新能源電動(dòng)汽車通用充電樁的開發(fā)與研究

袁 園

（新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，阿克蘇 843001）

1 引言

隨著蓄電池性能的不斷提升，電動(dòng)車輛得到了廣泛的應(yīng)用，在今后一段時(shí)間里，車輛發(fā)展的主流將會(huì)以電動(dòng)車輛的保有量逐年增加，并部分取代內(nèi)燃機(jī)車的趨勢(shì)。同時(shí)，由于電動(dòng)車的技術(shù)越來越成熟，電動(dòng)汽車的管理與服務(wù)也更加規(guī)范；電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)也將以系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)代化模式出現(xiàn)，電動(dòng)車將會(huì)開啟一個(gè)車輛時(shí)代的變革。

我國“十三五”期間要實(shí)現(xiàn)全國新能源汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量達(dá)到500萬輛，到2020年，新能源汽車實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。新能源汽車的發(fā)展，需要新能源汽車充電樁的建設(shè)配合。隨著社會(huì)對(duì)新能源汽車的需求日益增加以及國家政策的推動(dòng)，新能源汽車的快速發(fā)展將生產(chǎn)值達(dá)到1200億的汽車充電樁市場(chǎng)。

目前國內(nèi)在充電樁行業(yè)中，絕大部分的充電樁產(chǎn)品均依靠國家電網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)作為充電電能來源，均屬于單一電能來源類型。目前還沒有專門為市電供電、光伏發(fā)電以及蓄電池供電三種供應(yīng)源同時(shí)為汽車充電產(chǎn)品，也缺少不同電源之間自動(dòng)切換的新型光伏充電樁。因此，本項(xiàng)目將在以解決上述問題基礎(chǔ)上，開發(fā)出通用充電樁，并能夠緊隨光伏能源行業(yè)的發(fā)展步伐，使其得到更廣圍的應(yīng)用。

2 研究內(nèi)容

（1）第一代充電樁分為直流充電樁與交流充電樁兩種類型，以市電作為輸入電源。直流充電樁需要將交流電進(jìn)行整流成直流電源，用直流電源直接給電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。交流充電樁是直接將交流電源提供給電動(dòng)汽車內(nèi)部充電系統(tǒng)進(jìn)行充電，項(xiàng)目選用交流充電樁投入使用，提高通用性。交流充電樁直接從市電電網(wǎng)中汲取電能作為汽車充電電量來源。交流充電樁輸入電壓為220V交流電，輸出電壓為220V交流電。交流充電樁作為汽車充電接口，將市電交流電通過汽車自帶的交流充電端口提供給電動(dòng)汽車，作為汽車充電所需要的交流電。

（2）第二代充電樁采用直流充電樁的形式，以光伏發(fā)電作為能量供應(yīng)來源，并配備儲(chǔ)能系統(tǒng)。白天陽光充足的情況下，光伏板將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電源，通過直流充電樁，以DC-DC的形式對(duì)電氣汽車進(jìn)行充電，富余電量儲(chǔ)存在儲(chǔ)能系統(tǒng)中。在晚上或者光線不足的情況下，直流充電樁對(duì)光伏發(fā)電量和儲(chǔ)能系統(tǒng)中蓄電池的電量進(jìn)行管理和調(diào)用，為汽車充電。第二代充電樁將太陽能發(fā)電作為唯一的電量來源，在充電樁中加入了MPPT技術(shù)，提高光伏發(fā)電效率，同時(shí)具備了傳統(tǒng)充電樁充電管理、蓄電池管理、售電管理等功能。以直流充電的形式，和光伏發(fā)電的直流電這種電能性質(zhì)相吻合，大大提供了發(fā)電和能量轉(zhuǎn)移的效率。

（3）第三代充電樁在第二代充電樁的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)充電電源來源為市電交流電源與光伏發(fā)電電源，并配置蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為備選功能。

3 實(shí)施方案

電動(dòng)汽車一體化充電機(jī)由380V交流供電，正常情況下一體化充電機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，當(dāng)正確連接電纜后，啟動(dòng)充電過程；當(dāng)進(jìn)入充電過程后，觸摸屏?xí)崾締?dòng)充電，只有有效地IC卡方可啟動(dòng)充電。

充電樁是電動(dòng)力車的電站，其功能類似于加油站里面的加油機(jī)。每個(gè)充電樁都裝有充電插頭，充電樁可以根據(jù)不同的電壓等級(jí)，為各種型號(hào)的電動(dòng)車充電。電動(dòng)汽車充電樁采用的是交、直流供電方式，需要特制的充電卡刷卡使用，充電樁顯示屏能顯示充電量、費(fèi)用、充電時(shí)間等數(shù)據(jù)。

交流充電樁采用人機(jī)交互界面采用大屏幕LCD彩色觸摸屏，充電可選擇定電量、定時(shí)間、定金額、自動(dòng)（充滿為止）四種模式。充電樁的交流工作電壓220V或者380V，普通純電動(dòng)轎車用充電樁充滿電需要4-5個(gè)小時(shí)，由于充電樁造價(jià)低廉、主要安裝在停車場(chǎng)，充電樁適用于慢充動(dòng)力電池。電動(dòng)車的快速充電主要由充電站中的充電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

4 技術(shù)路線

GBT 20234.1-2015 電動(dòng)汽車交流充電樁是開發(fā)的高效率、高可靠性的充電設(shè)備。它界面美觀大方，控制方式安全便捷，為電動(dòng)汽車提供安全可靠的交流電源。

本產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì)，主控模塊采用 ARM 芯片全數(shù)字控制，智能化程度高，數(shù)據(jù)處理速度高，響應(yīng)迅速，提高在大功率應(yīng)用中的穩(wěn)定性和安全性。界面人性化、觸摸屏操作方便快捷，擁有多重保護(hù)功能、自動(dòng)化的充電控制；產(chǎn)品提供以太網(wǎng)、3G等多種通信接口與監(jiān)控中心或運(yùn)營管理中心實(shí)時(shí)通信，并接受監(jiān)控中心的指令操作，實(shí)時(shí)檢測(cè)充電過程，確保充電過程中人身和車輛的安全。

5 結(jié)束語

為了響應(yīng)國家政策，實(shí)現(xiàn)便利生活、環(huán)保出行以及節(jié)能減排目的，在市區(qū)間設(shè)置充電樁，開發(fā)城市一卡通用的共享充電樁，是綠色出行的必然趨勢(shì)。未來，當(dāng)綠色環(huán)保自助充電樁取代現(xiàn)有加油站、加氣站時(shí)，不但節(jié)約了人力成本，也大大減輕了資源壓力。

目前國內(nèi)在充電樁行業(yè)中，絕大部分的充電樁產(chǎn)品均依靠國家電網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)作為充電電能來源，均屬于單一電能來源類型。目前還沒有專門為市電供電、光伏發(fā)電以及蓄電池供電三種供應(yīng)源同時(shí)為汽車充電產(chǎn)品，也缺少不同電源之間自動(dòng)切換的新型光伏充電樁。因此，本研究將在解決上述問題基礎(chǔ)上，開發(fā)研究通用充電樁，并能夠緊隨光伏能源行業(yè)的發(fā)展步伐，使其得到更廣圍的應(yīng)用。