电动汽车交流充电桩的研究与设计.pdfVIP

1.1 课题的研究背景及意义 随着社会经济的不断发展，人们对于环境问题与能源危机有了越来 越清晰的认识，这已经成为人类继续向前发展的道路上必须要解决的两 个问题，节能减排已经成为的当今世界的一个主题。而电动汽车作为一 种新能源交通工具，具有较高的资源利用率和无废气排放等特点，是实 现节能减排和解决环境问题与能源危机的一种重要手段，也是汽车工业 未来发展的重点。 一方面，全球石油资源储量的稀缺性毋庸置疑，几个大国能源紧缺 问题严重，现阶段仍以石油为主要燃料的汽车产业的发展受到极大威 胁。因此，发展新能源汽车成为世界汽车持续发展的必然选择。在 2008 年上半年石油价格从 80 美元一路飘升到 147 美元，汽车燃料的使用也随 之水涨船高。在这一轮石油价格上涨期间，部分新能源汽车显示出相对 使用成本优势。部分消费者为免于负担过高的燃油费用而放弃原本欲购 买的传统车型，而选择石油燃料消耗相对较低的新能源汽车。汽车制造 厂商也看到了新能源汽车的发展空间，开始加大研发和推广的力度。各 国政府也适时推出了一些优惠政策对新能源汽车的购买和销售予以补 贴，新能源汽车行业获得了前所未有的发展良机。虽然近期石油价格受 全球经济衰退影响出现严重下跌，但新能源汽车技术的不断发展仍可以 使部分新能源汽车保持一定的使用成本优势。 另一方面，世界各国家和地区汽车尾气排放标准越来越严格。现今 汽车尾气己成为组成温室气体的重要污染物。针对汽车污染问题，世界 各个国家和地区针对汽车尾气排放的标准也越来越严格，而为了应对不 断严格的汽车尾气排放标准，各大汽车厂商目前主要采取提高传统能源 汽车发动机相关技术的方法，以提高排放质量，但技术提升的难度将会 越来越大。此时，发展新能源汽车成为各大厂商的新选择，因为新能源 汽车的生产和使用会从根本上解决汽车尾气排放问题。 因而大力发展新能源汽车用以取代化石燃料汽车成为当代社会的共 识。而新能源汽车中又以电动汽车的发展最为迅速，成为各个国家重点 的发展对象。在我国，虽然对电动汽车的研究及推广的时间较主要发达 国家起步较晚，但近年来在国家的大力推广下，发展极为迅速，已经走 到了电动汽车行业发展的第一集团。而保障电动汽车正常运行的充电基 础设施也得以快速发展，2015 年，国家发展及改革委员会印发了《电动 汽车充电基础设施发展指南（2015-2020 年）》，该指南对我国当前的充电 基础设施的现状进行了总结并给了肯定，同时指出了当前充电基础设施 发展过程中所存在的问题与挑战，并预测与展望了充电基础设施未来的 需求以及发展方向，为我国的电动汽车充电基础设施提供了发展目标、 指导思想与原则。该指南指出了我国充电基础设施的现状，截至 2014 年 底,全国共建成充换电站 780 座，交直流充电桩 3.1 万个，为超过 12 万 辆电动汽车提供充换电服务，电动汽车与充电桩的比例约为 4:1，这显然 不能满足当前电动汽车行业快速发展所产生的需求；同时，该指南指 出，根据当前的新能源推广政策以及当前的发展速度，到 2020 年，我国 的电动汽车保有量会在 500 万辆左右，而充电桩与电动汽车的比例要达 到 1:1 左右，这就要求在 5 年内新建近 500 万台各类充电桩，显然这个 需求是十分巨大的。 1.2 国内外发展现状 1.2.1 国外发展现状 虽然受全球经济不景气的影响，各国都减少了对基础设施的投入及 产品的更新换代，但是依然重视研发，不断加大对研发的投入。 在美国，近几年来，为了推广电动汽车行业的发展，美国联邦政府 一直联合科研机构和汽车厂商开展充电基础设施的相关研究，并投资了 一系列电动汽车充电基础设施的规划项目，电动汽车产业已基本进入商 业化运营阶段。到目前为止，充电基础设施已基本覆盖美国全境，而在 加州、伊利诺伊州和纽约州充电基础设施更是随处可见，如图 1.1 所 示。这些充电基础设施主要是在露天或者室内停车场安放，从而实现停 车和充电的一体化管理。截止到 2016 年 9 月份，美国的充电桩个数已经 超过 44000 台。而在这其中，美国最大的充电基础设施运营商 ChargePoint 公司运营着超过 16800 台充电桩。美国的主流充电设施主要 分为 3 大类：交流 Level1 充电设施、交流 Level2 充电设施和直流 FastCharger 充电设施。其中已经具有一定规模且充电网络完善的是交流 Level2 充电设施，它的安装数量最多，分布也最为广泛；而直流 Fast