新能源電動汽車充電技術研究核心思路分析

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，對交通領域來說，無疑是一場劇烈的革新。作為新能源汽車的物質保障，充電設施的建設和運營模式尤為關鍵，決定著新能源汽車的續(xù)航和正常使用，新時期為推動新能源汽車有序發(fā)展，需落實充電設施建設，科學合理運營。本篇文章將基于新能源電動汽車的各方面優(yōu)勢，將從充電模式、充電設施的建設現(xiàn)狀、充電原則以及充電的方式、充電設施運營現(xiàn)狀等方面進行出發(fā)，簡要的探討新能源電動汽車的發(fā)展并深入探討新能源電動汽車的充電技術以及研究核心思路。

關鍵詞：新能源電動汽車;充電技術;研究思路

中圖分類號：U472.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0198-02

0? 引言

在發(fā)電和充電技術支持下，新能源電動汽車應運而生，新能源電動汽車不僅具備傳統(tǒng)汽車功能，同時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，即可驅動汽車。相較于傳統(tǒng)燃油汽車新能源汽車有很大的不同，其主要是由電力驅動以及控制系統(tǒng)所構成，以車載電源作為行車動力，具有無污染無噪音、能源效率高、結構簡單易于維修等優(yōu)勢，因而，開展新能源電動汽車充電模式和設施建設研究勢在必行。

1? 電動汽車的必要性

任何行業(yè)的運轉都離不開能源，能源是與我們息息相關的重要資源。最近數(shù)十年以來，我國的經(jīng)濟增速始終位居全球前列，社會的發(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。為了保持社會的不斷進步，今后對能源的需要只會越來越多，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，亟需削弱對其的依賴性，向一些不會承擔供應壓力的能源結構方向轉變。

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，更嚴重的是對空氣的污染。在環(huán)境問題越來越困擾我們的今天，從各方面落實節(jié)能減排已經(jīng)被越來越多的人接受并貫徹，首當其沖的，便是出行的綠色化。隨著電池技術的不斷提高，電動汽車由于其在節(jié)能環(huán)保方面所特有的優(yōu)勢。首先，全部或部分采用電驅動使其與傳統(tǒng)的燃油或燃氣汽車相比已經(jīng)具有了無可比擬的優(yōu)勢。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，不僅將新能源電動汽車單純的視為交通工具，同時也可以將其作為一種新型的儲能設備，在電網(wǎng)的調峰、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 國外電動汽車發(fā)展狀況

到目前為止，美國的相關研究單位，已經(jīng)在新能源汽車的領域出資了數(shù)百億美元，進行核心技術的研發(fā)。同時，根據(jù)相關的資料進行整理，不難發(fā)現(xiàn)美國政府目前對于新能源電動汽車的重視，截至2019年底，美國可以進行使用的新能源電動車數(shù)量已經(jīng)達到了一百四十六萬臺以上。除此以外，如歐盟、日韓等發(fā)達國家的新能源電動汽車的保有數(shù)量也位于國際的前列。這些國家對于新能源電動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的核心技術，同時新能源汽車的充電樁技術的以及相關設施的跟進。

2.2 國外電動汽車發(fā)展狀況

在國內，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)模均大幅度擴大，達到世界領先的地位。電動汽車的市場銷售額也在不斷增長，如何給人們提供便捷、迅速的充放電服務就變成了擺在我們面前的一個新問題。根據(jù)汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計的資料，在網(wǎng)上購買一輛電動汽車時，有接近于兩成客戶可能會考慮到充電系統(tǒng)基礎設施的相關配置問題，同樣的這個問題在整體的購物評價之中排名第三。在鋰離子電池的作用、單次充電運轉和行駛里程在短期內無法得到顯著改善的實際條件下，充電裝置作為純凈化電動汽車的主要標配，將直接影響新能源電動汽車的普及。

3? 新能源電動汽車充電模式

從新能源汽車行駛的驅動力來看，主要為蓄電池儲能，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，因而，選擇科學合理的電能供應方案尤為關鍵。可行的充電方式較多，以下將著重對快速充電、直流充電、交直流充電以及電池更換供電這四種方式進行主要介紹。

3.1 快速充電

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

3.2 直流充電樁

直流充電樁的主要特點是可以對較為大型的電動汽車進行迅速的充電，但是引起特點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面對直流充電樁對點官網(wǎng)的損壞，因此，在設立直流充電樁之后，需要對與其連接的電網(wǎng)進行定時的日常檢查與維護，避免因為充電樁所導致的對電網(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)的充電方式充電時長在五小時左右，而快速充電方式的時長可以縮短到一個小時之內。但是常規(guī)充電與快速充電方式各有其特點，具體可以根據(jù)實際的使用需求進行斟酌，例如，常規(guī)充電雖然時間較長，但是可以更好的保護電池，有效的延長其使用壽命;而快速充電優(yōu)點是時間短，但是對于電池有著一定的損害，較為適合緊急應急時的使用。

