专利名称：一种电动汽车电能供给系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动汽车供电技术，尤其涉及一种电动汽车电能供给系统。
背景技术：
电动汽车作为清洁、环保型绿色车辆，受到世界各国政府及汽车生产商的极大关 注。其中日本受自身资源的影响，在电动汽车开发方面投入的研究起步较早。日本在90年 代丰田、本田等汽车公司就推出了电动汽车和混合动力汽车，并在一些地方建立了试验性 的电动汽车充电站。日本第三大车厂日产计划在2010年推出以Tiida为基础的实用型纯 电动汽车，并在日本主要城市建立了电动汽车的充电站。美国和欧洲各国也对电动汽车充 电设施展开了广泛的研究，2009年德国经济部、环保部、交通部等共同设立“电动汽车国家 发展计划”，目标是至2020年使电动汽车保有量至少达100万辆，德国第4大公共系统公司 RWE电力公司与德国戴勒姆-奔驰汽车公司将联合建立500个电动汽车充电站，为德国电动 汽车市场发展奠定基础。可见，国外均在积极的推进电动汽车电能供给系统的建设。中国公司和单位也在积极的推进电动汽车电能供给系统的建设。例如，比亚迪汽 车公司已经在上海比亚迪研发中心建成了电动汽车充放电站；随后，比亚迪又在北京、深 圳、西安等三个基地完成了内部电动汽车充放电站的建设，并计划在深圳主城区附近建设 一批充电桩来解决电动汽车充电问题。国电南瑞科技股份有限公司、许继电源有限公司、奥 特迅股份有限公司等中国企业也积极的开展了电动汽车电能供给系统的建设。但是，各个公司在建设过程中，缺乏电动汽车能源供给系统规范化建设设计方法， 电动汽车电能供给系统的建设智能化、自动化水平较低；此外，电动汽车能源供给系统的建 设也存在不经济和不安全的问题。
发明内容本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种电动汽车电能供给系统，具有较高 的自动化水平。本实用新型的一个方面提供一种电动汽车电能供给系统，包括供电和配电系统、 充电系统、监控系统和计量计费系统；其中，充电系统包括直流充电机和交流充电桩；计量计费系统包括用于对充电站的电量进行计量的关口表；用于直流充电机电量的计量的直流电表；用于交流充电桩电量的计量的交流电表；与关口表、直流电表、和交流电表相连以收集来自关口表、直流电表和交流电表的 计量信息的计量管理机；与计量管理机相连、用于接收来自计量管理机的计量信息、根据计量信息获得电 费金额进行用户收费及消费信息管理的计费系统；
4[0014]监控系统包括用于监控供电和配电系统的供配电系统监控；用于充电系统的监测和充电控制的充电系统监控；与供配电系统监控和充电系统监控相连以采集、处理来自供配电系统监控和充电 系统监控的数据、进行数据展现及下发控制命令以监控充电机及供电和配电系统的运行的 监控中心。根据本实用新型电动汽车电能供给系统的一个实施例，供电和配电系统包括用于提供高压交流电源的供给的供电系统；与供电系统相连、用于将供电系统供给的高压交流电源转化成低压交流电源的变 压器；与变压器相连、用于将来自变压器的低压交流电源供给电能供给系统中的设备的 配电系统；与配电系统相连有源滤波无功补偿装置；和与配电系统相连、用于完成断路器操作机构以及配电保护测控装置的直流电能供 给的直流操作电源。根据本实用新型电动汽车电能供给系统的一个实施例，供电系统包括依次连接的 进线计量柜、PT及避雷器柜和出线柜。根据本实用新型电动汽车电能供给系统的一个实施例，供电系统采用IOkV电源 双路常供模式、一路IOkV电源一路400V电源互为备用模式、或一路400V供电模式。根据本实用新型电动汽车电能供给系统的一个实施例，直流充电机采用相控整流 或高频开关整流模式；交流充电桩为一桩一充式、一桩双充式、或壁挂式。