電動(dòng)汽車供電技術(shù)的研究及發(fā)展

顧笑僮

（南京市航空航天大學(xué)，江蘇 南京 210000）

0 引 言

在資源愈加緊缺的時(shí)代，節(jié)能減排是保證國(guó)家各行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必需舉措。電動(dòng)汽車作為新能源汽車不僅可以節(jié)約能源，而且能夠減少對(duì)環(huán)境的污染。因此，越來越多的人開始選用電動(dòng)汽車來代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車。但是仍存在部分人拒絕購(gòu)買純電動(dòng)汽車，其主要原因是擔(dān)心純電動(dòng)汽車在駕駛途中沒電。本文對(duì)電動(dòng)汽車的供電技術(shù)進(jìn)行了詳盡地分析，使消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車增加信心。

1 電動(dòng)汽車的供電技術(shù)

傳導(dǎo)充電、無線充電及換電是電動(dòng)汽車的主要供電技術(shù)。其中，傳導(dǎo)充電的應(yīng)用原理是電傳導(dǎo)原理，即用電纜將電動(dòng)汽車和充電設(shè)施連接起來，然后對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。電動(dòng)汽車在應(yīng)用無線充電技術(shù)進(jìn)行充電的過程中不需要借助電纜，該技術(shù)是一項(xiàng)非接觸式的供電方式。換電則是用滿電的電池更換耗盡電量的舊電池來保障電動(dòng)汽車的正常行駛。由于傳導(dǎo)充電和換電技術(shù)在應(yīng)用中涉及的原理都較為簡(jiǎn)單，所以本文將主要針對(duì)無線充電的技術(shù)進(jìn)行介紹?，F(xiàn)階段，無線充電技術(shù)在世界上被分成兩個(gè)陣營(yíng)，第一個(gè)陣營(yíng)在無線充電方面應(yīng)用的技術(shù)是傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)技術(shù)，另一陣營(yíng)使用的技術(shù)較為多樣，包含了射頻輸電、光輸電、微波傳輸及強(qiáng)共振磁耦合技術(shù)。電磁感應(yīng)技術(shù)在使用的過程中容易對(duì)車輛中的電子設(shè)備造成一定的干擾，容易影響車輛的整體可靠性，所以該技術(shù)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域中不能得到有效的推廣應(yīng)用。射頻技術(shù)在傳輸電能功率方面因自身的技術(shù)原因會(huì)有一定的限制；光輸電在應(yīng)用的過程中容易因物理原因而被限制。因此，可在電動(dòng)汽車供電方面應(yīng)用的技術(shù)主要是微波傳輸技術(shù)和強(qiáng)耦合磁共振技術(shù)。

2 電動(dòng)汽車供電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 電動(dòng)汽車供電技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳導(dǎo)充電在國(guó)際上仍未形成較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各國(guó)在引用傳導(dǎo)充電技術(shù)時(shí)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)有所差異。這也使得各國(guó)生產(chǎn)的電動(dòng)汽車在國(guó)外使用時(shí)會(huì)受到嚴(yán)重的阻礙，不利于電動(dòng)汽車的市場(chǎng)流通。傳統(tǒng)的傳導(dǎo)充電技術(shù)雖然在操作實(shí)行方面較為簡(jiǎn)便易行，但是該技術(shù)在充電方面還存在一些缺陷。例如，充電需要等待較長(zhǎng)的時(shí)間，如果采用快速充電的方式容易縮短電池的壽命。電池有一定的壽命限制，使用一定年限后需要對(duì)其進(jìn)行更換，以保證電動(dòng)汽車的正常使用。美國(guó)的Better Place公司率先研發(fā)出電池自動(dòng)更換系統(tǒng)，一個(gè)電池耗光電量后，另一個(gè)電池可以及時(shí)與其更換，使汽車?yán)^續(xù)正常使用；所更換下來的電池會(huì)被自動(dòng)送至電池儲(chǔ)存庫(kù)中，電池可以在此重新充電等待與另一個(gè)電池進(jìn)行更換。目前，換電站Better Place已經(jīng)在美國(guó)、歐洲、澳大利亞及中國(guó)等地區(qū)得以普及，為駕駛電動(dòng)汽車的人員提供自動(dòng)換電池的服務(wù)。

