新能源電動汽車充電技術的發(fā)展方向分析

李 夢

(三亞學院 理工學院,海南 三亞 572022)

0 引言

新能源汽車經濟實用、綠色環(huán)保的特點,使其成為家庭與企業(yè)買車、換車的第一選擇。然而,充電效率問題也成為制約新能源汽車全面普及的關鍵因素。如何快速完成電池充電,保障駕駛延續(xù)性,是眾多新能源汽車品牌的技術開發(fā)重點。

1 電動汽車發(fā)展的背景

隨著環(huán)保法的發(fā)布,國家加大了環(huán)境污染、環(huán)境治理方面的管控力度。2015年,為了更好地鼓勵新能源汽車市場快速發(fā)展,工業(yè)和信息化部、國家發(fā)改委、財政部和科技部聯合下發(fā)《關于2016—2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》,國家及各省市均針對生產、購買新能源電動汽車提出了相關的優(yōu)惠補貼政策[1]。

在環(huán)境治理發(fā)展趨勢以及關于新能源汽車的政策補貼扶持下,新能源汽車得到了飛速發(fā)展。傳統(tǒng)車企加大新能源汽車產品線研發(fā)力度,高科技企業(yè)跨界研發(fā)新能源、無人駕駛技術,隨著電池技術、科學技術的不斷成熟,新能源汽車市場進一步擴大。

2 電動汽車存在的主要問題

新能源電動汽車目前存在的最大問題是續(xù)航能力。續(xù)航能力成為用戶選擇電動汽車及燃油汽車的重要衡量指標。在現有的電池續(xù)航能力下,提升電動汽車行駛過程中的充電效率,是電動汽車全面普及的發(fā)展趨勢。

3 新能源電動汽車充電技術

電動汽車驅動力來源于電力,集成的電池組為電機提供了有效的動力輸出,帶動了汽車運行。電池組的動力補充是通過外置充電器與電力供應設備(充電樁)連接,進而獲得電力支持。目前主流的充電模式主要分為傳導充電、無線充電及換電模式3類。

3.1 傳導充電

所謂傳導式充電,又稱接觸式充電或有線充電,通過導線將電能導入車內電池組充電。傳導式充電分為交流充電和直流充電兩種模式,其表現形式為“充電樁”(見圖1)。

電動汽車充電時長取決于充電電流的大小,現有電動汽車品牌在購車時會隨車贈送一根便攜式移動充電線,常用于家庭用車居家220 V交流充電,充電電流一般為10 A或32 A,采用恒壓、恒流的傳統(tǒng)模式進行充電,充電時長較長,俗稱慢充電。這種模式的優(yōu)點是充電電流和功率都較低,對電動汽車電池壽命損耗和電網負荷沖擊都較小;缺點是電動汽車充電時間較長,無法滿足緊急電能補充需求。

為了彌補交流充電速率低的問題,市面上研發(fā)了許多快速充電的方式,通常為125~250 A的高電流直流充電模式,以比亞迪E6電動汽車為例,電池總容量為57 kWh,采用250 A高電流充電模式,2小時即可完成充電,效率大大提升。直流充電一般采用三相交流電輸入,充電電流都很大,因此被稱為快充。直流快充方式的優(yōu)點是能夠提高電動汽車充電效率,節(jié)約時間;缺點是會對動力電池組產生巨大電流沖擊,縮短動力電池組的循環(huán)壽命,電池組成本相對較高。

3.2 無線充電

無線充電又稱作感應充電、非接觸式感應充電,利用交變電磁場的電磁感應(CT感應)實現能量的無線傳輸[2]。通過安裝于地面的發(fā)射線圈與電動汽車接收線圈之間的交變磁場實現電能的傳導,經過逆變器和控制單元完成對電動汽車電磁組充電。無線充電最大的特點是無須配置充電線,充電接口、充電硬件標準容易統(tǒng)一。但目前無線充電實施成本較高,需要“新基建”的配套實施,隨著技術和資金的投入,未來可以在技術層面或基礎設施層面實現無線充電停車場、無線充電高速停車區(qū)等,為用戶帶來即停即充的體驗,將有利于電動汽車企業(yè)發(fā)展。

3.3 換電模式

除了傳導充電、無線充電模式外,目前市面上最快速實現有效續(xù)航的充電方式,即采用更換電池組的方式,在蓄電池電量耗盡時,用充滿電的電池組更換已經耗盡的電池組,實現快速“充電”。國內現有電動汽車品牌,如北汽、比亞迪、蔚來等車企均提供快速更換電池服務,更換下來的蓄電池,可以集中檢測檢修、充電,提升電池使用壽命,降低充電過程對電力系統(tǒng)的影響。電池更換技術給新能源電動汽車發(fā)展帶來了積極意義,越來越多的換電服務站將進一步保障電動汽車的有效續(xù)航。但現階段電池更換服務也存在較多問題,不同汽車廠商配置的電池種類、型號、尺寸均不統(tǒng)一,不同車企需要建設本企業(yè)汽車品牌換電服務,成本高且所需換電站空間較大[3]。另外,換電站布局不足也無法快速有效響應各位置車輛換電服務。

4 新能源電動汽車未來充電模式設想

4.1 統(tǒng)一標準,規(guī)范市場

目前,電動汽車市場品牌較多,國內外品牌電池研發(fā)、充電技術方向各不相同,采用的標準也不統(tǒng)一。因此需要國家聯合國際電動汽車標準制定部門,制定符合全球、國內發(fā)展的統(tǒng)一執(zhí)行標準,規(guī)范電池尺寸、充電接口、充電功率標準等相關指標,規(guī)范電動汽車市場,為電動汽車快速發(fā)展奠定良好的技術規(guī)范基礎。

4.2 加大電池組技術研發(fā),建設支持大功率的充電樁

提升充電效率,最關鍵的是要提供更便捷的充電環(huán)境,未來可以在電池組技術上加以研發(fā),生產出容量更大、充電電流更大的電池組,支持400 A~1 000 A的超大電流充電,進一步提升充電效率。

4.3 自動化換電,提升換電效率

換電模式是目前效率最高的提升續(xù)航能力的方式,傳統(tǒng)人工更換電池模式人員成本高、效率低。打造全自動換電流水線,加大換電站建設,提升自動化、科技化,致力實現電動汽車駛入換電站,換電流水線能夠自動完成換電工作,不斷提高換電效率。自動將拆卸完成的饋電電池收集至指定位置進行充電,循環(huán)完成換電工作。

5 結語

進一步完善電動汽車充電設備部署,研發(fā)新一代蓄電池,提升續(xù)航能力,研究更快、更安全的充電手段,結合電網系統(tǒng)打造更可靠的供電系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)都是未來新能源電動汽車發(fā)展的關鍵點。當充電效率與傳統(tǒng)燃油汽車加油效率持平時,電動汽車的益處將成倍放大,或將有望取代燃油汽車。