新能源電動(dòng)汽車充電技術(shù)研究核心思路分析

李明 胡榮博 徐聰

摘要：作為汽車發(fā)展新方向，新能源汽車的問世，對(duì)交通領(lǐng)域來說，無疑是一場(chǎng)劇烈的革新。作為新能源汽車的物質(zhì)保障，充電設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營模式尤為關(guān)鍵，決定著新能源汽車的續(xù)航和正常使用，新時(shí)期為推動(dòng)新能源汽車有序發(fā)展，需落實(shí)充電設(shè)施建設(shè)，科學(xué)合理運(yùn)營。本篇文章將基于新能源電動(dòng)汽車的各方面優(yōu)勢(shì)，將從充電模式、充電設(shè)施的建設(shè)現(xiàn)狀、充電原則以及充電的方式、充電設(shè)施運(yùn)營現(xiàn)狀等方面進(jìn)行出發(fā)，簡(jiǎn)要的探討新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展并深入探討新能源電動(dòng)汽車的充電技術(shù)以及研究核心思路。

關(guān)鍵詞：新能源電動(dòng)汽車;充電技術(shù);研究思路

中圖分類號(hào)：U472.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）12-0198-02

0? 引言

在發(fā)電和充電技術(shù)支持下，新能源電動(dòng)汽車應(yīng)運(yùn)而生，新能源電動(dòng)汽車不僅具備傳統(tǒng)汽車功能，同時(shí)也可以保證綠色的生態(tài)環(huán)境，新能源汽車只需借助電能，即可驅(qū)動(dòng)汽車。相較于傳統(tǒng)燃油汽車新能源汽車有很大的不同，其主要是由電力驅(qū)動(dòng)以及控制系統(tǒng)所構(gòu)成，以車載電源作為行車動(dòng)力，具有無污染無噪音、能源效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于維修等優(yōu)勢(shì)，因而，開展新能源電動(dòng)汽車充電模式和設(shè)施建設(shè)研究勢(shì)在必行。

1? 電動(dòng)汽車的必要性

任何行業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)都離不開能源，能源是與我們息息相關(guān)的重要資源。最近數(shù)十年以來，我國的經(jīng)濟(jì)增速始終位居全球前列，社會(huì)的發(fā)展日新月異。而在這些令人振奮的現(xiàn)象背后，卻是能源的大量消耗。為了保持社會(huì)的不斷進(jìn)步，今后對(duì)能源的需要只會(huì)越來越多，但眾所周知，我們所依賴的傳統(tǒng)化石能源并不是取之不竭的，亟需削弱對(duì)其的依賴性，向一些不會(huì)承擔(dān)供應(yīng)壓力的能源結(jié)構(gòu)方向轉(zhuǎn)變。

除此之外，隨著汽車保有量的不斷攀升，所帶來的問題已經(jīng)不僅僅局限于交通擁堵，更嚴(yán)重的是對(duì)空氣的污染。在環(huán)境問題越來越困擾我們的今天，從各方面落實(shí)節(jié)能減排已經(jīng)被越來越多的人接受并貫徹，首當(dāng)其沖的，便是出行的綠色化。隨著電池技術(shù)的不斷提高，電動(dòng)汽車由于其在節(jié)能環(huán)保方面所特有的優(yōu)勢(shì)。首先，全部或部分采用電驅(qū)動(dòng)使其與傳統(tǒng)的燃油或燃?xì)馄囅啾纫呀?jīng)具有了無可比擬的優(yōu)勢(shì)。其次，近年來，隨著新能源汽車的大量推廣以及使用，電力工作者也開發(fā)出了新能源汽車更多的使用方法，不僅將新能源電動(dòng)汽車單純的視為交通工具，同時(shí)也可以將其作為一種新型的儲(chǔ)能設(shè)備，在電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷等工作中發(fā)揮著不容忽視的作用。