2.2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用電動(dòng)汽車供電技術(shù)的現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)傳導(dǎo)供電中的相關(guān)內(nèi)容制定了一套較為完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，并進(jìn)行了一定創(chuàng)新。七端子交流充電接口的控制導(dǎo)引電路的功能與原有的控制導(dǎo)引電路相比，對(duì)電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)的控制更加精準(zhǔn)、全面，且能夠更加全面地保護(hù)電動(dòng)汽車。我國(guó)的九端子直流充電接口在對(duì)接地端子進(jìn)行保護(hù)時(shí)會(huì)先與其他端子進(jìn)行連接然后再斷開。此外，九端子直流充電還能夠在充電邏輯方面對(duì)電動(dòng)汽車和充電的設(shè)備進(jìn)行有效地控制，以保證人們?cè)诓灏纬潆娊涌诘倪^程中能夠自動(dòng)地對(duì)負(fù)載進(jìn)行切斷，保證使用者的人身安全。我國(guó)在電池更換方面也有了一定的突破。經(jīng)過試點(diǎn)測(cè)試后，我國(guó)已經(jīng)在多個(gè)地區(qū)投放了電池更換點(diǎn)，并設(shè)置了一定的電池充電點(diǎn)。我國(guó)各企業(yè)在生產(chǎn)電動(dòng)汽車時(shí)需要按照固定的電池型號(hào)來生產(chǎn)電動(dòng)汽車中的電池，以保證電動(dòng)汽車在電池更換點(diǎn)能夠及時(shí)地補(bǔ)充電能。同時(shí)，這也帶動(dòng)了電動(dòng)汽車“裸車”的售賣。

3 電動(dòng)汽車供電技術(shù)中存在問題及發(fā)展趨勢(shì)

目前，電動(dòng)車供電技術(shù)主要存在如下5個(gè)方面的問題。（1）供電設(shè)施的安全保障措施有所欠缺，主要在充電設(shè)備結(jié)構(gòu)化、安充電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)及充電設(shè)備運(yùn)行過程中的全保護(hù)措施不完善。（2）設(shè)計(jì)、制造及安裝環(huán)節(jié)有所欠缺，主要表現(xiàn)為主控模塊死機(jī)、BMS缺少主控模塊異常保護(hù)機(jī)制、充電設(shè)備缺少主動(dòng)保護(hù)機(jī)制及監(jiān)控系統(tǒng)缺少相應(yīng)的判斷報(bào)警機(jī)制。（3）部分產(chǎn)品質(zhì)量存在問題。例如，BMS發(fā)出充電停止指令，充電機(jī)不能立即停止，造成過充。充電樁材料、密封工藝達(dá)不到要求，造成充電槍拉弧、著火，甚至爆炸。（4）收費(fèi)計(jì)量無檢測(cè)制度。沒有對(duì)收費(fèi)平臺(tái)進(jìn)行定期標(biāo)定和檢測(cè)。目前運(yùn)營(yíng)的公共充電站、充電樁以及用戶家里的私人充電樁，其計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確度都無從查考。

