電動(dòng)汽車固定式充電式充電樁研究

德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 段璽文 于士軍

背景

隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在馬路上的汽車，根據(jù)車輛動(dòng)力原理可以分為三種，分別為：純電動(dòng)型、燃油型和混合動(dòng)力型。燃油型汽車使用的動(dòng)力燃料是汽油，燃燒會(huì)排出大量的污染氣體。而電動(dòng)汽車的問(wèn)世，大大解決了此問(wèn)題。各國(guó)對(duì)于電動(dòng)汽車的重視程度不同，電動(dòng)汽車在國(guó)內(nèi)國(guó)外的發(fā)展也存在著較大的差距。因此各國(guó)對(duì)于電動(dòng)汽車的充電樁重視程度也不相同，國(guó)外對(duì)于電動(dòng)汽車充電樁更為重視。例如在英國(guó)，每個(gè)市區(qū)基本都有50～60個(gè)免費(fèi)充電樁。而在國(guó)內(nèi)，可能只有在北上廣才能達(dá)到這種水平。電動(dòng)汽車具有節(jié)能、降噪、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，但是局限性也顯而易見(jiàn)。電動(dòng)汽車充電這一模塊，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中占著很大比例，路上如果沒(méi)有專門的充電設(shè)施，一旦電池電源耗盡，根本沒(méi)法及時(shí)進(jìn)行道路救援。

1 電動(dòng)汽車的問(wèn)題與前景

1.1 電動(dòng)汽車的發(fā)展前景

從國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，家庭固定式充電是使用最多的電動(dòng)汽車充電方式，只有在道路上才會(huì)依靠道路公共充電設(shè)施，尤其是在停車場(chǎng)里使用頻率最高。從資源與便利性來(lái)講，汽車的大部分時(shí)間都處于停車狀態(tài)，所以建在停車場(chǎng)里跟馬路兩邊的充電樁作為汽車充電的第一選擇，不僅滿足了用戶的基本需求，還提高了土地利用率，降低了國(guó)電負(fù)荷率。

1.2 電動(dòng)汽車充電遇到的問(wèn)題

（1）廠商行動(dòng)不協(xié)調(diào)：電動(dòng)汽車不同于一般的燃油型汽車，電動(dòng)汽車包括生產(chǎn)、銷售、維護(hù)等步驟。對(duì)于燃油型汽車來(lái)說(shuō)，只要開(kāi)出4S店，基本上服務(wù)就結(jié)束了。但是電動(dòng)汽車不同，還要對(duì)電動(dòng)汽車安裝固定式充電樁。

（2）住宿地?zé)o固定地方安裝：從現(xiàn)在的住宅情況來(lái)看，每一個(gè)小區(qū)的停車位都是有限的，有的甚至需單獨(dú)購(gòu)買，離住房區(qū)域距離甚遠(yuǎn)，只有一小部分是擁有固定產(chǎn)權(quán)的，按照規(guī)定，只要給物業(yè)出示《充電樁安裝同意書》就可以。但是，停車位限制了操作。

（3）充電樁數(shù)目有限：因?yàn)榘惭b一個(gè)充電樁的成本很大，又加上充電時(shí)間長(zhǎng)，一輛車至少需要充電一個(gè)小時(shí)，一旦多量車排隊(duì)沖電，會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間，給用戶造成很差的體驗(yàn)。

（4）公共設(shè)施不完善：在我國(guó)，還沒(méi)有正式把新能源充換電配套設(shè)施納入建設(shè)計(jì)劃中，又加上單個(gè)充電裝置的成本巨大技術(shù)受限，因此其比一般的停車位建設(shè)要復(fù)雜，涉及的因素也多，例如電力、交通、政策等。

（5）不同品牌汽車的不同待遇：電動(dòng)汽車有巨大的市場(chǎng)發(fā)展前景，各大品牌都紛紛開(kāi)展新能源產(chǎn)業(yè)，包括特斯拉等電動(dòng)汽車龍頭企業(yè)。每個(gè)品牌所設(shè)置的充電樁可能對(duì)其他品牌的電動(dòng)汽車有排斥。

2 電動(dòng)汽車的充電方式

2.1 短距離線路直充

買車送便攜式充電線與家用充電樁，充電線這種方式是最簡(jiǎn)單最方便的。但是速度極其慢，只能作為迫不得已的備用選擇，大部分時(shí)間還是在停車位上用固定式充電樁充電。如果在小城市，充電線則變成了主要充電方式，小城市很有可能不具備充電樁，因?yàn)槌潆姌缎枰獙ｉT的技術(shù)人員上門安裝調(diào)試，需要的條件很多。

2.2 公共充電設(shè)施

很多一線城市普遍建有公共充電樁。這種設(shè)施的優(yōu)點(diǎn)就是可以自己選擇是快充還是慢充，但是也取決于車型跟購(gòu)車時(shí)間的長(zhǎng)短，這是唯一可以快速充電的地方。費(fèi)用較高，較為奢侈。

2.3 電池更換式充電

換電池是電動(dòng)汽車的救命稻草，這種方式需要到門店讓專門經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的技術(shù)人員通過(guò)科學(xué)的技術(shù)手段來(lái)更換，時(shí)間在十五分鐘以內(nèi)。跟加油的速度可以媲美。但是缺點(diǎn)很明顯，只能由專門門店人員更換，電池壽命跟質(zhì)量也得不到相應(yīng)的保證。

3 電動(dòng)汽車充電樁的分類

3.1 交流式充電樁

圖1 交流式充電樁構(gòu)架圖

3.1.1 主要技術(shù)參數(shù)