2? 新能源汽車目前的發(fā)展情況

2.1 國外電動(dòng)汽車發(fā)展?fàn)顩r

到目前為止，美國的相關(guān)研究單位，已經(jīng)在新能源汽車的領(lǐng)域出資了數(shù)百億美元，進(jìn)行核心技術(shù)的研發(fā)。同時(shí)，根據(jù)相關(guān)的資料進(jìn)行整理，不難發(fā)現(xiàn)美國政府目前對(duì)于新能源電動(dòng)汽車的重視，截至2019年底，美國可以進(jìn)行使用的新能源電動(dòng)車數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了一百四十六萬臺(tái)以上。除此以外，如歐盟、日韓等發(fā)達(dá)國家的新能源電動(dòng)汽車的保有數(shù)量也位于國際的前列。這些國家對(duì)于新能源電動(dòng)汽車的重視以及行業(yè)的迅速發(fā)展，主要的原因是其掌握了更加先進(jìn)的核心技術(shù)，同時(shí)新能源汽車的充電樁技術(shù)的以及相關(guān)設(shè)施的跟進(jìn)。

2.2 國外電動(dòng)汽車發(fā)展?fàn)顩r

在國內(nèi)，截至到2020年我國的新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模和銷售規(guī)模均大幅度擴(kuò)大，達(dá)到世界領(lǐng)先的地位。電動(dòng)汽車的市場(chǎng)銷售額也在不斷增長，如何給人們提供便捷、迅速的充放電服務(wù)就變成了擺在我們面前的一個(gè)新問題。根據(jù)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的資料，在網(wǎng)上購買一輛電動(dòng)汽車時(shí)，有接近于兩成客戶可能會(huì)考慮到充電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)配置問題，同樣的這個(gè)問題在整體的購物評(píng)價(jià)之中排名第三。在鋰離子電池的作用、單次充電運(yùn)轉(zhuǎn)和行駛里程在短期內(nèi)無法得到顯著改善的實(shí)際條件下，充電裝置作為純凈化電動(dòng)汽車的主要標(biāo)配，將直接影響新能源電動(dòng)汽車的普及。

3? 新能源電動(dòng)汽車充電模式

從新能源汽車行駛的驅(qū)動(dòng)力來看，主要為蓄電池儲(chǔ)能，與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車在續(xù)航里程方面處于弱勢(shì)，因而，選擇科學(xué)合理的電能供應(yīng)方案尤為關(guān)鍵。可行的充電方式較多，以下將著重對(duì)快速充電、直流充電、交直流充電以及電池更換供電這四種方式進(jìn)行主要介紹。

3.1 快速充電

快速充電的能量供應(yīng)模式主要是依賴于公共充電的設(shè)施而完成，公共充電的設(shè)施具體又分為分體式以及一體式兩種充電機(jī)。在一般的情況下，公共充電設(shè)施在城市市區(qū)、公路等區(qū)域較為常見，利用現(xiàn)行充電技術(shù)，可在2小時(shí)左右即可完成充電。該種充電模式的速度快、技術(shù)成熟、對(duì)接口標(biāo)準(zhǔn)要求也不高，但功率大、電池易出現(xiàn)散熱現(xiàn)象、對(duì)配電網(wǎng)要求較為嚴(yán)苛。

3.2 直流充電樁

直流充電樁的主要特點(diǎn)是可以對(duì)較為大型的電動(dòng)汽車進(jìn)行迅速的充電，但是引起特點(diǎn)一般的直流充電樁的電流功率較大，在使用的過程之中無法避免的會(huì)面對(duì)直流充電樁對(duì)點(diǎn)官網(wǎng)的損壞，因此，在設(shè)立直流充電樁之后，需要對(duì)與其連接的電網(wǎng)進(jìn)行定時(shí)的日常檢查與維護(hù)，避免因?yàn)槌潆姌端鶎?dǎo)致的對(duì)電網(wǎng)的損壞。

直流充電樁的主要充電方式可以分為常規(guī)充電以及快速充電兩種充電方式。常規(guī)的充電方式充電時(shí)長在五小時(shí)左右，而快速充電方式的時(shí)長可以縮短到一個(gè)小時(shí)之內(nèi)。但是常規(guī)充電與快速充電方式各有其特點(diǎn)，具體可以根據(jù)實(shí)際的使用需求進(jìn)行斟酌，例如，常規(guī)充電雖然時(shí)間較長，但是可以更好的保護(hù)電池，有效的延長其使用壽命;而快速充電優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間短，但是對(duì)于電池有著一定的損害，較為適合緊急應(yīng)急時(shí)的使用。

