新能源電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)與應(yīng)用淺析

邢曉飛

摘要：現(xiàn)如今，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，而新能源汽車(chē)成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)前新能源汽車(chē)主要以插電式混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)為主，這2種汽車(chē)都需要充電，現(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)的充電方式全部是接觸式充電（無(wú)論是充電模式還是換電模式），充電設(shè)施主要包含分散式充電樁和集中式充換電站。“快充需排隊(duì)，慢充停車(chē)貴”已成為新能源汽車(chē)消費(fèi)者公認(rèn)的事實(shí)。文章提出以無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)代替原有充電方式，解決了充電資源不足的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：新能源電動(dòng)汽車(chē);充電技術(shù);應(yīng)用

引言

新能源汽車(chē)、特別是純電動(dòng)汽車(chē)在汽車(chē)市場(chǎng)占比逐步增多，充電技術(shù)的進(jìn)步將會(huì)引領(lǐng)未來(lái)新能源電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)一步發(fā)展。本文闡述了近年來(lái)新能源電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)的發(fā)展歷程，提出和對(duì)比了國(guó)內(nèi)外幾種充電技術(shù)的優(yōu)劣，并通過(guò)分析先進(jìn)的充電技術(shù)，提出了新能源電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)的發(fā)展方向和發(fā)展建議。

1電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備

針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備而言，其主要可以分成兩種類(lèi)型：比較常見(jiàn)的非車(chē)載充電裝置和用于車(chē)載的專(zhuān)門(mén)充電裝置。針對(duì)第二種裝置而言，顧名思義，就是將其安裝在汽車(chē)的指定位置，方便為汽車(chē)充電，此裝置實(shí)際就是利用車(chē)載電源以及地面交流電網(wǎng)實(shí)施充電的一種裝置，主要包含運(yùn)行能量回收充電裝置、車(chē)載充電發(fā)電機(jī)組與車(chē)載充電機(jī)等。從根本上而言，即將一根交流動(dòng)力電纜線(xiàn)（帶有標(biāo)配的插頭），直插于指定位置處（即電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)門(mén)設(shè)置的插座上），以此為電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)充電;此裝置一般選用的是接觸式充電器或感應(yīng)充電器，控制方便且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;其往往依據(jù)車(chē)載蓄電池的具體種類(lèi)來(lái)設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的針對(duì)性。非車(chē)載充電裝置就是比較典型的地面充電裝置，主要有三種類(lèi)型：公共場(chǎng)所專(zhuān)用的充電站、通用充電機(jī)、專(zhuān)用充電站。此裝置對(duì)于多種電池的多樣化充電方式均能滿(mǎn)足。一般情況下，非車(chē)載充電裝置無(wú)論是在重量上，還是在體積、功率上，都比較大，以此來(lái)更好地滿(mǎn)足或適應(yīng)多種充電方式需要。此外，由于各種充電模式有著差異性的充電能量轉(zhuǎn)換方式，因此，針對(duì)當(dāng)前所選用的充電裝置而言，又可劃分為感應(yīng)式和接觸式。對(duì)于感應(yīng)充電器來(lái)考量，從基礎(chǔ)層面來(lái)分析，就是借助變壓器原理，把傳送過(guò)來(lái)的電能，從之前的離車(chē)的遠(yuǎn)方，以感應(yīng)的方式不斷傳送至車(chē)載的副方，用此種放大達(dá)到為蓄電池進(jìn)行相應(yīng)充電的目的;而針對(duì)感應(yīng)充電這一新型充電方式而言，安全為其最主要特點(diǎn)，因?yàn)殡妱?dòng)車(chē)與充電器間，沒(méi)有直接接觸點(diǎn)，因而即便是在那些比較惡劣的天氣下，同樣能夠做到無(wú)觸電充電。

