电动汽车充电技术及基础设施建设

　　随着能源危机和环境为题的日益严重，可持续发展的理念逐渐深入人心。以电动汽车为主的新能源汽车作为交通领域节能、环保和大气雾霾治理的有效措施，日趋受到国内外各界的关注，成为汽车工业的发展趋势和方向，并被确立为我国战略性新兴产业之一。随着电动汽车产业的迅速发展，派生出新了新的新兴产业——电动汽车充电站。充电站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、运营管理、商业模式等方面发展现状的基础上，分析了充电基础设施未来发展趋势和运行风险。

　　王震坡，工学博士，北京理工大学教授、博导，新 能源汽车领域专家，现任电动车辆国家工程实验室 副主任、新能源汽车国家大数据联盟秘书长，在新 能源汽车大数据分析挖掘、动力电池系统集成控制 与成组技术等领域具有丰富的经验。 张雷，工学博士，北京理工大学特别副研究员，长 期从事新能源汽车先进电池管理技术、车辆动力学 控制等方面研究工作。近年来在相关国内外期刊发 表学术论文20余篇，主持和参与国家及省部级科技 项目（基金）多项。 刘鹏，工学博士，新能源汽车领域专家，现任北京 电动车辆协同创新中心办公室主任、新能源汽车国 家大数据联盟副秘书长，长期从事新能源汽车大数 据分析挖掘工作，参与多项新能源汽车行业相关政 策与标准的研究和制定。 孙逢春，工学博士，北京理工大学教授、博导，中 国工程院院士，长期从事车辆工程领域车辆电动化 技术研究工作。创建电动车辆国家工程实验室、新 能源汽车运行国家监管平台。

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
2.3.1　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
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
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
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
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172
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
8.1.2　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
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