3.3 交直流一體充電樁

交直流一體充電樁可以有效的將其交流與直流充電兩種功能相互結(jié)合起來作為一個(gè)整體，以達(dá)到根據(jù)使用者的具體需求進(jìn)行選擇，可以進(jìn)行快速充電方式或者是慢速充電的方式，這兩種防止各有特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。盡量降低其在充電后的整個(gè)工作環(huán)境中給電池所帶來的損壞。充電過程中可以使用定時(shí)、定量以及智能三種工作的模式。并且為了提高充電樁正常運(yùn)行的安全性與其可靠度，還必須設(shè)置漏電、短路及過流等防護(hù)功能，這也使得交直流整體充電樁需要變得更加智能。

3.4 電池更換充電

通過更換汽車動(dòng)力電池，可在短時(shí)間內(nèi)完成補(bǔ)充電能的目標(biāo)，提升續(xù)航里程。雖然電磁更換有利于延長電池的使用壽命，但是同樣需要考慮電池的安裝、拆卸等環(huán)節(jié)，并且其智能化水平不盡人意，維護(hù)和投資成本也相對(duì)而言比較高。

4? 電動(dòng)汽車充電樁軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

4.1 主控模塊

主控模塊可以按照客戶的具體需求進(jìn)行量身的設(shè)計(jì)，在客戶做出選擇之后，可以將所選擇的相關(guān)信息傳輸?shù)较嚓P(guān)的模塊，進(jìn)行智能化、自動(dòng)化的充電。同時(shí)，主控模塊可以在日常的使用過程之中，針對(duì)客戶的使用習(xí)慣，對(duì)使用的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、篩選最終達(dá)到智能化、便捷化的效果。

4.2 安全模塊

安全模塊的主要功能是由現(xiàn)有數(shù)據(jù)安全加密管理模塊、管理模塊、密鑰安全管理控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)安全管理模塊等部分共同構(gòu)成。數(shù)據(jù)的加密存儲(chǔ)模塊可以根據(jù)客戶的具體需求，進(jìn)行各項(xiàng)信息的加密傳輸。讀卡器可以通過利用各種數(shù)據(jù)加密技術(shù)，將自動(dòng)充電樁的線路數(shù)據(jù)與系統(tǒng)用戶的交互進(jìn)行加密，從而更加有效地保證了傳輸數(shù)據(jù)的安全性。密鑰安全管理控制系統(tǒng)還可以為保護(hù)用戶安全提供更安全發(fā)加密管理算法及密鑰生成的機(jī)制。同時(shí)也可以向每個(gè)用戶提供身份信息并對(duì)其進(jìn)行身份的辨認(rèn)。

5? 新能源汽車的充電設(shè)施建設(shè)以及運(yùn)營模式

5.1 充電設(shè)施原則和建設(shè)的方式

從設(shè)施建設(shè)原則來看，主要分四點(diǎn)：一為發(fā)揮示范作用，充電設(shè)施應(yīng)布置在人流量大的區(qū)域，增進(jìn)人們對(duì)新能源電動(dòng)汽車的認(rèn)識(shí)。二為構(gòu)建充電服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，合理布局，從汽車性能和使用情況出發(fā)，建設(shè)充電站，為汽車提供能源保障。三為秉持多樣化發(fā)展觀念，有機(jī)結(jié)合充電樁和充電站兩種方式。四為基于區(qū)域電力負(fù)荷情況，綜合考慮配網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)和容量，優(yōu)化充電設(shè)施布局。

從充電樁的設(shè)施建設(shè)具體的方式來看可以將充電設(shè)施分為三種主要的規(guī)模，即充電樁、充電站以及充電塔。

充電樁主要建設(shè)于居民區(qū)，公共場(chǎng)所和事業(yè)單位，自用為主。充電樁管理維護(hù)困難，空置率較高;充電站主要為公用，專用為輔，可供汽車集中充電，一般來說，充電站會(huì)配備大功率快充設(shè)備，以縮短充電時(shí)間，但在充電站建設(shè)中，場(chǎng)地緊張，布局難，只能退而求其次，建設(shè)在偏遠(yuǎn)等地區(qū)，因而閑置率較高;充電塔主要以分層方式，現(xiàn)階段，充電塔的建設(shè)主要分塔樓結(jié)構(gòu)和機(jī)械式立體車庫與充電設(shè)備結(jié)合兩種方式，前者采用敞開式布局，人工進(jìn)行充電操作，但占地面積大、工程造價(jià)高。后者采用半封閉式布置，一樁一充，可自動(dòng)、手動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)操作、占地小、安全，顯著縮短停車時(shí)間，適宜建設(shè)于中心城區(qū)，但充電功能尚待完善。

