 1.2 电动汽车充电基础设施的发展现状与趋势 5 1.2.1 国外充电基础设施的发展现状 5 1.2.2 国内充电基础设施的发展现状 8 第 2 章 相关基础知识 13 2.1 电动汽车的分类 13 2.2 电动汽车的应用领域与应用模式 19 2.2.1 车分享模式（分时租赁）19 2.2.2 融资租赁模式 22 2.2.3 电池租赁模式 23 2.3 电动汽车动力电池技术 23 2.
9、3.1 化学能电能转换基本原理 24 2.3.2 动力电池的分类 24 2.3.3 动力电池的基本结构 25 2.3.4 动力电池的基本参数 26 2.3.5 常用动力电池简介 30 2.3.6 动力电池管理系统 38 2.3.7 动力电池的使用寿命 42 2.3.8 动力电池的梯次利用与回收 46 第 3 章 动力电池的充电方法 53 3.1 充电方法的评价指标 53 3.1.1 充电效率 53 电动汽车 充电技术及基础设施建设 VI 3.1.2 充电时间 54 3.1.3 电池内阻 54 3.1.4 电池寿命 54 3.2 锂离子动力电池的充、放电特性 55 3.3 最佳充电电流曲线 61
10、 3.4 蓄电池充电电流接受比定律 62 3.5 电池极化现象及其影响 64 3.5.1 电池极化现象 64 3.5.2 极化现象对电池的影响 66 3.5.3 去极化遵循的原则及方法 66 3.6 常规充电方法 67 3.6.1 恒流充电法 67 3.6.2 恒压充电法 69 3.6.3 阶段充电法 70 3.7 快速充电方法 71 3.7.1 脉冲式充电法 71 3.7.2 ReflexTM快速充电法 73 3.7.3 变电流间歇充电法 73 3.7.4 变电压间歇充电法 74 3.7.5 变电压、变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法 74 3.7.6 智能充电法 74 3.8 充电优化方
11、法 75 第 4 章 充电机 77 4.1 分类与构成 77 4.1.1 充电机的分类 78 4.1.2 充电机的基本构成 80 4.1.3 充电策略 84 4.2 充电机主电路的基本工作原理 87 4.2.1 主电路的功率等级分类 87 4.2.2 传导式充电技术主电路 89 4.2.3 无线充电技术主电路 92 4.2.4 功率因数校正电路 95 4.2.5 无线充电机示例 97 4.3 性能及其技术要求 101 4.3.1 充电机的性能标准 101 目 录 VII 4.3.2 充电机的技术要求 102 第 5 章 充电机测试 104 5.1 充电机测试分类 104 5.1.1 电气性能测
12、试 104 5.1.2 通信性能测试 106 5.1.3 保护功能测试 106 5.1.4 使用及保养要求 107 5.2 充电系统互操作性测试 108 5.2.1 互操作性测试顺序、流程、项目编码规则、仪器及要求 108 5.2.2 供电设备互操作性测试 110 5.2.3 车辆互操作性测试 130 第 6 章 充电基础设施 141 6.1 分类与功能 141 6.1.1 充电桩 141 6.1.2 充电站 143 6.2 充电站的总体布局及拓扑结构 144 6.2.1 充电站的建设形式 144 6.2.2 充电站的系统结构 146 6.3 充电站供配电系统 148 6.3.1 供配电系统的
13、基本结构 148 6.3.2 充电站交流配电系统的配置原则 150 6.4 充电站系统匹配的方法和理论 151 6.4.1 充电机电池负载功率模型 151 6.4.2 充电站配电容量需求模型 152 6.4.3 电动公交车充电站容量需求模型 153 6.4.4 充电站服务能力计算模型 154 6.4.5 整车充电模式下充电机配置模型 154 6.4.6 更换模式下备用车辆和电池配置模型 155 6.4.7 M/M/S 排队论模型 155 6.5 电动汽车充电基础设施对电网的影响 156 6.6 谐波与谐波治理 157 6.6.1 谐波的产生 157 6.6.2 充电站谐波对电网和充电设施的危害
14、 159 6.6.3 谐波治理的技术和方法 160 6.7 充电站运行维护与安全管理 167 电动汽车 充电技术及基础设施建设 VIII 6.7.1 设备定期维护与评价 167 6.7.2 设备缺陷管理 167 6.7.3 消防安全保障管理 168 6.7.4 防汛、防寒、防高温工作管理 168 6.7.5 安全标识及交通标志的规范化管理 169 6.7.6 文件档案管理 169 第 7 章 充电站监控系统 170 7.1 充电站监控系统的构成及配置原则 170 7.1.1 充电站监控系统的基本功能 171 7.1.2 充电站监控系统的基本要求 172 7.1.3 充电站监控系统的基本构成 1
15、72 7.2 充电站监控系统的监控网络 173 7.2.1 充电站监控系统网络的结构 173 7.2.2 充电站监控系统网络的功能 175 7.2.3 充电站监控系统网络的设置模式 177 7.3 充电机监控单元与外界的通信协议 179 7.3.1 非车载充电机监控单元与电池管理系统的通信协议 179 7.3.2 车载充电机监控系统与交流充电桩的通信协议 182 7.4 案例分析 187 7.4.1 系统架构 187 7.4.2 技术参数 189 7.4.3 主要功能 189 第 8 章 换电技术 202 8.1 动力电池自动更换技术 202 8.1.1 自动更换系统的总体方案 202 8.1
16、.2 自动更换系统的组成及工作原理 203 8.1.3 更换动作的基本准则与过程 205 8.1.4 更换系统的其他关键技术 206 8.2 动力电池手动更换技术 209 8.3 换电模式的应用与分析 210 8.3.1 国外换电模式应用 210 8.3.2 国内换电模式应用 211 8.3.3 国内、外换电模式分析 213 第 9 章 充电设施的布局规划与用地选址 218 9.1 充电设施布局规划的原则与思路 219 目 录 IX 9.1.1 充电设施布局规划的原则 219 9.1.2 充电设施布局规划的思路 220 9.2 电动汽车保有量的预测方法 221 9.2.1 基于灰色理论的预测方法 221 9.2.2 基于时间序列数据的预测方法 222 9.2.3 基于情景分析的预测方法 223 9.2.4 基于 Bass 模型的预测方法 225 9.3 充电设施布局规划模型 226 9.3.1 基于燃料需求的城市充电设施数量规划模型 226 9.3.2 面向区域的充电设施布局规划模型 226 9.3.3 面向城际间线性路段的充电设施布局规划模型 227 9.3.4 充电站服务规模规划模
