電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備布置途徑的探究

寧磊 梁乾

寧磊

畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)，碩士研究生，現(xiàn)就職于漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)與機(jī)電工程學(xué)院，任講師，主要研究方向：車(chē)輛底盤(pán)的CAD與CAE、優(yōu)化設(shè)計(jì)、新能源汽車(chē)，已發(fā)表論文4篇。

摘要：慢充是最適合電動(dòng)汽車(chē)充電的模式。但現(xiàn)充電設(shè)備布置情況存在布線麻煩、成本高、充電不方便的缺點(diǎn)。針對(duì)上述缺點(diǎn)，本文提出區(qū)域性充電樁投放布置、移動(dòng)式充電樁布置和機(jī)器人無(wú)線充電樁布置三種模式來(lái)有效的解決電動(dòng)汽車(chē)充電的便攜性、經(jīng)濟(jì)性、高效率和可操作性，對(duì)推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展有一定的意義。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);充電設(shè)備;布置途徑

中圈分類(lèi)號(hào)：U270.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（ 2021） 06-0090-04

Research On the Arrangement Of Electric Vehicle

Charging Equipment

NING Lei， LIANG Qian

（ Hanzhong Vocational and Technical College， Hanzhong 723000， China）

Abstract： Slow charging is the most suitable charging mode for electric vehicles。However， the current arrangement of charging equipment has some disadvantages， such astroublesome wiring， high cost and inconvenient charging.ln view of the above shortcomings，this paper proposes three modes of regional charging pile placement， mobile charging pileplacement and robot wireless charging pile placement to effectively solve the portability，economy， high efficiency and operability of electric vehicle charging， which has a certamsignificance for promoting the development of electric vehicle industry.

Key Words： Electric Vehicle; Charging Equipment; Decorate AWay

純電動(dòng)汽車(chē)因其環(huán)境污染小、噪聲污染小、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維修方便等優(yōu)點(diǎn)已然成為汽車(chē)發(fā)展的重點(diǎn)車(chē)型。然而，動(dòng)力電池制造與使用成本較高，續(xù)駛里程不理想、充電不方便且充電時(shí)間長(zhǎng)是制約著電動(dòng)汽車(chē)快速發(fā)展。隨著技術(shù)的革新，動(dòng)力電池的續(xù)航里程會(huì)逐漸增加，成本也會(huì)降低，充電速度也會(huì)變快，但是充電設(shè)備的布置問(wèn)題仍然亟待解決。本文就電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備的布置途徑進(jìn)行探究，提出三個(gè)合理有效的解決方案。

1 電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)有的充電方式

快充充電與慢充充電是現(xiàn)有的兩種充電模式。

快速充電通過(guò)AC-DC變換將高壓大電流通過(guò)高壓母線直接給動(dòng)力電池進(jìn)行充電，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)較短時(shí)間完成充滿電的目標(biāo)?？斐湎到y(tǒng)主要由動(dòng)力電池、高壓配電盒、快充接口、供電設(shè)備等構(gòu)成，如圖1所示：

慢充通過(guò)AC/DC變換將220伏交流電轉(zhuǎn)化為高壓直流電充人動(dòng)力電池進(jìn)行儲(chǔ)存。慢充系統(tǒng)又稱(chēng)為車(chē)載充電裝置，利用市電和隨車(chē)攜帶的適配器對(duì)車(chē)輛進(jìn)行充電。慢充系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池、車(chē)載充電機(jī)、高壓配電盒、慢充口、供電設(shè)備等構(gòu)成，如圖2所示：

對(duì)于這兩種充電方式而言，慢充充電的優(yōu)點(diǎn)在于：

1）充電器便于攜帶，充電區(qū)域靈活，智能充電，無(wú)需人工職守;

2）車(chē)載充電機(jī)具有過(guò)熱、過(guò)流、過(guò)（欠）壓、短路、輸出反接等保護(hù)功能;

3）充分利用電力低谷時(shí)段充電，充電成本降低，充電電壓穩(wěn)定;