2新能源電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)與應(yīng)用

2.1傳導(dǎo)充電

對(duì)于目前來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)的知名電動(dòng)生產(chǎn)廠(chǎng)家：比亞迪、廣本、北汽、奇瑞等在這幾年均先后推出了新款純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力車(chē)。通常情況下都會(huì)隨車(chē)附贈(zèng)一根便攜式充電線(xiàn)。該充電線(xiàn)一般匹配家庭10A或16A插電口，利用常規(guī)充電（即慢充）：一般采用恒壓、恒流的傳統(tǒng)方式對(duì)汽車(chē)進(jìn)行充電。充電電流大小約為10～16A，若以50kWh的蓄電池為例，充電至少要持續(xù)14～25個(gè)小時(shí)以上;一般晚上下班后連上充電插座，第二天早上可以充滿(mǎn)一半的電量，一般2～3天充一次，可以滿(mǎn)足日常城市內(nèi)短途出行的需求。如果車(chē)主的居住環(huán)境允許，還可以向電網(wǎng)公司申請(qǐng)，在自家的固定停車(chē)位上安裝上壁掛式或立式充電樁。該種充電樁可提供約7kW/h的充電，一般車(chē)輛連接充電樁后，8～10小時(shí)可以完全將電池充滿(mǎn)。這種充電方式是目前比較常見(jiàn)的電動(dòng)車(chē)充電模式，因?yàn)槌杀镜颓夜ぷ鞣€(wěn)定，一般民用的充電設(shè)備充電功率為5～10kW，采用三相四線(xiàn)制380V供電或者單向220V供電。充電電流小，對(duì)電池壽命有好處，但缺點(diǎn)是充電速率仍然較慢。市面上還有許多的快速充電方式：一般以150～400A的高充電電流在短時(shí)間內(nèi)為蓄電池充電?？焖俚某潆姺绞綄?duì)車(chē)載電池和充電樁提出了更高的要求，不是所有的電動(dòng)汽車(chē)都能實(shí)現(xiàn)快速充電，需要按照廠(chǎng)家要求進(jìn)行快充?？斐涞闹饕康氖窃诙虝r(shí)間內(nèi)給電動(dòng)車(chē)完全充電，此類(lèi)充電模式一般充電功率都大于30kW，采用三相四線(xiàn)制380V供電。雖然充電速度加快，但是因?yàn)樵诳焖俪潆娺^(guò)程中，電池發(fā)熱量急劇增加，同時(shí)電池內(nèi)部劇烈進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，所以對(duì)電池的壽命會(huì)造成一定影響，從而使電動(dòng)車(chē)的后期使用成本大幅度增加。三種不同的傳導(dǎo)充電方式是目前常見(jiàn)的充電形式，但無(wú)論采用哪一種方式充電，都無(wú)法避免該種充電方式的弊端。首先，充電的耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)。通常情況下，燃油車(chē)輛單次加注時(shí)間不會(huì)超過(guò)2分鐘。但電動(dòng)汽車(chē)不管使用何種傳導(dǎo)充電方式，最快也需要15～30分鐘才可以完成80%充電。其次，充電形勢(shì)的局限。傳導(dǎo)充電的形式造成每次電動(dòng)汽車(chē)充電都需要連上一條重重的充電線(xiàn)，僅僅是慢充使用的便攜式充電線(xiàn)的重量已經(jīng)要超過(guò)10公斤以上。而使用的快速充電方式，因?yàn)樾枰绷鞔箅娏鞒潆姡枰某潆娋€(xiàn)往往十分笨重，對(duì)消費(fèi)者的日常使用造成很多的問(wèn)題。最后，充電接口及通信協(xié)議種類(lèi)多樣。新能源電動(dòng)車(chē)在充電時(shí)，由于市面上生產(chǎn)新能源汽車(chē)的廠(chǎng)家繁多，對(duì)應(yīng)的充電樁接口及通信協(xié)議種類(lèi)有很多，例如市面上Combo接口、CHAdeMO接口、特斯拉接口、CCS接口、GB/T20234國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)定接口等，而不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的充電樁也會(huì)有不同的區(qū)別，造成很多純電動(dòng)汽車(chē)與充電接口無(wú)法連通的尷尬局面。

2.2換電充電

換電充電通過(guò)直接更換電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池組來(lái)達(dá)到為電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)充電能的目的，并對(duì)替換下的電池組進(jìn)行集中充電的模式。在動(dòng)力電池更換時(shí)間方面，普通車(chē)的電池組可以在5分鐘內(nèi)完成更換，電動(dòng)公交車(chē)也僅需要8分鐘，更換時(shí)間基本與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的加油時(shí)間持平。換電充電模式需要在專(zhuān)門(mén)的換電站進(jìn)行，由于電池組重量較大，更換動(dòng)力電池的專(zhuān)業(yè)化要求較強(qiáng)，需配備專(zhuān)業(yè)人員來(lái)快速完成電池的更換、充電和維護(hù)，并且要求電動(dòng)汽車(chē)和車(chē)載電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。換電充電實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車(chē)和動(dòng)力電池的技術(shù)分離，更換下的電池可以進(jìn)行集中充電管理，可避免大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)隨機(jī)充電對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的不利影響

2.3無(wú)線(xiàn)充電

無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)是基于非接觸式電能傳輸技術(shù)的充電技術(shù)。主要通過(guò)電磁感應(yīng)、電磁共振、微波和激光等方式實(shí)現(xiàn)非接觸式電能傳輸?shù)?。雖然無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)有多種形式，但一般認(rèn)為適用于動(dòng)力電池充電只有電磁感應(yīng)式和電磁共振式兩種。相對(duì)于傳導(dǎo)式充電，無(wú)線(xiàn)充電具有使用方便、安全、可靠，沒(méi)有電火花和觸電的危險(xiǎn)，無(wú)積塵和接觸損耗，無(wú)機(jī)械磨損，沒(méi)有相應(yīng)的維護(hù)問(wèn)題，可以適應(yīng)雨雪等惡劣的天氣和環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：設(shè)備的經(jīng)濟(jì)成本投入較高，維修費(fèi)用大;實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大功率無(wú)線(xiàn)電磁轉(zhuǎn)換，能量損耗相對(duì)較高;無(wú)線(xiàn)充電設(shè)備的電磁輻射會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，伴隨整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、高速、穩(wěn)健化發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)在充電方式上防滲了根本性變化，變得越來(lái)越快速，而且還越來(lái)越智能化。針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)而言，由于是一項(xiàng)十分龐大并且內(nèi)容復(fù)雜的系統(tǒng)功能，如果單純依靠某一單位或部門(mén)來(lái)完成，難度比較大，而且整體效果難以得到全面范圍;需要電力部門(mén)、社會(huì)組織、政府、電池廠(chǎng)商及電動(dòng)汽車(chē)廠(chǎng)商的緊密合作。電氣汽車(chē)是新技術(shù)、新環(huán)境發(fā)展的必然產(chǎn)物，其充電技術(shù)作為其重要構(gòu)成，也將促進(jìn)城鄉(xiāng)多元發(fā)展。

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