5.2 充電設(shè)施運(yùn)營模式

以充電樁為例，分別從國際和國內(nèi)兩方面角度出發(fā)，分析運(yùn)營模式。

從目前的國際上來看，充電樁經(jīng)營管理模式大致可以劃分為三種。一為由地方政府牽頭運(yùn)作的商務(wù)模式，政府負(fù)責(zé)大部分投資，汽車廠商負(fù)責(zé)提供設(shè)備和電力，二者協(xié)同運(yùn)作，此種模式在新能源汽車發(fā)展初期較為常見，可在短期內(nèi)扶持新能源汽車行業(yè)發(fā)展，但不利于行業(yè)創(chuàng)新，且在后續(xù)發(fā)展中，充電樁數(shù)量必然會(huì)大規(guī)模增長，在此種背景下，政府的投資能力也會(huì)受限。二為以電網(wǎng)企業(yè)為主導(dǎo)的經(jīng)營模式，電網(wǎng)企業(yè)以自己的充電基礎(chǔ)設(shè)施作為主要產(chǎn)品，進(jìn)行研制和運(yùn)營，強(qiáng)調(diào)了充電樁的商業(yè)化和應(yīng)用性，此種模式特別適用于電網(wǎng)企業(yè)運(yùn)行規(guī)模較大的情況，成品回報(bào)理想。但投資規(guī)模不盡人意。三為建立汽車配件廠商以自己的為主導(dǎo)的企業(yè)運(yùn)營管理模式，汽車配件廠商可在結(jié)合自身產(chǎn)品基礎(chǔ)上，推行相應(yīng)的充電設(shè)施。

從目前國內(nèi)的運(yùn)行模式來看，當(dāng)前的充電樁的運(yùn)營方式主要為汽車廠商與電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)合運(yùn)營的運(yùn)營模式，從這種運(yùn)營方案的可行性來看，初期階段成本巨大，汽車廠商需要建設(shè)數(shù)量較多的充電樁，需占用大量土地，聯(lián)合電網(wǎng)企業(yè)后，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)會(huì)減小，資源配置也能優(yōu)化。從電網(wǎng)企業(yè)和汽車廠商的職責(zé)內(nèi)容來看，電網(wǎng)企業(yè)需制定充電制度，總體負(fù)責(zé)充電樁設(shè)備，全面構(gòu)建充電樁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化充電網(wǎng)絡(luò)布局、核實(shí)運(yùn)營成本，協(xié)調(diào)充電樁運(yùn)行問題、指導(dǎo)、監(jiān)督、考核、評(píng)價(jià)充電樁運(yùn)維工作。而從汽車廠商的角度來看，汽車廠商主要負(fù)責(zé)如下內(nèi)容：要推動(dòng)大眾安裝應(yīng)用充電樁，提供安全、質(zhì)優(yōu)的服務(wù)項(xiàng)目，優(yōu)化充電樁使用效率，推動(dòng)新穎技術(shù)創(chuàng)新。

6? 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代能源緊缺的情況下，新能源電動(dòng)汽車的高速發(fā)展在這種情況下是必然的情況，新能源電動(dòng)汽車的推動(dòng)不僅有利于構(gòu)建我國綠色生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也可以減少不可再生資源的浪費(fèi)。同樣想要加速對(duì)新能源汽車的研究與推廣，就必須要對(duì)新能源汽車的充電樁進(jìn)行大力的推廣，避免出現(xiàn)無處充電現(xiàn)象的發(fā)生，達(dá)成雙方共贏的局面，實(shí)現(xiàn)我國新能源汽車推進(jìn)的最終目的。

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