.xxxxxxxxxx研究项目总结报告一、项目概况1、项目名称xxxxxxxxxxxxxxxxxx2、立项时间xxxx年xx月。3、项目编号xxxxxxxxxxxxx。4、项目负责人xxx。5、合作企业xxxxxxx。6、经费预算本项目总经费75万元，其中，省拨经费15万元，承担单位自筹30万元，参加单位投入30万元。7、主要研究内容研究电动汽车多功能车载充电和电动汽车用电池功率特性 ；研究电动汽车与智能电网双向互动的多功能实现方法；考虑电动汽车放电情况，研究V2G系统的功能及实现方式，进行不同场景下的分析；实现为电动汽车提供电能量处理与计费功能等于一体的管理服务系统。二、项目实施情况本项目实施过程比较顺利，完成了既定内容的研究和合同指标。开展的主要工作如下：1、校企联合研发团队的组织南京理工大学通过前期与南京怡咖电气科技有限公司在“电动汽车多功能车载充电与控制系统的产业化”项目开展了大量的合作，取得了有效进展。在该项目合作的基础上，双方共同合作，组建校企联合研发团队，开展电动汽车多功能车载双向充电与控制关键技术研究。校企联合研发团队成员包括南京理工大学和南京怡咖电气科技有限公司双方人员，团队成员共计13人，其中南京理工大学9人，南京怡咖项电气科技有限公司4人，覆盖了系统架构、设计、软硬件技术研发、知识产权管理等方面。项目负责人由南京理工大学自动化学院彭富明高级工程师担任。项目实施以来，研发团队人员相对稳定，积极性高，有效保障了项目的顺利实施。2、实施计划的制定与落实按照项目实施要求与时间安排，提前制定了合理、有效的实施计划，具体如下：2016年07月01日-2016年12月31日，研究电动汽车多功能车载充电和电动汽车用电池功率特性，并将研究成果形成相应的论文、申报专利；2017年01月01-2017年06月30日，研究电动汽车与智能电网双向互动的多功能实现方法、V2G系统的功能及实现方式等内容，并进行不同场景下的实例分析，并进行相应的验证等工作；开发样机模型；形成相应的论文，申报专利；2017年07月01日-2017年12月31日，完成电动汽车车载双向充电与控制系统的管理服务平台建设；完善样机系统；对本项目研发过程中形成的产品、平台进行测试验证；2018年01月01日-2018年06月30日，将相应成果提炼，完善论文，申报专利，资料归档。在具体落实的过程中，按照计划要求，稳步推进，适当超前，于2017年底顺利完成了项目规定任务，超额、提前完成了合同约定的考核指标。3、企业研发人员的培养培训项目实施过程中，注重发挥产学研合作的基础，依托南京理工大学优势资源和本项目的合作基础，对企业研发人员，在项目实施过程中，进行常态化的培养和穿插式的培训，定期开展项目交流研讨会，解决项目实施中的疑难问题；同时，在项目实施完成后，对企业研发人员进行有针对性的培训，为项目成果更好地进行产业化打下坚实基础。4、项目完成情况及成效项目完成了对电动汽车多功能车载充电和电动汽车用电池功率特性、电动汽车与智能电网双向互动的多功能实现方法的研究； 在考虑到电动汽车放电情况的前提下，研究了V2G系统的功能及实现方式，进行了不同场景下的实例分析； 实现了为电动汽车提供电能量处理与计费功能等于一体的管理服务系统。 完成了电动汽车车载双向充电与控制系统的研制，具体产出为电动汽车多功能车载双向充电与控制系统样机1套，恒流恒压充电输出电压范围400V700VDC，输出电流范围10A120A；发表论文5篇；申请发明专利4件。 对照项目合同可以发现，本项目已经顺利完成了合同任务指标。5、经费预算执行情况项目实施过程中，严格按照合同约定的支出范围使用项目经费，专款专用，单独核算，遵守国家、省有关科技计划与经费管理的规定，为项目的顺利实施提供了有效的经费保障。预算执行方面，按照合同约定，顺利完成了经费预算的执行。