根据本实用新型电动汽车电能供给系统的一个实施例，直流充电机包括整流柜和 直流桩。根据本实用新型电动汽车电能供给系统的一个实施例，供配电系统监控包括通讯 管理机、配电保护部分和配电测控部分，配电保护部分、配电测控部分分别和通讯管理机相 连；通讯管理机从配电保护部分和配电测控部分接收数据，与监控中心通信交互。根据本实用新型电动汽车电能供给系统的一个实施例，配电保护部分采用进线变 配微机保护，或者采用进线变开关用熔断器保护。根据本实用新型电动汽车电能供给系统的一个实施例，监控系统还包括安防视频 系统监控，安防视频系统监控通过网络和监控中心相连。本实用新型提供的电动汽车电能供给系统，包括供电和配电系统、充电系统、监控 系统和计量计费系统，通过计量计费系统实现电动汽车供电的自动计费，通过监控系统实 现整个充电站的监控，提高了电动汽车电能供给系统的智能化、自动化水平。
图1示出本实用新型的电动汽车电能供给系统一个实施例的结构图；图2示出本实用新型的电动汽车电能供给系统另一个实施例的结构图；图3示出本实用新型的充电站供电和配电系统一个实施例的系统示意图；图4示出本实用新型的充电站供电和配电系统另一个实施例的系统示意图；[0036]图5示出本实用新型的充电系统的一个实施例的结构图；图6示出本实用新型的计量计费系统的一个实施例的系统示意图；图7示出本实用新型的监控系统的一个实施例的系统示意图；图8示出本实用新型的监控系统的另一个实施例的系统示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实 施例。在附图中，相同的标号表示相同或相似的部件或者元素。图1示出本实用新型的电动汽车电能供给系统一个实施例的结构图。如图1所示， 该实施例的电动汽车电能供给系统100包括供电和配电系统1、充电系统2、监控系统3和 计量计费系统4。供电和配电系统1主要为充电系统2提供交流电源供给；供电和配电系统1也能 为电动汽车电能供给系统100中的其他系统或者设备提供交流或直流电源供给。充电系统2包括直流充电机10和交流充电桩11，负责将供电和配电系统1提供 的交流电能进行转换，完成对电动汽车电能的供给。直流充电机10为电动汽车提供直流电 能，交流充电桩11为电动车提供交流电能。通过直流充电机10和交流充电机11，充电系 统2能够为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能，为不具备车载充电机的电动汽车提 供直流电能。充电系统2在提供直流电流过程中，对供电和配电系统1提供的交流电能进 行了交直流的转换。监控系统3包括监控中心12、供配电系统监控13和充电系统监控14。监控系统3 可对供电和配电系统1和充电系统2的交流供给、交直流变换、直流供给整个过程进行全程 监控以保障及监控电能的可靠供给以及信息的实时记录。供配电系统监控13主要监控供 电和配电系统1 ；充电系统监控14进行充电系统2的监测和充电控制；监控中心12采集、 处理、存储来自供配电系统监控13和充电系统监控14的数据，提供图形化人机界面及语音 报警功能，进行采集的数据展现及下发控制命令，以监控充电机及配电系统的运行。监控中 心12可以由服务器与工作站组成，也可根据需要增加监控工作站与服务器数量，这些计算 机通过以太网络互联。计量计费系统4包括关口电表16、交流电表17、直流电表18、计量管理机19和计 费系统20。关口表16例如配置在供电系统5 —侧，对整个充电站的电量进行计量；交流电 表17用于交流充电桩电量的计量；直流电表18用于直流充电机电量的计量；计量管理机 19收集来自关口表16、交流电表17和直流电表18的计量信息，将计量信息发送给计费系 统20 ；计费系统20接收来自计量管理机19的计量信息，根据计量信息获得电费金额，进行 用户收费及消费信息管理。