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合起來作為一個整體，以達到根據(jù)使用者的具體需求進行選擇，可以進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，用戶可以根據(jù)自身的實際需要進行適當?shù)倪x擇。盡量降低其在充電后的整個工作環(huán)境中給電池所帶來的損壞。充電過程中可以使用定時、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行的安全性與其可靠度，還必須設置漏電、短路及過流等防護功能，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

通過更換汽車動力電池，可在短時間內完成補充電能的目標，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，維護和投資成本也相對而言比較高。

4? 電動汽車充電樁軟件系統(tǒng)的設計思路

4.1 主控模塊

主控模塊可以按照客戶的具體需求進行量身的設計，在客戶做出選擇之后，可以將所選擇的相關信息傳輸?shù)较嚓P的模塊，進行智能化、自動化的充電。同時，主控模塊可以在日常的使用過程之中，針對客戶的使用習慣，對使用的數(shù)據(jù)進行整理、篩選最終達到智能化、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成。數(shù)據(jù)的加密存儲模塊可以根據(jù)客戶的具體需求，進行各項信息的加密傳輸。讀卡器可以通過利用各種數(shù)據(jù)加密技術，將自動充電樁的線路數(shù)據(jù)與系統(tǒng)用戶的交互進行加密，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)還可以為保護用戶安全提供更安全發(fā)加密管理算法及密鑰生成的機制。同時也可以向每個用戶提供身份信息并對其進行身份的辨認。

5? 新能源汽車的充電設施建設以及運營模式

5.1 充電設施原則和建設的方式

從設施建設原則來看，主要分四點：一為發(fā)揮示范作用，充電設施應布置在人流量大的區(qū)域，增進人們對新能源電動汽車的認識。二為構建充電服務網(wǎng)點，合理布局，從汽車性能和使用情況出發(fā)，建設充電站，為汽車提供能源保障。三為秉持多樣化發(fā)展觀念，有機結合充電樁和充電站兩種方式。四為基于區(qū)域電力負荷情況，綜合考慮配網(wǎng)運行特點和容量，優(yōu)化充電設施布局。

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

充電樁主要建設于居民區(qū)，公共場所和事業(yè)單位，自用為主。充電樁管理維護困難，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，充電站會配備大功率快充設備，以縮短充電時間，但在充電站建設中，場地緊張，布局難，只能退而求其次，建設在偏遠等地區(qū)，因而閑置率較高;充電塔主要以分層方式，現(xiàn)階段，充電塔的建設主要分塔樓結構和機械式立體車庫與充電設備結合兩種方式，前者采用敞開式布局，人工進行充電操作，但占地面積大、工程造價高。后者采用半封閉式布置，一樁一充，可自動、手動、點動操作、占地小、安全，顯著縮短停車時間，適宜建設于中心城區(qū)，但充電功能尚待完善。

5.2 充電設施運營模式

以充電樁為例，分別從國際和國內兩方面角度出發(fā)，分析運營模式。

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作的商務模式，政府負責大部分投資，汽車廠商負責提供設備和電力，二者協(xié)同運作，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)量必然會大規(guī)模增長，在此種背景下，政府的投資能力也會受限。二為以電網(wǎng)企業(yè)為主導的經(jīng)營模式，電網(wǎng)企業(yè)以自己的充電基礎設施作為主要產(chǎn)品，進行研制和運營，強調了充電樁的商業(yè)化和應用性，此種模式特別適用于電網(wǎng)企業(yè)運行規(guī)模較大的情況，成品回報理想。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的企業(yè)運營管理模式，汽車配件廠商可在結合自身產(chǎn)品基礎上，推行相應的充電設施。

從目前國內的運行模式來看，當前的充電樁的運營方式主要為汽車廠商與電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)合運營的運營模式，從這種運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，市場風險會減小，資源配置也能優(yōu)化。從電網(wǎng)企業(yè)和汽車廠商的職責內容來看，電網(wǎng)企業(yè)需制定充電制度，總體負責充電樁設備，全面構建充電樁建設標準，優(yōu)化充電網(wǎng)絡布局、核實運營成本，協(xié)調充電樁運行問題、指導、監(jiān)督、考核、評價充電樁運維工作。而從汽車廠商的角度來看，汽車廠商主要負責如下內容：要推動大眾安裝應用充電樁，提供安全、質優(yōu)的服務項目，優(yōu)化充電樁使用效率，推動新穎技術創(chuàng)新。

6? 結語

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

參考文獻：

[1]崔玉峰，楊晴，張林山，王駿.國內外電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀及充電技術研究[J].云南電力技術，2010，38：15-18.

[2]李斌，劉暢，陳企楚，等.電動汽車無線充電技術[J].江蘇電機工程，2013，32（1）：81-84.

[3]程祥，馬小三.電動汽車無線充電技術的相關研究[J].工業(yè)控制計算機，2017，30：148-149.

[4]未倩倩，趙凌霄，黃炘，李津.淺析電動汽車無線充電技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].汽車電器，2019：27-29.