4）根據(jù)電池特性設(shè)計(jì)充電曲線，可對(duì)電池深度充電，提升其充放電效率，延長(zhǎng)壽命。

其最主要的缺點(diǎn)在于充電時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要8小時(shí)左右。

快充充電方式優(yōu)點(diǎn)在于充電速度非?？?，較短時(shí)間可以充電80%，偶爾的快充可適當(dāng)激增電池容量，提高啟動(dòng)性能。缺點(diǎn)在于：

1）充電設(shè)備安裝要求和成本非常高;

2）充電電流電壓較高，短時(shí)間內(nèi)對(duì)電池沖擊較大，會(huì)造成電池發(fā)熱甚至電池活性物質(zhì)脫落。

因此，再優(yōu)秀的電池，快充終究會(huì)影響其使用壽命。因此慢充應(yīng)該是電動(dòng)汽車(chē)充電的主要模式。

2 充電設(shè)備布置途徑的探究

慢充是最適合電動(dòng)汽車(chē)充電的模式，但是充電設(shè)備的布置直接影響到電動(dòng)汽車(chē)充電的便捷性、效率和可操作性?，F(xiàn)有慢充充電樁采用一車(chē)～樁模式，這樣的缺點(diǎn)是接線麻煩，成本高，而且必須有固定車(chē)位，對(duì)于沒(méi)有固定車(chē)位的用戶來(lái)說(shuō)慢充充電著實(shí)成為一個(gè)難題。本文針對(duì)問(wèn)題提出3種可行的解決方案。

2.1 區(qū)域投放充電樁布置

區(qū)域性投放充電樁布置指的是多個(gè)電動(dòng)汽車(chē)廠商聯(lián)合以小區(qū)、社區(qū)或工作單位為區(qū)域進(jìn)行慢充充電裝的投放布置，用戶可以通過(guò)移動(dòng)客戶端根據(jù)自己車(chē)輛的電量情況提前預(yù)約充電。

該方法需要解決的問(wèn)題是：

1）電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)廠商能夠通過(guò)自己品牌的用戶的大數(shù)據(jù)信息來(lái)規(guī)劃投放區(qū)域，當(dāng)然如果放在戰(zhàn)略發(fā)展層面，可以多多益善;

2）廠商需要做好客戶充電的移動(dòng)客戶端APP，客戶通過(guò)APP既可以預(yù)約充電，還能隨時(shí)看到自己的充電狀態(tài)并能提醒充電結(jié)束。通過(guò)APP廠商還需要搜集每個(gè)用戶的充電規(guī)律，以利于對(duì)本區(qū)域充電樁的數(shù)量的布置進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，徹底做到設(shè)備利用效率最大化，用戶都能方便及時(shí)的充電;

3）小區(qū)要規(guī)劃出專(zhuān)為電動(dòng)汽車(chē)充電的區(qū)域;

4）用戶要能夠按照預(yù)約有序充電。

這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于：

1）聯(lián)合的電動(dòng)汽車(chē)廠商可以以此來(lái)給自己的電動(dòng)汽車(chē)做品牌塑造，鎖定客戶群體;

2）多家廠商聯(lián)合可以降低各自投放充電樁的成本，進(jìn)而多區(qū)域覆蓋;

3）提高了車(chē)主的便捷性和購(gòu)車(chē)成本。

2.2移動(dòng)式充電樁布置

移動(dòng)式充電樁布置是指通過(guò)在車(chē)位（可以是固定車(chē)位，也可以是公用車(chē)位）周?chē)⒊潆姌兑苿?dòng)軌道，通用的充電樁可以在軌道上移動(dòng)，給需要充電的車(chē)輛進(jìn)行充電。如圖3為移動(dòng)式充電樁設(shè)計(jì)示意圖：

