电动汽车充换电基础设施是新能源汽车产业链的重要组成部分，作为连接车辆、消费者的中间环节，充换电基础设施的商业化、规模化发展是整个电动汽车产业规模化发展的先决条件。作为一种新型的城市基础设施，充换电基础设施的安全性、便捷性显著影响着消费者对新能源汽车的接受程度。因此，充换电基础设施建设是事关新能源汽车未来可持续发展的重要环节之一。本卷梳理总结了新能源汽车能量供给系统的主要建设模式和基本构成，着重介绍了充换电基础设施的布局规划、供配电、传导式充电、无线充电、电池更换、监控、计量以及加氢等各系统的设计方法与关键技术。
本手册旨在梳理电动汽车现有技术成果、推进电动汽车产业链全面发展，不仅可以为高等院校、汽车研究机构和企业工程技术人才培养提供非常有价值的教材和参考资料，而且可以直接服务于电动汽车产业的自主创新。希望能够对深入推进供给侧结构性改革，提高我国电动汽车产业研发自主创新能力、提升自主品牌零部件和整车企业的竞争力、培育新动能做出贡献。
《电动汽车工程手册》指导委员会
《电动汽车工程手册》编撰委员会
《电动汽车工程手册》出版委员会
序
前言
本卷编写与审稿人员
本卷前言
第1章电动汽车充电基础设施概述
1.1 充电基础设施定义及产业链全景……………………………… 1
1.2 充电设施类型……………………3
1.2.1 以能量补给方式划分………………………………3
1.2.2 以设施规模和布局划分………………………………4
1.2.3 以服务对象划分………………………………5
1.3 充电设施建设需求………………………………5
1.4 充电设施功能与构成………………………………6
1.5 充电设施标准体系………………………………7
1.5.1 充电设施标准………………………………7
1.5.2 加氢站标准………………………………11
1.6 充电负荷及其对电网的影响……………………………… 12
1.7 电动汽车充电电价政策……………………………… 14
1.8 加氢站概述………………………………15
参考文献………………………………17
第2章电动汽车充电 设施布局规划
2.1 充电设施布局规划现状………………………………19
2.2 充电设施布局规划原则……………………………… 21
2.3 布局规划关键因素……………………………… 21
2.4 布局规划基本流程……………………………… 24
2.5 充电设施布局规划理论及充电站设计基础……………………………… 24
2.5.1 电动汽车保有量预测………………………………24
2.5.2 充电需求预测方法……………………………… 26
2.5.3 电动汽车充电设施选址……………………………… 29
2.5.4 充电站内电动汽车充电设施优化定容……………………………… 31
2.5.5 优化求解算法……………………………… 34
2.6 充电设施布局规划实例……………………………… 35
2.6.1 基于排队论的充电设施布局………………………………35
2.6.2 基于时空限制的充电站选址布局………………………………38
2.6.3 基于多层次模糊评价的充电站选址布局……………………………… 41
2.7 充电设施（站）设计基础……………………………… 45
2.7.1 电动汽车充电站主要设备……………………………… 45
2.7.2 电动汽车充电站基本设计流程………………………………46
2.8 展望……………………………… 47
参考文献………………………………47
第3章电动汽车充电设施供电系统
3.1 设计标准……………………………… 49
3.1.1 一般要求……………………………… 50
3.1.2 充电站等级划分……………………………… 50
3.1.3 供电电源要求……………………………… 51
3.1.4 电能质量要求……………………………… 51
3.1.5 电气计量标准……………………………… 51
3.1.6 变压器标准……………………………… 52
3.2 设计方案………………………………53
3.2.1 供电系统设计………………………………53
3.2.2 分布式电源接入设计……………………………… 55
3.3 谐波治理……………………………… 57
3.3.1 充电站谐波限值……………………………… 57
3.3.2 充电站谐波计算……………………………… 58
3.3.3 充电站谐波计算算例………………………………58
3.3.4 充电站谐波治理方法……………………………… 59
3.3.5 充电站谐波治理实例……………………………… 61
3.4 安全防护……………………………… 62
3.4.1 接地配置……………………………… 62
3.4.2 防雷设计……………………………… 63
3.4.3 消防设计………………………………64
3.5 展望………………………………65
参考文献……………………………… 66
第4章电动汽车传导式 充电系统
4.1 电能补给方式……………………………… 67
4.1.1 整车充电方式……………………………… 68
4.1.2 电池更换方式……………………………… 68
4.2 电动汽车充放电基本工作原理……………………………… 69
4.2.1 锂离子电池的构成与工作原理……………………………… 69
4.2.2 锂离子电池的基本充放电原理………………………………71
4.2.3 锂离子电池充放电安全问题………………………………73
4.2.4 恒流恒压充放电方法及影响因素……………………………… 77
4.2.5 锂离子电池的充放电终止电压……………………………… 78
4.2.6 最大允许充电电流………………………………80
4.2.7 充电控制模式与电池管理……………………………… 83
4.2.8 充放电容量及影响因素……………………………… 86
4.2.9 能量转换效率的定义及影响因素……………………………… 88
4.3 传导式充电……………………………… 90
4.3.1 充电设备………………………………91
4.3.2 充电设备电路拓扑结构………………………………96
4.3.3 充电方式……………………………… 105
4.3.4 充电模式………………………………107
4.3.5 连接方式……………………………… 109
4.3.6 充电组合形式………………………………109
4.3.7 充电接口……………………………… 111
4.3.8 电池管理系统……………………………… 124
4.3.9 通信协议……………………………… 129
4.4 电动客车顶部接触式充电系统……………………………… 136
4.5 展望……………………………… 142
参考文献………………………………142
第5章电动汽车无线充电系统
5.1 无线充电技术……………………………… 145
5.1.1 电磁感应方式………………………………147
5.1.2 微波传输方式……………………………… 148
5.1.3 电场耦合方式………………………………149
5.2 无线充电设备……………………………… 150
5.2.1 静态无线充电设备……………………………… 150
5.2.2 动态无线充电设备……………………………… 156
5.3 充电互操作性……………………………… 159
