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DQZHAN訊：基于交流380伏的在線充電站設計思路及實例介紹

筆者提倡的“純電動在線充公交車”開辟了純電動車充電的新途徑,有效的彌補了動力電池比能量低導致的車輛續駛里程不足,滿足了公交公司**200公里以上運營里程的要求,得到了許多公交用戶的高度認可。2014年武漢市公交集團一次采購了12米的揚子江純電動在線充公交車200臺。已經上線路運營的純電動公交車,其效果非常好,完全達到了公交公司對運營車輛的要求。

經過一年的時間推進,截止2015年8月 “純電動在線充公交車” 已經上線運營的車輛有100臺多臺,但還有100臺,由于供電(充電)設施改造(建設)滯后,沒有落地。究起原因,借用無軌電車的現有的供電線網,用來給純電動公交車充電的思路是對的,效果也是好的。但是原有的供電線路的容量是有限的,車輛增加,要對原有無軌電車的供電線網改造,實際上依然是困難重重。此文對這些困難進行解析,并提出解決思路和實例,供同行參考。

一、無軌電車整流站建設模式分析

無軌電車整流站其模式在中心點建整流站,對一定半徑區域的無軌電車運營線路予以直流供電。實際運營線路是按1公里左右長度進行分段供電的。于是供電線路由2個部分,一是饋線(埋在地下),另一部分是觸線(加載在天空)。這個中心整流站對外供電是多條饋線,分別對應多段觸線。一條饋線接一段觸線。上一段觸線非接觸性對接下一段觸線,形成一個區域的供電網絡。

這模式的基本特點,整流站的進線是10KVA的高壓交流電源,多路直流(600伏)出線(饋線)。進線(10KVA的高壓交流電)要得到供電公司許可,多路直流(600伏)出線(饋線)要得到第三方多個管理部門(規劃部門、供電公司)的同意和批準。

純電動在線充公交車如果配有車載直流充電機,借助現有無軌電車的供電觸線來充電,一是可以節約大量資源和資金;二是純電動公交車可實現在線充電;三是充電**、便捷、自助。

無軌電車的供電線路已經存在的前提下,純電動公交車借助現有無軌電車供電網絡來充電是一個很好思路。但是電車供電網絡設計,原來是為無軌電車供電用的,純電動在線充公交車充電這里是借用。如果是用其技術原理,新建充電設施給純電動在線充公交車充電,在工程上對其功能進行簡化完全不要的,也是可行的。

二、專用純電動在線充公交車充電站設計思路

無軌電車整流站設計思路是集中供電的,而專用純電動在線充公交車充電站部局是是分布式的。這是兩者的不同。具體不同還有:

1.分布式充電站比集中式供電站規模要小得多。集中式供電站規模一般要為100臺以上車輛供電,分布式的充電站可以小到10臺車輛以下。

2. 分布式充電站比集中式整流站外接電源的電壓等級要低許多。分布式充電站的外接電源是交流380伏,集中式供電站外接電源是10KVA的高壓。

3. 分布式充電站比集中式整流站的饋線和觸線短很多。分布式充電站的饋線在30米以內,其觸線廠段可少150米而集中式整流站的饋線和觸線,是10公里為計算單位。

4、分布式充電站比集中式整流站成本低。建集中式無軌電車整流站一般在1200萬以上,而1個10臺車輛純電動充站大約在30萬左右。

三、小型專用純電動在線充電站設計案例

下面以10臺12米純電動公交車為充電對象,對充電站建設進行說明,如圖1所示。

說明:①設備:1臺整流升壓器(進線389伏交流)、1臺直流充電機(雙槍、直流)、30米饋線(400mm2)

150米觸線(85mm2)、5根線桿(長8m)、 10臺車輛(電池總電壓576伏、充電電流65A)。

②成本:(1個整流升壓器+1臺雙槍直流充電機)12萬元左右, 1跟電桿按1.1萬元(含饋線+觸線+電桿),5根計:5.5萬元,施工費用12萬, 合計:小于30萬。