三、项目技术情况1、项目的研究方法及技术路线（1）地面式大功率直流双向充电系统主要由人机交互单元、功率单元、控制单元及充电接口组成人机交互单元由触摸屏和电源开关组成，用于设置充电方式和充电参数。采用ARM核心机构，用户通过触摸屏操作，根据画面提示刷卡，连接充电接口，选择充电模式，启动充电过程。功率单元实现交直流变换，控制单元由主控板、控制保护单元、通信单元组成，完成充电过程的启动、运行、实时监控以及关闭。充电接口由充电插座和充电插头（充电枪）组成。直流双向充电系统输入电压是三相四线AC380V，频率为50Hz；输出是可调的直流电，直接为电动汽车的动力电池充电。充电过程中，车载BMS通过充电接口连接到CAN总线，控制充电机按照合理的充电曲线进行充电，同时通过CAN总线控制充电机，执行用户的启动、停止充电操作。电动汽车车载双向充电系统采用 CAN 总线与电池管理系统(BMS)进行通信，接收由 BMS发送的电池充电状态和充电需求等，同时把实时的充电回路状态信息发送给 BMS。充电机从地面电源获取能量，采用合适的方式传递给蓄电池，而建立了供电电源与蓄电池之间的功率转换接口。充电系统通常由功率转单元和执行充电过程控制的控制器组成。对充电系统的基本性能要求包括：对操作人员具有安全性，同时易于使用；充电快速，且能够保证蓄电池的使用寿命；高效率，能够提高能量的利用率，降低经济成本。系统采用STM32 为中央控制芯片，集中处理系统事务。针对车载充电机控制器和电池管理系统之间的通信的特点以及充电系统对实时信息通信的高性能需求，采用以 CAN 总线作为网络底层协议，以SAE J1939协议和TTCAN协议作为网络的上层协议的分层网络结构。电压和电流传感器实时监测充电回路的电压和电流值。充电机控制器根据地面充电装置提供的信号、传感器测量值结合电池管理系统的电池状态来实时调节充电过程。采用 PID 控制算法加快响应速度，提高控制精度。整个配电盒采用散热及耐振动优良的铝合金壳体，具有较高安全及密封防水等级，在寿命、功耗、体积及重量上也有较大的优势。根据不同客户的系统架构需求，此高压配电盒还集成了部分整车低压车身控制驱动（BCM）功能，此部分低压控制驱动可以很方便地升级到智能低压配电（Smart Junction Unit）并可集成到高压系统智能控制管理单元。控制管理单元（PDMU）采用符合汽车电子安全标准（ISO26262）的汽车级微控制器（MCU）及外围关键电子零件。功率变换与双向充电装置样机研制阶段工艺技术路线见图1：图1 工艺技术路线（2）电动汽车充放电监控中心负责区域电网内所有电动汽车充放电的统一管理、监测和经济调度，接收电网调度的实时响应命令和充放电计划命令，根据相关算法将其分配至各V2G站，确定各站充放电计划，V2G站站控层负责将电动汽车充放电监控中心分配至本站的充放电计划中再次分配至各车辆，确定各车辆充放电功率和时间，并将本站信息上传至电动汽车充放电监控中心。用户在V2G站停车时将车辆连接到充放电机，通过充放电机人机界面设定车辆参与充放电服务的可用时间以及电池荷电状态上下限。当电动汽车连接充放电机时，BMS负责将其数据通过充放电机及站内通信网络传至V2G站站控层，包括电池实时电量、电压、充放电允许以及电池最大充放电电流等。V2G站站控层依据这些数据选择充放电车辆及其功率，并在相应时刻下达给对应充放电机和车辆。（3）V2G站的充放电模式决定了其控制策略，以负荷曲线整形充放电模式研究V2G站的控制策略。负荷曲线整形充放电模式是指以日负荷曲线为基础，以减小负荷峰谷差为目标，制定V2G站充放电计划。充放电的计划需要统筹考虑计划期内各时段的负荷预测、设备投产和检修计划、电动汽车充放电能力预测、参与充放电激励政策、车辆用户使用需求情况以及新能源发电情况，在满足电网安全约束条件下实现经济调度。