计量计费系统为供电和配电系统及充电系统的各个环节产生的 电度进行计量，并通过计费系统对电能消耗费用进行计算和收取，从而为电动汽车充电站 的商业化运作提供了可靠的保证。需要指出，在本文的描述中，“充电桩”并不是对该装置的形状进行限定，而仅仅是 沿用本领域的一种惯用称谓，所有实现与本实用新型的“充电桩”相同功能的装置或者设 备，都应该属于本实用新型的“充电桩”的范围。根据本公开的一个实施例，直流充电机可以采用相控整流或高频开关整流模式。相控整流模式单机功率大，易于实现大电流、高电压充电，可靠性高，技术成熟，性价比高， 易于维修，适用于大功率的充电机。相控整流模式有一定的谐波干扰。高频开关整流模式系 统效率高，体积小，谐波干扰小，可采用多模块并机工作模式，多模块自主均流，在线插拔， 多机热备份工作，体积小，系统可靠性高，适用于中小型功率的充电机。充电机的选型方法 例如包括根据电动汽车电池组的特性及数量，确定最高充电电压，充电机的输出电压应能 满足电池组最高充电电压要求；根据车载电池组的容量和对充电速度的要求，在确保安全、 可靠，不影响设备正常工作的情况下确定最大充电电流，一般按电池容量的0. 2C IC选 择；充电机的通讯协议可以采用满足国标要求的协议。直流充电机的主要目的是为不具备 车载充电机的电动汽车提供直流电能。在提供直流电流过程中，充电系统对供电和配电系 统提供的交流电能进行了交直流的转换。根据本公开的一个实施例，交流充电桩可分为一 桩一充式、一桩双充式以及壁挂式。一桩一充式交流充电桩提供一个充电接口，适用于车辆 密度不高的室内和路边停车位；一桩双充交流充电桩提供两个充电接口，可同时为两辆车 充电，适用于停车密度较高的停车场所；壁挂式交流充电桩提供一个充电接口，适用于地面 空间拥挤、周边有墙壁等固定建筑物的场所。交流充电桩在室外环境应用时，需设置必要的 遮雨设施。交流充电桩负责为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能。上述实施例中为充电系统的直流充电机以及交流充电桩提供了具体可操作性的 配置方案，合理的配置充电系统可以避免充电设备超负荷运转或超高的空闲率，从而保证 整个变电站高效运转。图2示出本实用新型的电动汽车电能供给系统另一个实施例的结构图。对于图2 中和图1具有相同标号的部分，可以参见图1中的对应描述，为简洁起见在此不再详细描 述。下面重点描述图2中的不同点。如图2所示，在本实用新型电动汽车电能供给系统200的一个实施例中，供电和配 电系统1包括供电系统5、变压器6、配电系统7、有源滤波及无功补偿装置8与直流操作电 源9。供电和配电系统1为整个电动汽车电能供给系统提供交流电源供给。其中，供电系 统5为整个电动汽车电能供给系统提供高压交流电源的供给；变压器6将供电系统5供给 的高压交流电源转化成低压交流电源；配电系统7将低压交流电源供给整个电能供给系统 的设备；有源滤波及无功补偿装置8用于保证配电系统7的供电电能质量；直流操作电源9 负责完成断路器操作机构以及配电保护测控装置的直流电能供给。在本实用新型的一个实施例中，监控系统3还包括安防视频系统监控15。下文将 提供一个安防视频系统监控15的具体实现的例子。下面结合具体的例子对电动汽车电能供给系统的各个子系统进行具体的描述。在一个实施例中，供电和配电系统供电模式至少可以从如下3种方案中进行选 择大型充电站可采用IOkV电源双路常供模式；中型充电站可采用一路IOkV电源一路 400V电源互为备用进行供电；小型充电站采用一路400V进行供电。下面参考图3和图4对 供电和配电系统1进行说明。图3示出本实用新型的充电站供电和配电系统的一个实施例的结构图，可以适用 于大型充电站。其中，供电系统5采用IOkV双电源供电，IOkV侧采用单母线接线方式，不设 分段开关。