輸入交流電壓：220V（幅度空間10%）。

輸出交流電壓：220V（幅度空間10%）。

輸出最大電流：16A（3.5kw）/32A（7kw）/63A（14kw）備注：最高可達(dá)43kw

額定交流頻率：50Hz。

工作環(huán)境：-20℃到+50℃。

3.1.2 工作原理

交流式充電樁俗稱慢充，只提供電力輸出，不提供單純的充電功能，需要與安裝在電動(dòng)汽車上的充電機(jī)連接才能充電，所以交流式也被稱為只提供交流電源的供電裝置。交流式充電樁的核心也采用了控制導(dǎo)引電路的方式來(lái)作為檢測(cè)連接裝置及電流參數(shù)的判斷裝置。

3.1.3 結(jié)構(gòu)組成

（1）控制面板：功率通斷、電能使用的計(jì)算跟判斷是否達(dá)到安全充電要求。

（2）讀卡器。

（3）液晶屏：顯示用戶信息和汽車型號(hào)以及充電樁的運(yùn)行參數(shù)。

（4）觸摸式電子開(kāi)關(guān)。

（5）觸摸鍵盤。

（6）打印機(jī)：打出消費(fèi)清單。

3.1.4 主要的控制導(dǎo)引電路

（1）報(bào)警檢測(cè)電路：因?yàn)殡娐泛苋菀装l(fā)生異常，所以報(bào)警檢測(cè)為重中之重，它必須能檢測(cè)出漏電、過(guò)流等狀態(tài)，還有接觸器是否良好，導(dǎo)引連接是否成功，電磁鎖是否安裝使用等問(wèn)題。如果發(fā)生異常，立即斷開(kāi)接觸器停止供電從而防止事故的發(fā)生，保障使用安全性。

（2）弱電控制電路：弱電控制電路由直流穩(wěn)定電源和弱電裝置組成，弱電裝置主要由主板、接口板、觸摸屏、讀卡器以及打印機(jī)組成，它們有著硬核的標(biāo)準(zhǔn)，除了必須滿足自身的信號(hào)采集之外，還必須有連接互聯(lián)網(wǎng)的LAN或者CAN接口。它們需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的穩(wěn)定供電。

（3）電壓檢測(cè)電路：首先，所謂的電壓檢測(cè)就通過(guò)互感器將電壓轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)小信號(hào)，然后再通過(guò)互感器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，例如輸入電壓為220V，輸出電流為5mA，那就說(shuō)明正確無(wú)問(wèn)題。這方面包含著數(shù)據(jù)分析及計(jì)算，所以說(shuō)也是控制電路中的核心部分。

3.1.5 功能特點(diǎn)

（1）可以支持多種支付方式，例如掃碼、刷卡、現(xiàn)金等；

（2）顯示屏為觸摸式，操作方便易維修；

（3）適用所有車型，兼容所有車輛的BMS協(xié)議，安全可靠；

（4）保護(hù)功能全面，無(wú)論是過(guò)壓還是過(guò)載或者短路漏電等，都可以保護(hù)得很好。

3.2 直流式充電樁

3.2.1 主要技術(shù)參量

交流輸入電壓：323V～437V

交流電源頻率：50Hz

輸入功率因數(shù)：≥0.98（A級(jí)設(shè)備）≥0.92（B級(jí)設(shè)備）

效率：≥92%

電壓精度：不超過(guò)±0.5

電流精度：≥30A（不超過(guò)±1%）＜30A（不超過(guò)±0.%）

3.2.2 原理

首先跟交流式一樣，都是固定安裝在電動(dòng)汽車外，但是本質(zhì)上不同的是，直流式充電樁可以用為非車載式汽車電池的供電裝置。輸出的電壓和電流也較大，所以直流式也被稱為快充。

3.2.3 結(jié)構(gòu)組成

組成成分與交流式類似，除了簡(jiǎn)單的觸摸裝置之外，還主要由一個(gè)整體電流輸出輸入裝置、充電樁、連接電纜和充電連接器構(gòu)成；整流裝置也由整流模塊和充電時(shí)所需要的控制系統(tǒng)組成。

3.2.4 功能特點(diǎn)

（1）具備BMS通信功能，可以獲得充電電池的動(dòng)力參數(shù)以及電池的狀態(tài)參數(shù)。

（2）可以判斷充電連接器跟充電電纜是否正確連接，如若不正常，能立即斷電并發(fā)出警報(bào)。

（3）均流性能穩(wěn)定，即使脫離管理模塊也能穩(wěn)定工作并自主均流。

（4）可以適應(yīng)不同電流的不同功率需求，同樣具備欠壓跟過(guò)壓的保護(hù)功能，還具備過(guò)流、短路、過(guò)溫保護(hù)。

4 結(jié)論

直流式充電樁跟交流式充電樁具有很大的區(qū)別，通俗來(lái)講，交流式充電樁需要借助車載充電機(jī)來(lái)充電，但是直流式充電樁并不需要，脫離了必要的硬件需求。還有，在充電速度上差別也很大，直流式充電樁的充電速度要比交流式的快很多，比如一輛普通的特斯拉，用交流式充電樁來(lái)充電可能需要8～10個(gè)小時(shí)，但是用直流式充電樁可能只需要3～4個(gè)小時(shí)。因?yàn)榻涣魇匠潆姌端玫能囕d充電機(jī)功率并不大。

所以，根據(jù)自己的需要以及使用情況，合理使用充電樁，以免造成資源使用不均等浪費(fèi)。