（4）从控制关系的分析来看，电动汽车充放电监控中心相当于传统区域电网的调度，V2G站相当于发电厂，各个车辆相当于机组。V2G站接收电动汽车充放电监控中心下发的充放电计划，自行选择充放电车辆。考虑到站内车辆的流动性和车辆用户需求，实现上述功能的V2G站控制流程是一个实时的循环过程。如下图2所示，图2 充放电流程（5）车辆选择算法的目的是使全站该时刻的充放电功率尽量符合电动汽车充放电监控中心下达的命令，是确定充放电车辆和功率的关键。车辆选择算法既要满足车辆选择的流动性，保证备选车辆及其充放电功率随全站充放电计划的变化而变化，又要满足车辆选择的稳定性，防止同一辆车的充放电功率频繁变化，对电池性能造成损害。有两种车辆选择算法：排序算法和功率分摊算法如图3和图4所示。图3排序算法图4 功率分摊算法2、项目解决的关键技术本项目解决的关键技术主要包括以下3点：（1）在不同充电方式下，分析电动汽车多功能车载充电和电动汽车用电池功率特性的研究，分析不同时间段充电负荷分布特点，给出电动汽车多功能车载充电设备实现方法，并对比分析不同阶段充电站对电网负荷特性的影响，量化分析其影响程度，研究改善电网负荷特性的充电方法和控制技术。针对现在电动汽车的发展状态来看，对大规模、多种类、不规律运行的电动汽车充电功率需求预测意义不大。因此，要建立合理的充电功率需求分析模型，要综合考虑政治、经济等因素，合理预测电动汽车规模。现在市场上运营的电动汽车有很多种，本项目中根据用户简单的把电动汽车分为三类：一是客车，比如公交电动汽车等从事公交运营的车辆，还有长途客运车辆，企业自备车辆等，他们的路线一般都是提前规划好的，有固定的运营时间和充电时间；二是专用车，邮政，物流车，市政，环卫，工程车等，这部分车的行驶范围就比较大了，具有很强的随意性；三是乘用车，出租车，私人及企业用车，公务车，租赁车等，作为现如今拥有量最大的汽车群体，其行驶时间，路程，范围都具有很强的随意性，不确定性，一般情况下，行驶路程短，使用时间不长，停在公司和小区停车场的时间会多一点，因此在这两个地方有充足的时间参与电网互动。下面总结几点会影响汽车充放电的因素：根据目前的资料来看，会影响电动汽车充放电的因素主要是电动汽车的电池状态，包括了电池材料，循环充电次数，品牌，电池容量，使用寿命等等，表1中总结了几种电池的参数性能，锂电池由于其体积小，重量轻，比能量密度大，使用寿命长，可循环次数多，成本适中的特点成为了许多电动汽车的首选电池。电动汽车的使用情况，包括了电动汽车每天的出行时刻，行驶公里数，行驶时间，停放地点以及时间，可用电池容量等。电动汽车的充电模式，简单的可以分为下面几种方式：一是常规充电：充电电流小，充电速度慢，成本较低，多用于家庭式充电；二是快速充电：充电电流大，充电速度快，建设成本高，多用于应急充电，短时间充电；三是换电池充电：采用的是直接更换电池组，时间主要花在寻找电池更换门店与装配上，有利于提高电池使用效率，可以选择在电网低谷时充电降低了充电成本；四是无线式充电：采用特殊方式，无需充电插头，利用现行技术标准的特殊激光或微波束给车辆充电，以后车辆可以在专门设计的高速上利用安装在电线杆或其他建筑上的发射器进行快速补充电能。不同的充电方式有利有弊，根据用户需求选择合适的充电方式才是最有利的，以后一定会有更加先进更加便捷的充电方式研发出来改变充电行为，让电动车真正的成为便捷的交通工具。表1 动力电池特性比较除了以上谈到的几点以外，由于现阶段新能源的发展很不平衡，大到国家，小到地域，发展速度都存在明显的差异，导致电动汽车的发展规模不相匹配，直接影响到了电动汽车的充放电功率总规模，对各区域内电网的负荷产生不同的影响。以南京地区的电动汽车发展来说，截至2016年底，南京新能源汽车保有量达1