5.3.1 无线充电系统分类………………………………160
5.3.2 无线充电工作距离………………………………160
5.3.3 功率等级不同的互操作性要求………………………………162
5.3.4 离地距离等级不同的互操作性要求………………………………162
5.4 无线充电标准现状……………………………… 162
5.5 展望 ……………………………… 164
参考文献………………………………165
第6章电动汽车充电设施 电池更换系统
6.1 电动汽车换电技术……………………………… 167
6.1.1 电池更换定义……………………………… 167
6.1.2 电池更换系统的组成……………………………… 168
6.1.3 电池更换方式……………………………… 168
6.1.4 电池更换的基本流程………………………………172
6.2 电池更换系统关键参数……………………………… 173
6.2.1 设计步骤……………………………… 173
6.2.2 备用电池组设计依据……………………………… 174
6.2.3 关键参数优化设计……………………………… 174
6.2.4 主要影响因素………………………………176
6.3 电池更换系统……………………………… 177
6.3.1 快换手旋转电池更换系统………………………………177
6.3.2 圆周轨道电池更换系统……………………………… 177
6.3.3 旋转机器人电池更换系统………………………………178
6.3.4 全自动底盘电池更换系统……………………………… 179
6.4 关键设备及部件……………………………… 180
6.4.1 电池箱更换设备………………………………180
6.4.2 电池箱转运设备……………………………… 187
6.4.3 电池箱存储设备……………………………… 187
6.4.4 充电架………………………………187
6.4.5 快速更换电池箱………………………………188
6.5 电池更换系统应用实例……………………………… 190
6.5.1 熊猫环岛公交车换电站……………………………… 190
6.5.2 北土城公交车充换电站………………………………191
6.5.3 高安屯换电站………………………………191
6.5.4 北汽电动乘用车换电站………………………………193
6.6 展望………………………………194
参考文献………………………………195
第7章电动汽车充电设施监控系统
7.1 充电设施监控系统的结构与功能……………………………… 197
7.1.1 中大规模充电设施监控系统……………………………… 197
7.1.2 分散性、小规模充电设施监控系统………………………………198
7.1.3 充电设施监控系统功能……………………………… 198
7.1.4 充电设施监控系统硬件……………………………… 200
7.2 监控系统关键技术……………………………… 203
7.2.1 软件架构………………………………203
7.2.2 网页相关技术……………………………… 205
7.2.3 实时数据库技术……………………………… 206
7.2.4 网络通信技术……………………………… 207
7.2.5 现场总线技术………………………………208
7.3 监控系统设计………………………………210
7.3.1 场站运行监控子系统………………………………211
7.3.2 用户服务子系统……………………………… 215
7.3.3 安防监视子系统……………………………… 217
7.3.4 车辆监控子系统……………………………… 217
7.4 展望……………………………… 220
参考文献……………………………… 220
第8章电动汽车充电设施计量系统
8.1 充电设施电能计量系统………………………………221
8.1.1 交流电能计量系统……………………………… 221
8.1.2 直流电能计量系统……………………………… 223
8.1.3 充电设施与充电用户之间的贸易结算点………………………………226
8.1.4 充电设施电能计量方式……………………………… 227
8.2 充电设施的量值溯源……………………………… 228
8.2.1 溯源等级图……………………………… 228
8.2.2 交流充电桩检定方法………………………………230
8.2.3 直流非车载充电机检定方法……………………………… 232
8.3 充电设施的电能标准装置……………………………… 232
8.3.1 直流电能标准装置的结构原理……………………………… 233
8.3.2 直流大电流测量……………………………… 234
8.4 无线充电计量系统………………………………235
8.4.1 无线充电计量系统探讨………………………………235
8.4.2 无线充电计量系统整体方案……………………………… 236
8.5 展望………………………………242
参考文献………………………………243
第9章燃料电池汽车加氢站
9.1 氢气的特性……………………………… 245
9.2 氢气的制备方法及技术指标………………………………249
9.2.1 氢气的制备方法……………………………… 249
9.2.2 燃料电池汽车用氢气的技术指标………………………………250
9.3 加氢站站址选择……………………………… 251
9.4 加氢站等级划分……………………………… 252
9.5 加氢基本工艺………………………………252
9.6 氢气的储运系统………………………………255
9.6.1 高压氢气运输……………………………… 255
9.6.2 液氢运输……………………………… 256
9.7 氢气卸气系统……………………………… 256
9.8 氢气增压系统……………………………… 257
9.8.1 压缩机选择……………………………… 257
9.8.2 氢压缩机组………………………………259
9.9 站内储氢系统……………………………… 260
9.10 氢加注系统……………………………… 261
9.10.1 氢气加注方法……………………………… 261
9.10.2 氢气加注设备……………………………… 261
9.10.3 氢气加注控制………………………………263
9.11 其他辅助系统……………………………… 266
9.11.1 氮气系统……………………………… 266
9.11.2 放散系统……………………………… 266
9.12 加氢站站控系统……………………………… 267
9.12.1 加氢站系统监控………………………………267
9.12.2 安防监控………………………………268
9.13 加氢站安全设计……………………………… 268
9.13.1 安全距离………………………………269
9.13.2 防雷与接地………………………………271
9.13.3 防静电……………………………… 271
9.14 加氢站运营管理………………………………271
9.15 展望………………………………272
参考文献……………………………… 273
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