電動(dòng)汽車充電方式淺析

吳睿龍

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

上世紀(jì)70年代全球三次石油危機(jī)爆發(fā)后，各跨國(guó)汽車公司先后開(kāi)始研發(fā)各種類型的電動(dòng)汽車。我國(guó)經(jīng)過(guò)“八五”、“九五”、“十五”三個(gè)五年計(jì)劃，在研發(fā)電動(dòng)汽車的專項(xiàng)上投入了大量的人力、物力和財(cái)力，并取得了一系列科研成果，但是,迄今為止，這些科研成果真正能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的項(xiàng)目并不多。國(guó)外大汽車公司投入遠(yuǎn)比我國(guó)更多的資金和人力，已投入批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車產(chǎn)品也寥寥無(wú)幾。隨著全球能源危機(jī)的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國(guó)政府及汽車企業(yè)普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)能和減排是未來(lái)汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向，發(fā)展電動(dòng)汽車將是解決這二個(gè)技術(shù)難點(diǎn)的最佳途徑。

電動(dòng)汽車充電一直是大家公認(rèn)的難題，也是電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸，解決好電動(dòng)汽車充電問(wèn)題，可以加速電動(dòng)汽車的發(fā)展。

1 當(dāng)前充電技術(shù)方式

目前主流充電方式可分為有線充電、無(wú)線充電、換電模式三大類，其中有線充電又分為：交流充電和直流充電。

1.1 有線充電

有線充電又稱為接觸式充電，通過(guò)導(dǎo)線將電能導(dǎo)入車內(nèi)給電池包充電。有線充電分為：交流充電和直流充電。

1.1.1 交流充電

交流充電一般有單相交流和三相交流充電方式，但是充電電流一般都不大，充電時(shí)間一般都在6小時(shí)以上，因此被稱為慢充。優(yōu)點(diǎn)是充電電流和功率都較低，對(duì)電動(dòng)汽車電池壽命影響和對(duì)電網(wǎng)沖擊都較小；缺點(diǎn)是電動(dòng)汽車充電時(shí)間較長(zhǎng)，有緊急電能補(bǔ)充需求時(shí)難以滿足。

交流充電采用恒壓、恒流的傳統(tǒng)充電方式對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行充電。

家庭充電一般采用單相220V供電，以相當(dāng)?shù)偷某潆婋娏鳛樾铍姵爻潆?，電流大小約為10A，若以80Ah的蓄電池為例，充電時(shí)間要持續(xù)8個(gè)多小時(shí)。充電機(jī)功率一般為2kW和3kW，相應(yīng)的充電器的工作和安裝成本相對(duì)比較低。由于只需將車載充電器的插頭插到停車場(chǎng)或家中的電源插座上即可進(jìn)行充電，因此充電過(guò)程一般由客戶自己獨(dú)立完成。直接從低壓照明電路取電，電功率較小，由220V/16A規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)電源供電。典型的充電時(shí)間為8～10（SOC達(dá)到90%以上）。這種充電方式對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有特殊要求，只要能夠滿足照明要求的供電質(zhì)量就能夠使用。由于在家中充電通常是晚上或者是在電低谷期，有利于電能的有效利用，因此電力部門一般會(huì)給予電動(dòng)汽車用戶一些優(yōu)惠，例如電低谷期充電打折。

三相交流充電一般為小型充電站式，是電動(dòng)汽車的一種最重要的充電方式，充電機(jī)設(shè)置在街邊、超市、辦公樓、停車場(chǎng)等處。采用常規(guī)充電電流充電。電動(dòng)汽車駕駛員只需將車?？吭诔潆娬局付ǖ奈恢蒙?，接上電線即可開(kāi)始充電。計(jì)費(fèi)方式是投幣或刷卡，充電功率一般在 5～10KW， 采用三相四線制380V供電或單相220V供電。其典型的充電時(shí)間是：補(bǔ)電1～2h，充滿5～8h（SOC達(dá)到90%以上） 。

1.1.2 直流充電

直流充電一般采用三相交流電輸入，充電電流都很大，因此被稱為快充。優(yōu)點(diǎn)是提高電動(dòng)汽車充電效率，節(jié)約時(shí)間；缺點(diǎn)是對(duì)動(dòng)力電池組產(chǎn)生巨大電流沖擊，會(huì)降低動(dòng)力電池組的循環(huán)壽命，電池組成本相對(duì)較高。該充電方式以150～400A的高充電電流在短時(shí)間內(nèi)為蓄電池充電，與前者相比安裝成本相對(duì)較高?？焖俪潆娨部煞Q為迅速充電或應(yīng)急充電，其目的是在短時(shí)間內(nèi)給電動(dòng)汽車充滿電， 充電時(shí)間應(yīng)該與燃油車的加油時(shí)間接近。

