電動汽車充電裝置的研究與設計

張鵬飛

【摘 要】隨著人們生活水平的提高，汽車在家庭中的普及率越來越高。汽車在給人們帶來極大便利的同時，也帶來了嚴重的環境問題。電動汽車作為一種“零排放”的環保型汽車，將是未來汽車發展的趨勢。然而，電動汽車發展的同時，還需要兼顧充電設備的發展。充電樁作為電動汽車的充電設備，它的研究與設計顯得尤為重要。本文對電動汽車充電技術的國內外發展現狀進行了分析，并對其充電原理進行了簡單的闡述，最終提出了一種結構簡單緊湊的充電裝置的設計思路。

【關鍵詞】電動汽車；充電裝置；設計；發展趨勢

引言

近年來，大氣污染問題愈演愈烈，由此而引發的全球變暖等災難性的環境問題更是不可小視。而造成大氣污染的源頭之一就有汽車尾氣排放。除此之外，汽車還會造成水污染和噪聲污染，對環境和人類身心健康造成危害[1]。因此，對無污染的電動汽車的研究顯得尤為重要。而電動汽車系統化、規模化生產和使用離不開充電設施的建設與完善。目前，電動汽車充電技術主要有三種，即交流充電、直流充電、更換蓄電池。由于更換蓄電池這種方式只適用于特定車輛，如公交車等，使用范圍有限，故采用充電樁作為媒介的交流、直流充電方式才是發展的重要方向。

一、研究現狀

電動汽車充電裝置的發展進步，依賴于充電技術的發展。自電動汽車問世以來，國內外學者就對電動汽車充電技術進行了大量的研究。二十世紀初，美國科學家率先發明了以鉛酸電池為載體的快速充電方式。之后，美國的馬斯教授提出了著名的馬斯三定律和最佳充電曲線等理論，為蓄電池快速充電技術奠定了基礎[2]。我國研究學者在這一領域獲得的成果也頗多，比如我國工程師設計的利用計算機控制的大功率快速充電機，陳體銜等學者研究的一種間歇式快速充電方式等，這些成果的應用有效地提高了電池的充電效率[3]。近些年來，又出現了電動汽車無線充電技術，即將電能轉換為一種符合現行技術標準要求的特殊激光或微波束，通過汽車頂部安裝的專用天線接收并最終為汽車供能的技術，這項技術的實現與應用將是傳統充電模式的革新，省去了電動汽車停車充電的時間，使電動汽車充電方式變得更為高效、靈活。此外，還有一些新興充電方式，比如模糊控制法、神經網絡法等。

二、充電樁充電原理

充電樁是固定在地面上為電動汽車提供交流或直流電的充電裝置，其功能類似于加油站的加油機。使用者通過刷卡，為電動汽車進行充電。此外，充電樁的顯示屏還可以顯示蓄電池充電的相關參數。

交流充電樁，是利用電動汽車車載充電機，將交流電網中的電能引入蓄電池中進行充電的裝置。由于車載充電機功率較小，交流充電樁充電速度比較緩慢，普通純電動轎車用充電樁大約需要4-5個小時才能充滿電，因此被稱為“慢充”。直流充電樁則不同，它可以通過交流電網直接對電動汽車電池充電，且其輸出功率大，充電速度快，被稱為“快充”，因此直流充電樁可以為電動汽車動力電池進行快速充電[4]。

三、新型充電裝置的設計

現有的充電站設置的充電樁大多為獨立式的，使得充電站占地面積大、建造成本較高，不適合在城市中心地帶布置。針對這些問題，本文提出了一種新型充電裝置的設計。

新型充電裝置由中心轉軸、轉輪、支撐座、若干充電室以及驅動傳動裝置等組成。中心轉軸與轉輪焊接固定在一起，并且可以繞支撐座轉動；轉輪采用雙排結構，上面設有輪輻，并與中心轉軸固定在一起，其實質上為一雙排轉輪焊接在一起的框架結構，，主要功能是為充電室的布置提供支撐；充電室環布在轉輪的邊沿，為方形桶狀結構，兩端開口，分別為入口和出口，它是電動汽車充電的場所，內部設有防滑墊、充電樁等，防滑墊可防止汽車駛入充電室內出現打滑空轉等不利情況，充電樁為動力電池進行充電；支撐座一側為驅動傳動裝置，負責提供驅動中心轉軸轉動的動力，并將動力傳輸給支撐座。

當電動汽車需要充電時，中心轉軸通過旋轉控制轉輪使得充電室繞中心轉軸轉動，當選擇的充電室的地板與汽車支撐面水平時，轉軸停止轉動，汽車從充電室的入口駛入，停在充電室的地板上，然后通過充電樁對動力電池進行充電，使用者可以通過充電樁顯示屏來選擇交流或直流充電方式。當汽車充電完成時，中心轉軸再次通過旋轉控制轉輪從而帶動充電室運動，使得充電室地板平面與支撐座平面水平，于是汽車可以從充電室出口駛出。該新型充電裝置使用方便，節省空間，可以同時進行多個充電室的作業，充電效率大大提高，并且它的支撐座可以建設在地上，也可建設在地下，適用空間范圍比較廣。

四、充電技術發展趨勢

（一）智能化

由于電動汽車充電樁需要與交流電網連接，且不同充電樁接入電網工作的時間不同，故其對電網的電壓會產生一定的影響，特別是當數量巨大的充電樁頻繁地接入電網時會對電網產生很大的沖擊。所以對充電設施建立智能化的統一監控，這樣可以控制并減輕電動汽車間歇性接入電網對電網系統產生的沖擊。

（二）高效化

隨著現代社會生活節奏的加快，人們需要更加快捷高效的電動汽車充電技術。特別是交流充電方式，充電所需時間更久，故交流充電方式的高效化是未來重要的研究方向。

五、結語

電動汽車作為新興的朝陽產業，在應對環境問題、能源危機等方面意義重大。電動汽車的發展離不開充電技術的進步，未來電動汽車充電技術的研究將是電動汽車領域的重要研究方向。隨著智能、高效的充電技術的發展與完善，未來的電動汽車一定會更好地造福社會。

參考文獻：

[1]程繼夏，邊耀璋.汽車發展對城市環境的影響及環境保護對策[J].長安大學學報，2002，04：103-105.

[2]莊幸，姜克雋.我國純電動汽車發展路線圖的研究[J].汽車工程，2012，02：91-97.

[3]鄭益飛，歐陽名三，何世明.礦用電機車蓄電池充電方法的研究與應用[J].煤礦安全，2008，09：68-70.

[4]王源.電動汽車智能充電樁系統研究[D].長春：長春工業大學，2016.