目前，我國(guó)供電技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)具體如下。傳導(dǎo)導(dǎo)電和換電是應(yīng)用較為成熟的電動(dòng)汽車供電技術(shù)，無線供電還處于過渡實(shí)驗(yàn)的階段。目前，我國(guó)針對(duì)傳導(dǎo)導(dǎo)電出臺(tái)了一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)該技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)行有效地規(guī)范。我國(guó)對(duì)充電設(shè)備供應(yīng)資源的商家較多，為能夠有效設(shè)置充電、換電供給電能點(diǎn)，需要對(duì)城市進(jìn)行詳細(xì)地規(guī)劃，以有效發(fā)揮充電設(shè)施的作用。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，可以同時(shí)用作常規(guī)充電和快速充電且形狀為柜式或柱形的充電機(jī)能夠使用的范圍較廣，但是需要在建設(shè)初期投入較多的資金，所以這類充電機(jī)比較應(yīng)用于各類大型的充電場(chǎng)[1]。墻體充電插座是較為常規(guī)的一種充電方式，在建設(shè)墻體充電插座充電點(diǎn)時(shí)所需要投資的經(jīng)費(fèi)并不高，但是該技術(shù)為電動(dòng)汽車提供的電功率有限制，所以這項(xiàng)技術(shù)僅適用于家庭的獨(dú)立停車庫(kù)中或者是校區(qū)的停車位充電處中。電池更換技術(shù)的普及帶動(dòng)了相關(guān)工作的共同發(fā)展，如租賃電池的業(yè)務(wù)、電池的充電業(yè)務(wù)及對(duì)電池進(jìn)行維修、保養(yǎng)等一系列后續(xù)服務(wù)的業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)的出現(xiàn)使得市面上出現(xiàn)電池租賃公司。這類公司需要熟練解決各項(xiàng)問題，并為消費(fèi)者提供較為完善妥當(dāng)?shù)姆?wù)。開展這些業(yè)務(wù)可以有效提高電池性能和廢舊電池的回收利用率，同時(shí)還能夠使快速充電對(duì)電池帶來的損害及時(shí)得到消除。此外，電池租賃公司可以在晚上對(duì)回收的電池進(jìn)行充電，因?yàn)殡娋W(wǎng)夜間低谷期的電價(jià)較為便宜，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰，進(jìn)而平衡電網(wǎng)的用電壓力。電池更換雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是目前電池更換在我國(guó)仍舊沒有得到較為廣泛的應(yīng)用，使用電池更換的車輛僅僅是某些特定的品牌。造成這種現(xiàn)象的主要原因是我國(guó)還沒有對(duì)電池的生產(chǎn)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，而且沒有落實(shí)模塊化的建設(shè)任務(wù)。此外，每種電動(dòng)汽車安放電池的位置也有所差異。傳導(dǎo)充電和換電這兩種為電動(dòng)汽車補(bǔ)充電能的方式均需要汽車停車才能夠開展相關(guān)的工作，對(duì)時(shí)間和空間造成一定的占用和浪費(fèi)。無線供電技術(shù)則有效地解決了這方面的問題。無線供電技術(shù)的發(fā)展可以讓不停車充電成為充電的主流方式，并幫助相關(guān)人員有效節(jié)約時(shí)間。磁耦合共振無線供電技術(shù)和微波供電技術(shù)均是經(jīng)過無數(shù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后能夠有效施行的無線充電技術(shù)[2]。目前，已經(jīng)有一些公司研發(fā)出以磁耦合共振技術(shù)為基礎(chǔ)的汽車無線充電系統(tǒng)，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了良好的反饋，而微波供電技術(shù)也有了一定的突破，尤其是在輸送電能的效率方面。因此，在電動(dòng)汽車供電方面普及無線充電的技術(shù)指日可待。該技術(shù)一旦成熟并得到有效應(yīng)用一定能夠增加人們購(gòu)買電動(dòng)汽車的信心。

4 結(jié) 論

近年來，隨著電動(dòng)汽車的不斷發(fā)展，包括射頻輸電、光輸電、微波傳輸及強(qiáng)共振磁耦合技術(shù)在內(nèi)的電動(dòng)汽車供電技術(shù)也得到了極大的改進(jìn)。為有效發(fā)展電動(dòng)汽車，首先要重視相應(yīng)供電技術(shù)的研發(fā)工作。目前，世界上應(yīng)用最廣、使用頻率最高的供電方式仍是傳導(dǎo)供電。充電時(shí)間是相關(guān)人員需要重點(diǎn)克服的問題，目前可以采用換電的方式來縮短補(bǔ)充電能的時(shí)間，但是電池技術(shù)一旦能夠突破充電時(shí)間的限制，換電技術(shù)就會(huì)被淘汰。相關(guān)人員一定要加大研發(fā)力度，盡快研發(fā)出無線充電快速充電的方法。