對(duì)于移動(dòng)式充電樁需要解決的問(wèn)題是：

1）軌道的開(kāi)發(fā)，能夠安全、精準(zhǔn)地的將充電樁送到目的地。

2）充電樁、軌道和車(chē)輛之間完美的電氣連接。將需要充電的車(chē)輛的充電線提前插好，當(dāng)移動(dòng)充電樁移動(dòng)到充電口時(shí)對(duì)該車(chē)輛的充電需求進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到充電需求時(shí)，充電樁會(huì)自動(dòng)連接充電口，完成電器對(duì)接。當(dāng)檢測(cè)到不到充電需求時(shí)，直接跳過(guò)。

對(duì)于慢充而言，一個(gè)充電裝最多負(fù)責(zé)3個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的充電任務(wù)，所以在布置充電樁數(shù)量時(shí)，可以根據(jù)軌道覆蓋區(qū)域車(chē)輛的數(shù)量來(lái)決定充電樁的數(shù)量。為了提高效率，設(shè)計(jì)充電樁控制系統(tǒng)，具有收集充電信息的功能。當(dāng)充電線插好后給充電樁控制系統(tǒng)一個(gè)信號(hào)，充電樁控制系統(tǒng)會(huì)收集到需要充電的充電口位置信息，然后合理的安排此軌道上各個(gè)充電樁運(yùn)動(dòng)的軌跡，保證充電效率，充電樁控制系統(tǒng)邏輯示意圖如圖4所示：

3）建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使得各個(gè)品牌的電動(dòng)汽車(chē)的充電口統(tǒng)一;

4）充電樁軌道的建設(shè)，需要車(chē)位管理單位統(tǒng)一建設(shè)。

這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：

1）減少了充電樁的數(shù)量，降低成本;

2）充電方便簡(jiǎn)單，只用插上充電線即可，實(shí)現(xiàn)無(wú)人換充;

3）降低了車(chē)主購(gòu)車(chē)成本;

4）有效地解決充電問(wèn)題。

2.3 機(jī)器人無(wú)線充電樁

機(jī)器人無(wú)線充電樁是指充電機(jī)器人沿著地面預(yù)定的軌道給需要充電的電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行無(wú)線充電，無(wú)線充電機(jī)器人充電樁設(shè)計(jì)示意圖如圖5所示：

在車(chē)位（可以是固定車(chē)位，也可以是公用車(chē)位）上設(shè)計(jì)深槽軌道，軌道里邊布置充電控制系統(tǒng)（圖中沒(méi)有標(biāo)出）、電氣線路與移動(dòng)的充電機(jī)器人連接。每個(gè)軌道上移動(dòng)機(jī)器人的數(shù)量根據(jù)軌道覆蓋區(qū)域車(chē)輛的數(shù)量來(lái)決定。當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入車(chē)位后，車(chē)主可以通過(guò)移動(dòng)客戶端發(fā)送充電請(qǐng)求給充電控制系統(tǒng)，充電控制系統(tǒng)接收到充電請(qǐng)求后查詢此區(qū)域充電機(jī)器人的工作狀態(tài)。如果充電機(jī)器人此時(shí)在待命狀態(tài)，充點(diǎn)控制系統(tǒng)會(huì)給充電機(jī)器人下發(fā)充電指令，充電機(jī)器人接到指令后移動(dòng)到需要充電的電動(dòng)汽車(chē)地下進(jìn)行無(wú)線充電，并給充電控制系統(tǒng)反饋信息，充電控制系統(tǒng)再給用戶移動(dòng)客戶端反饋開(kāi)始正常充電信息。倘若充電機(jī)器人都在充電狀態(tài)，充電控制系統(tǒng)會(huì)將待充電的電動(dòng)汽車(chē)信息按照發(fā)送請(qǐng)求的先后進(jìn)行排序，并給車(chē)主反饋等待時(shí)長(zhǎng)，車(chē)主可以根據(jù)充電時(shí)長(zhǎng)選擇繼續(xù)排隊(duì)等待還是選擇放棄。機(jī)器人無(wú)線充電樁充電控制系統(tǒng)邏輯示意圖如圖6所示：