高压柜采用真空断路器中置式开关柜，设进线计量柜21、PT及避雷器柜22、出 线柜23 ；400V配电系统7在400V侧采用单母线分段接线方式，设进线柜M、有源滤波及无功补偿装置8、出线柜25，两段母线之间设分断联络柜沈。图4示出本实用新型的充电站配 电系统的一个实施例的结构图，适用于中型充电站。其中，供电系统5的进线电源采用IOkV 单路供电，IOkV侧采用单母线接线方式。高压柜采用真空断路器中置式开关柜，当负荷容 量小于400kVA时，也可使用负荷开关以减少投资。设进线计量柜21、PT及避雷器柜22、出 线柜23。对于中小型充电站，400V配电系统7在400V侧采用双路进线(一主一备)，单母 线接线方式，设进线柜M (带计量)、有源滤波及无功补偿装置8、出线柜沈，备用电源进线 柜36 (带计量)。断路器数量选择每台直流充电机独立设置一路出线断路器，4 6台交 流充电桩设置一路出线断路器，充电站内用电回路设置一路出线断路器。开关柜根据出线 断路器的容量，出线柜采用抽屉柜或固定式开关柜。额定工作电流630Α及以下的断路器， 采用普通塑壳断路器；额定工作电流630Α以上的断路器，采用框架断路器。400V配电系统 7负责将400V的交流电源供给整个电能供给系统。上述实施例中3种针对性的选型方案，可以保证供电和配电系统1可靠的为电动 汽车充电站提供交流能源供给，避免由于交流供电的不稳定造成充电站的无法正常的商业 化运作，又可以使充电站得到成本最优化建设。下面对变压器、有源滤波及无功补偿装置、和直流操作电源进行举例说明。变压器6负责将IOkV供电系统供给的电源转化成400V的交流电源。对于变 压器6，配电变压器容量(变压器配电容量)( 主要根据充电站内充电机的输入容量 (用S表示，根据充电机的输出功率(P)进行折算)、充电机数量(N)、充电机同时系数
(Kx)及变压器最佳负荷率(βω)，功率因数(cqscP )决定。在充电站配电系统安装了
有源滤波无功补偿装置的情况下，COS炉可以达到0. 95，充电机容量折算采用如下算法
S 二PIi^QSCp尔η)，η为充电机工作效率，高频开关整流充电机取0.95，相控整流充电
机取0. 85。变压器配电容量为
NS Ν 二 m S + S 3 / β m (1)
= 1充电机同时系数Kx由充电机使用情况和数量决定，取值范围0. 5 0. 8。βω为变 压器最佳负荷率，取0.8。&为除去充电机外充电站内其它设备用总负荷容量，包括照明、 办公用电负荷等。为降低变压器空载损耗，变压器需选用干式非晶体变压器。 有源滤波及无功补偿装置8负责保证400V配电系统7的供电电能质量。在电动汽 车充电站的设计中，有源滤波及无功补偿装置的容量的计算方法如下表示需要补偿的 容量，Kx为整体修正系数，需根据计算分析结果和实际测定情况综合决定，一般选择0. 5 0.8。Ki (i = 1,2,3)分别表示大、中、小型充电机可靠系数，一般取1.05 1.20 ； n^i = 1,2,3)分别表示大、中、小型充电机的充电效率AiG = 1,2,3)分别表示大、中、小型充电 机在交流电源输入端产生的谐波电流含有率(取输出电压范围内的最大值)；Si(i = 1,2, 3)分别表示大、中、小型单台充电机功率；m、N2、N3分别表示大、中、小型充电机的个数。补 偿容量为