大型充電站（機(jī)）多采用這種充電方式。 大型充電站（機(jī)）—快速充電方式主要針對(duì)長(zhǎng)距離旅行或需要進(jìn)行快速補(bǔ)充電能的情況進(jìn)行充電，充電機(jī)功率很大，一般都大于30KW，采用三相四線制380V供電。其典型的充電時(shí)間是：10～30min?？焖俪潆娬镜年P(guān)鍵是非車載快速充電組件，它能夠輸出35KW甚至更高的功率。由于功率和電流的額定值都很高，因此這種充電方式對(duì)電網(wǎng)有較高的要求，一般應(yīng)靠近10KW變電站附近或在監(jiān)測(cè)站和服務(wù)中心中使用。

1.2 無(wú)線充電

無(wú)線充電又稱作感應(yīng)充電、非接觸式感應(yīng)充電，基于電磁感應(yīng)原理的空間范圍內(nèi)的電能無(wú)線傳輸技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是使用方便、安全程度高、減少人工操作、提高與電網(wǎng)連接率有利于未來(lái)與電網(wǎng)互動(dòng)的互聯(lián)要求；缺點(diǎn)是目前成本較高、技術(shù)尚未完全成熟。

電動(dòng)汽車無(wú)線充電方式是近幾年國(guó)外的研究成果， 其原理就像在車?yán)锸褂玫囊苿?dòng)電話——將電能轉(zhuǎn)換成一種符合現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的特殊的激光或微波束， 在汽車頂上安裝一個(gè)專用天線接收即可。有了無(wú)線充電技術(shù)，公路上行駛的電動(dòng)汽車或雙能源汽車可通過(guò)安裝在電線桿或其它高層建筑上的發(fā)射器快速補(bǔ)充電能。電費(fèi)將從汽車上安裝的預(yù)付卡中扣除。

1.3 換電模式

除了以上幾種充電方式外，還可以采用更換電池組的方式，即在蓄電池電量耗盡時(shí)，用充滿電的電池組更換已經(jīng)耗盡的電池組。

蓄電池歸服務(wù)站或電池廠商所有，電動(dòng)汽車用戶只需租用電池。電動(dòng)汽車用戶把車停在一個(gè)特定的區(qū)域， 然后用更換電池組的機(jī)器將耗盡的蓄電池取下，換上已充滿電的電池組。對(duì)于更換下來(lái)的未充電蓄電池，可以在服務(wù)站充電，也可以集中收集起來(lái)以后再充電。由于電池更換過(guò)程包括機(jī)械更換和蓄電池充電，因此有時(shí)也稱它為機(jī)械“加油”或機(jī)械充電。電池更換站同時(shí)具備正常充電站和快速充電站的優(yōu)點(diǎn)，也就是說(shuō)可以用低谷電給蓄電池充電，同時(shí)又能在很短的時(shí)間內(nèi)完成“加油”過(guò)程。通過(guò)使用機(jī)械設(shè)備，整個(gè)電池更換過(guò)程可以在10min內(nèi)完成，與現(xiàn)有的燃油車加油時(shí)間大致相當(dāng)。不過(guò)，這種方法還存在不少問(wèn)題有待解決。首先，這種電池更換系統(tǒng)的初始成本很高，其中包括昂貴的機(jī)械裝置和大量的蓄電池。其次，由于存放大量未充電和已充電的蓄電池需要很多空間，因此修建一個(gè)蓄電池更換站所需空間遠(yuǎn)大于修建一個(gè)正常充電站或快速充電站所需的空間。還有，在蓄電池自動(dòng)更換系統(tǒng)得到應(yīng)用之前，需要對(duì)蓄電池的物理尺寸和電氣參數(shù)制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

2 充電方式的發(fā)展趨勢(shì)

充電系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車最為重要的組成部分之一，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)值得探討。

-交流充電技術(shù)：充電功率會(huì)由目前的2kW、3kW功率提升至6kW、10kW及20kW。

-直流充電技術(shù)：充電功率會(huì)由目前的幾十千瓦提升至幾百千瓦。

-無(wú)線充電技術(shù)：以用戶充電感受為設(shè)計(jì)原點(diǎn)，結(jié)合車輛輔助駕駛、自動(dòng)駕駛技術(shù)，無(wú)線充電技術(shù)成為必不可少的充電方式。

-換電方式技術(shù)：無(wú)法統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)發(fā)展受限，只能在特定條件下發(fā)展。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)以上分析，未來(lái)充電方式將會(huì)向大功率及智能化發(fā)展。

- 充電速度可達(dá)到傳統(tǒng)車加油速度

- 提供在任何地點(diǎn)、任何供電狀態(tài)、任何使用情景下的充電支持

- 兼容即時(shí)、預(yù)約、自適應(yīng)的車輛充電方式

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，各家車企都在電動(dòng)汽車充電領(lǐng)域發(fā)力，相信充電難問(wèn)題會(huì)很快得到解決，或者比汽油車加油還要方便。

參考文獻(xiàn)

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