對(duì)于機(jī)器人無(wú)線充電樁需要解決的問(wèn)題：

1）充電控制系統(tǒng)、軌道及機(jī)器人的開(kāi)發(fā)，能夠安全、精準(zhǔn)地的將充電樁送到目的地。

2）機(jī)器人充電樁與車(chē)輛之間完美的無(wú)線充電模式的開(kāi)發(fā)。當(dāng)機(jī)器人充電樁移動(dòng)到有充電需求的車(chē)輛底部時(shí)，判斷充電條件具備時(shí)，開(kāi)始無(wú)線充電，并給充電控制系統(tǒng)反饋充電狀態(tài)。一個(gè)機(jī)器人充電樁也最多負(fù)責(zé)3個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的充電任務(wù)，所以在布置充電樁數(shù)量時(shí)，可以根據(jù)軌道覆蓋區(qū)域車(chē)輛的數(shù)量來(lái)決定充電樁的數(shù)量。

3）建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使得各個(gè)品牌的電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)線充電模式統(tǒng)一;

4）充電樁軌道的建設(shè)，需要車(chē)庫(kù)管理單位統(tǒng)一建設(shè)。

這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：1）減少了充電樁的數(shù)量，降低成本;2）充電方便簡(jiǎn)單，只用在移動(dòng)客戶端發(fā)送請(qǐng)求即可知道自己充電等待時(shí)長(zhǎng)，從而選擇繼續(xù)等待還是選擇放棄，實(shí)現(xiàn)智能充電;3）降低了車(chē)主購(gòu)車(chē)成本;4）有效地解決車(chē)主充電問(wèn)題。

3 結(jié)論

慢充是最適合電動(dòng)汽車(chē)充電的模式。但現(xiàn)充電設(shè)備布置情況存在布線麻煩、成本高、充電不方便的缺點(diǎn)。針對(duì)上述缺點(diǎn)，本文提出區(qū)域性充電樁投放布置、移動(dòng)式充電樁布置和機(jī)器人無(wú)線充電樁布置三種模式來(lái)有效的解決電動(dòng)汽車(chē)充電的便攜性、經(jīng)濟(jì)性、高效率和可操作性，為推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展有一定的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳彤，淺談新能源汽車(chē)充電系統(tǒng)問(wèn)題研究[J].石河子科技2021，（2），31-32.

[2]孫智，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃將促進(jìn)充電樁進(jìn)駐小區(qū)[J]新能源科技，2021（ 03）：20.

[3]劉雨薇.[1]劉雨薇.江蘇在全國(guó)率先實(shí)現(xiàn)充電樁鄉(xiāng)鎮(zhèn)全覆蓋[J]新能源科技，2021（ 03）：2.

[4]田大烈，王信銳.新能源汽車(chē)充換電站商業(yè)化運(yùn)營(yíng)模式研究[J]內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（ 13）：171-172.

[5]張朱讓?zhuān)仍?電動(dòng)汽車(chē)維護(hù)保養(yǎng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2018.04.

專(zhuān)家推薦語(yǔ)

孫立清

北京理工大學(xué)中關(guān)村校區(qū)機(jī)械與車(chē)輛學(xué)院

副教授 博士后

論文基于現(xiàn)有充電設(shè)備布置情況存在的布線麻煩、成本高和充電不方便等缺點(diǎn)，提出了區(qū)域性充電樁投放布置、移動(dòng)式充電樁布置和機(jī)器人無(wú)線充電樁布置三種能有效的解決電動(dòng)汽車(chē)充電的便攜性、經(jīng)濟(jì)性、高效率和可操作性的新模式，文中觀點(diǎn)對(duì)推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展有一定的借鑒意義。論文有新意，體現(xiàn)了一定的創(chuàng)造性，有一定學(xué)術(shù)水平，論述科學(xué)，設(shè)計(jì)合理，方法可靠，理論結(jié)合實(shí)際，有實(shí)用價(jià)值，文字流暢，條理清楚，合乎邏輯。