权利要求1.一种电动汽车电能供给系统，其特征在于，包括供电和配电系统、充电系统、监控系 统和计量计费系统；其中，所述充电系统包括直流充电机和交流充电桩； 所述计量计费系统包括 用于对充电站的电量进行计量的关口表； 用于所述直流充电机电量的计量的直流电表； 用于所述交流充电桩电量的计量的交流电表；与所述关口表、直流电表、和交流电表相连以收集来自所述关口表、所述直流电表和所 述交流电表的计量信息的计量管理机；与所述计量管理机相连、用于接收来自所述计量管理机的计量信息、根据所述计量信 息获得电费金额进行用户收费及消费信息管理的计费系统； 所述监控系统包括用于监控所述供电和配电系统的供配电系统监控； 用于所述充电系统的监测和充电控制的充电系统监控；与所述供配电系统监控和所述充电系统监控相连以采集、处理来自所述供配电系统监 控和所述充电系统监控的数据、进行数据展现及下发控制命令以监控充电机及供电和配电 系统的运行的监控中心。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电能供给系统，其特征在于，所述供电和配电系统 包括用于提供高压交流电源的供给的供电系统；与所述供电系统相连、用于将所述供电系统供给的高压交流电源转化成低压交流电源 的变压器；与所述变压器相连、用于将来自所述变压器的低压交流电源供给电能供给系统中的设 备的配电系统；与所述配电系统相连有源滤波无功补偿装置；和与所述配电系统相连、用于完成断路器操作机构以及配电保护测控装置的直流电能供 给的直流操作电源。
3.根据权利要求2所述的电动汽车电能供给系统，其特征在于，所述供电系统包括依 次连接的进线计量柜、PT及避雷器柜和出线柜。
4.根据权利要求2所述的电动汽车电能供给系统，其特征在于，所述供电系统为IOkV 电源双路常供模式、一路IOkV电源一路400V电源互为备用模式、或一路400V供电模式。
5.根据权利要求1所述的电动汽车电能供给系统，其特征在于，所述直流充电机采用 相控整流或高频开关整流模式；所述交流充电桩为一桩一充式、一桩双充式、或壁挂式。
6.根据权利要求1所述的电动汽车电能供给系统，其特征在于，所述直流充电机包括 整流柜和直流桩。
7.根据权利要求1所述的电动汽车电能供给系统，其特征在于，所述供配电系统监控 包括通讯管理机、配电保护部分和配电测控部分，所述配电保护部分、所述配电测控部分分 别和所述通讯管理机相连；所述通讯管理机从所述配电保护部分和所述配电测控部分接收 数据，与所述监控中心通信交互。
8.根据权利要求7所述的电动汽车电能供给系统，其特征在于，所述配电保护部分采 用进线变配微机保护，或者采用进线变开关用熔断器保护。
9.根据权利要求7所述的电动汽车电能供给系统，其特征在于，所述配电测控部分具 备配电系统各间隔的电流电压的遥测功能、开关位置的遥信功能、和开关遥控功能。
10.根据权利要求1所述的电动汽车电能供给系统，其特征在于，所述监控系统还包括 安防视频系统监控，所述安防视频系统监控通过网络和所述监控中心相连。
11.根据权利要求2所述的电动汽车电能供给系统，其特征在于，所述供电系统的高压 柜采用真空断路器中置式开关柜，或者采用负荷开关。
专利摘要本实用新型公开提供一种电动汽车电能供给系统，包括供电和配电系统、充电系统、监控系统和计量计费系统的高度智能化电动汽车电能供给系统；充电系统包括直流充电机和交流充电桩；计量计费系统包括关口表、直流电表、交流电表、计量管理机和计费系统。监控系统包括供配电系统监控、充电系统监控和监控中心。本公开的电动汽车电能供给系统在满足电动汽车电能供给系统基本功能的同时，提高了电动汽车电能供给系统的智能化、自动化水平，达到无人或少人值守运行，实现电动汽车电能供给系统经济、安全、高效运行的目的。本实用新型提出的电动汽车电能供给系统的配置方案、设备选型方法，为电动汽车充电站的建设提供具体的设计参考。
文档编号G07F15/00GK201893567SQ20102056148
公开日2011年7月6日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者倪峰, 尹宏旭, 张 浩, 朱金大, 武斌, 王相勤, 胡江溢, 贾俊国, 鄷元, 陈良亮 申请人:国家电网公司, 国网电力科学研究院