③不要專門的建筑,(1個整流升壓器+1臺雙槍直流充電機)設備占地僅有1.1平方米,高不過1.6米,放在車間某一個角落里即可。

三、專用純電動在線充公交車充電站優勢

1)該充電系統機動靈活,可以安裝在純電電動公交車車線路的終點站,特別適合電動車的試驗、調試、充電等用途。

2)該充電系統建設完全由公交公司由自己掌控,不用對外申報。

3)該充電系統建設成本低。該充電系統成本在30萬以內,其他同規模的地面充電站費用在100萬元以上。

四、揚子江純電動在線充充電站實例介紹

1)電控供電、充電系統組成

1臺AC38-680300ZL型電控整流供電系統、1臺DDD68-65040/2型大功率雙路雙槍充電機,外形如圖2所示。

2)技術參數:

①ADC38-680300ZL型電控整流、供電柜系統

輸入電壓:AC380V±7%、輸出電壓:DC680V、輸出電流:300A、*大功率:200KW、絕緣強度:AC2500V、控制電壓:DC24V、效率:≥95%。

②DDD68-65040/2型地面大功率雙路雙槍充電機

輸入電壓:DC680V、 輸出電壓:DC650V、輸出電流:2×40A、額定功率:2×25KW、絕緣強度:AC2500V、控制電壓:DC24V、控制方式:PWM、效率:≥95%。

③電桿、饋線、觸線規格:

④雙重絕緣**保護等級高:

采用干式變壓器過載能力強,長期過載可達1.2倍、短時過載1.5倍。在該系統上裝有電子斷路器,當機器異常電流超過設定值,電子斷路器會迅速動作斷開主電路起到保護作用。電子檢測、保護速度快(檢測速度us級)、動作靈敏、保護效果好。

3)功能齊全

①有電能檢測計量儀表可對直流電流、電壓、電能進行檢測計量。

②系統工作程序由算機控制、觸摸屏顯示、設置、方便、靈活、直觀。

4)先進性

采用三相全波整流方式。比相控整流效率高、線網沒有諧波無污染。濾波單元電容采用高壓進口膜電容。濾波效果好體積小。在輸入輸出端都設計有電子斷路器,其檢測速度為NS級可以迅速保護過流、短路。

地面充電機系PWM高頻控制工作方式。主功率器件全部采用進口件工作可靠效率高。電磁元件都采用的非晶材料效率高、發熱小、結構緊湊。器件模塊化便于維修。設計有欠壓、過壓、過流、短路、溫度、防反等多重保護。

5)適用性

①占地小。設備占地僅有1.1平方米。

②能力大。電流達300A該線網可同時供10臺在線充電動客車充電;地面充電機,可同時以40A的電流給兩臺電動客車同時充電。

(允許長時間過載1.2倍、短時過載1.5倍。

③設備輕。移動靈活。

五、發展純電動公交車目前的困惑有及解決辦法

1)比能量低導致續駛里程短,客車廠主要采取的辦法是,車結構的輕量化。目前有一定成果,有的大客車可以減重1.5t,但是對提高持續里程的貢獻不明顯。

2)選用能快充的電池(如鈦酸鋰),可少裝電池但是導致續駛里程更短。但是快充電池對充電設施建設加大了更高的要求。不僅占地面積較大,而且**等級高。,要建合規的充電站,總的投資不會小于1200萬元以上。實際上往往要用地面雙槍來充電,費時、費力。

3)10米以上純電動公交車借助原有無軌電車的供電線網充電效果較好。但是觸線對10米以下的公交車充電不適宜,要適宜更多的車型,必須對現有供電線網進行改裝,但是改裝要經過規劃、供電公司等部門的批準,同樣是困難重重。如果在城區新建類似的供電線網,在地方政府高層基本上通不過。

六、基于交流380伏的在線充電站接地氣

1)該充電站的建設有公交公司自己掌控,可以配直流充、交流充、觸線充多種接口,可以同時充,可以分開充。

2)純電動公交在線充公交車實際上配有2-3個不同充電接口,接納慢充、快充、觸線充,即根據實際事情,有公交公司自己調節。

3)該充電站是模塊化的,可以小到為1臺車充電,也可以為10臺車輛充電。如果車輛參加了,可以方便有用戶提出,一次性、分步的擴大模塊都行。