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电动汽车分散充电设施配比度分析与计算方法研究

导读: 本文基于美国NHTS(Nationalhouseholdtravelsurvey)的私家车调查数据,统计分析车辆的行驶里程数分布规律,研究用户对不同剩余荷电状态(stateofge,SOC)接受心理下的电动汽车充电需求概率,提出了分散慢充桩与电动汽车的配比度分析计算方法。

  摘要:分散充电设施需按一定比例合理配置以满足电动汽车的充电需求,同时尽量避免设施冗余。本文基于美国NHTS(Nationalhouseholdtravelsurvey)的私家车调查数据,统计分析车辆的行驶里程数分布规律,研究用户对不同剩余荷电状态(stateofge,SOC)接受心理下的电动汽车充电需求概率,提出了分散慢充桩与电动汽车的配比度分析计算方法;分析了影响用户进行快、慢充选择的诸多因素,进而建立用户快充需求判断的概率模型,提出了分散快、慢速充电设施的配比度分析计算方法,为分散充电设施的规划配置提供依据。

  1、引言

  随着能源危机和环境污染问题日益严重,电动汽车迎来了自身发展的重大契机。充电基础设施的建设是电动汽车产业推广的前提和基石,如何合理地配置充电设施以适应电动汽车的推广应用将是急需解决的关键问题。现阶段对于充电基础设施规划配置的研究主要围绕集中式充电站或换电站的站址选择与容量确定进行,对于分散充电设施,由于其依各功能区的停车场而建,在选址方面较为简单经济,因此更应合理确定各类分散充电设施之间以及充电设施与电动汽车之间的配比度,而目前这方面的研究较少。

  分散充电设施根据充电方式的不同可分为交流慢速充电桩和直流快速充电设施。交流慢充桩输出为交流电,需通过车载充电机为电动汽车充电,充电电流较小,充电时间一般在3-8小时;直流快速充电设施则直接为电动汽车动力电池提供直流电源,充电电流大,一般可在半小时将电池电量充至80%以上。目前新生产的电动乘用车基本都同时配有快充和慢充两个充电接口。充电电流过大将缩短电池寿命、降低电池效率,且会对电网造成冲击。基于以上因素,并考虑进行有序充电的充裕度,应把慢充充电作为当前技术水平下动力电池的主要充电手段,而将快充充电作为一种辅助的应急手段。

  现阶段在分散充电设施实际规划建设过程中,其配比度仍然依靠主观确定,无科学的分析方法。本文从满足电动汽车用户不同充电需求的目标出发,基于对私家车运行规律的统计分析,提出了电动汽车与慢充桩配比度和快、慢充电设施配比度的概率分析方法,为合理确定分散充电设施的配置比例提供依据。除私家车外的其余类型电动汽车(如出租车,公交车)一般都有固定的集中式充电场所,且私家车的比重将达到70%~80%,是未来电动汽车推广的主体,面向私家车的充电设施配置是否完善,将直接影响到电动汽车的发展速度,因此,本文针对电动私家车进行充电设施配比度分析,且假设未来电动汽车行驶规律与燃油车相似。

  2、慢充桩与电动汽车配比度计算方法

  分散慢充桩应成为满足电动汽车日常充电需求的主要设施类型,而充电需求则由多方面因素决定,包括用户的用车行为习惯、电动汽车的续航能力以及用户对电动汽车行驶性能的信心等因素,后两者决定了在分析用户充电行为时,需考虑用户心理因素。私家车夜间一般停泊在居住区停车场,停靠时间较长。从充电的便利程度和可支配充电的时间充裕性来看,居住地是最主要的电动汽车能量补集地点,应最大程度的满足用户的充电需求,从而首先适合在居民区电动汽车用户的停车位建设分散充电桩,其数量应与该小区电动汽车数量相等,车、桩、位之比适宜为1:1:1,以保证为每辆电动汽车提供专有的充电服务。但是只在住宅区配置充电设施不足以完全保证用户外出行驶需求,也不利于增强用户对电动汽车的使用信心,因此,有必要在私家车用户频繁停车的其他场所配置相应的充电设施,其配比度如何确定,是本文所要分析的问题。

  2.1电动汽车用户心理接受能力分析

  据文献发布的2012年上海电动汽车示范运行一周年的《数据采集报告》,大约90%的电动汽车用户会在出行前将电池荷电状态(stateofge,SOC)充至60%以上,且大部分用户(77%)在电池剩余SOC下降到一半之前就开始充电,几乎没有人会在电量耗尽时再去充电。统计结果体现了用户对电池剩余SOC不足以维持电动汽车完成一次行驶的心理担忧。充电桩建设数量越多,越容易满足用户的充电需求,但是也意味着造成设施闲置以及投资浪费的可能性越大,因为每个用户对剩余SOC程度的承受心理不尽相同,这将直接影响其充电意愿,并非所有用户均会在停车地点进行充电,因此,在配置充电设施时,必须计及用户对不同剩余SOC的接受心理,从而综合考虑对充电的心理迫切性和发生充电行为的便利性,确定一个相对合理的充电桩建设比例。

  2.2桩车配比度计算方法

  单个用户的充电行为具有较大的随机性,但是当样本数量足够大时,总体用户的充电行为会呈现出一定的规律,即随着样本数量的增加,对电动汽车具有相近使用心理的用户中,产生充电需求的频率将会逐渐稳定在一个值附近,即单个用户的充电概率。

  本文计及不同用户对剩余SOC的接受心理,分析不同接受水平下的充电需求概率,并为其设置权重,进而综合考虑不同用户的充电需求,按适当的配比度配置交流慢充桩。

  本文在分析时做如下假设:

  1)所有电动汽车均以满电状态从家出发;

  2)用户会优先考虑住宅区充电。仅当在返回住宅区之前,电动汽车能量状态可能不满足用户心理可接受水平时才在住宅区以外的场所进行充电;

  3)除居住地以外,每个用户只有一个外出目的地,且往返里程相同;

  4)行驶里程与电量消耗呈线性关系,且不考虑电池自放电;

  5)由于慢充充电时间较长,一般为3~8h,因此,假设在不同功能区的一个停车周期内,单个充电桩仅为一辆有充电需求的车辆服务,即不出现排队情况;

  6)对剩余SOC具有相同接受心理的用户具有相同的充电需求概率。

  用户行驶及充电过程可描述如下:

  根据假设1)和2),用户满电状态从家出发,当其到达户外目的地,可选择充电与否。这由用户对电动汽车剩余电量能否支撑其返回居住地的信心决定。后者又受以下两方面因素影响:

电动汽车分散充电设施配比度分析与计算方法研究

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