電動汽車充電方式淺析

吳睿龍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

上世紀70年代全球三次石油危機爆發后，各跨國汽車公司先后開始研發各種類型的電動汽車。我國經過“八五”、“九五”、“十五”三個五年計劃，在研發電動汽車的專項上投入了大量的人力、物力和財力，并取得了一系列科研成果，但是,迄今為止，這些科研成果真正能轉化為產品，并實現產業化生產的項目并不多。國外大汽車公司投入遠比我國更多的資金和人力，已投入批量生產的電動汽車產品也寥寥無幾。隨著全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國政府及汽車企業普遍認識到節能和減排是未來汽車技術發展的主攻方向，發展電動汽車將是解決這二個技術難點的最佳途徑。

電動汽車充電一直是大家公認的難題，也是電動汽車發展的瓶頸，解決好電動汽車充電問題，可以加速電動汽車的發展。

1 當前充電技術方式

目前主流充電方式可分為有線充電、無線充電、換電模式三大類，其中有線充電又分為：交流充電和直流充電。

1.1 有線充電

有線充電又稱為接觸式充電，通過導線將電能導入車內給電池包充電。有線充電分為：交流充電和直流充電。

1.1.1 交流充電

交流充電一般有單相交流和三相交流充電方式，但是充電電流一般都不大，充電時間一般都在6小時以上，因此被稱為慢充。優點是充電電流和功率都較低，對電動汽車電池壽命影響和對電網沖擊都較小；缺點是電動汽車充電時間較長，有緊急電能補充需求時難以滿足。

交流充電采用恒壓、恒流的傳統充電方式對電動車進行充電。

家庭充電一般采用單相220V供電，以相當低的充電電流為蓄電池充電，電流大小約為10A，若以80Ah的蓄電池為例，充電時間要持續8個多小時。充電機功率一般為2kW和3kW，相應的充電器的工作和安裝成本相對比較低。由于只需將車載充電器的插頭插到停車場或家中的電源插座上即可進行充電，因此充電過程一般由客戶自己獨立完成。直接從低壓照明電路取電，電功率較小，由220V/16A規格的標準電網電源供電。典型的充電時間為8～10（SOC達到90%以上）。這種充電方式對電網沒有特殊要求，只要能夠滿足照明要求的供電質量就能夠使用。由于在家中充電通常是晚上或者是在電低谷期，有利于電能的有效利用，因此電力部門一般會給予電動汽車用戶一些優惠，例如電低谷期充電打折。

三相交流充電一般為小型充電站式，是電動汽車的一種最重要的充電方式，充電機設置在街邊、超市、辦公樓、停車場等處。采用常規充電電流充電。電動汽車駕駛員只需將車停靠在充電站指定的位置上，接上電線即可開始充電。計費方式是投幣或刷卡，充電功率一般在 5～10KW， 采用三相四線制380V供電或單相220V供電。其典型的充電時間是：補電1～2h，充滿5～8h（SOC達到90%以上） 。

1.1.2 直流充電

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。優點是提高電動汽車充電效率，節約時間；缺點是對動力電池組產生巨大電流沖擊，會降低動力電池組的循環壽命，電池組成本相對較高。該充電方式以150～400A的高充電電流在短時間內為蓄電池充電，與前者相比安裝成本相對較高。快速充電也可稱為迅速充電或應急充電，其目的是在短時間內給電動汽車充滿電， 充電時間應該與燃油車的加油時間接近。

大型充電站（機）多采用這種充電方式。 大型充電站（機）—快速充電方式主要針對長距離旅行或需要進行快速補充電能的情況進行充電，充電機功率很大，一般都大于30KW，采用三相四線制380V供電。其典型的充電時間是：10～30min。快速充電站的關鍵是非車載快速充電組件，它能夠輸出35KW甚至更高的功率。由于功率和電流的額定值都很高，因此這種充電方式對電網有較高的要求，一般應靠近10KW變電站附近或在監測站和服務中心中使用。

1.2 無線充電

無線充電又稱作感應充電、非接觸式感應充電，基于電磁感應原理的空間范圍內的電能無線傳輸技術。優點是使用方便、安全程度高、減少人工操作、提高與電網連接率有利于未來與電網互動的互聯要求；缺點是目前成本較高、技術尚未完全成熟。

電動汽車無線充電方式是近幾年國外的研究成果， 其原理就像在車里使用的移動電話——將電能轉換成一種符合現行技術標準要求的特殊的激光或微波束， 在汽車頂上安裝一個專用天線接收即可。有了無線充電技術，公路上行駛的電動汽車或雙能源汽車可通過安裝在電線桿或其它高層建筑上的發射器快速補充電能。電費將從汽車上安裝的預付卡中扣除。

1.3 換電模式

除了以上幾種充電方式外，還可以采用更換電池組的方式，即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。

蓄電池歸服務站或電池廠商所有，電動汽車用戶只需租用電池。電動汽車用戶把車停在一個特定的區域， 然后用更換電池組的機器將耗盡的蓄電池取下，換上已充滿電的電池組。對于更換下來的未充電蓄電池，可以在服務站充電，也可以集中收集起來以后再充電。由于電池更換過程包括機械更換和蓄電池充電，因此有時也稱它為機械“加油”或機械充電。電池更換站同時具備正常充電站和快速充電站的優點，也就是說可以用低谷電給蓄電池充電，同時又能在很短的時間內完成“加油”過程。通過使用機械設備，整個電池更換過程可以在10min內完成，與現有的燃油車加油時間大致相當。不過，這種方法還存在不少問題有待解決。首先，這種電池更換系統的初始成本很高，其中包括昂貴的機械裝置和大量的蓄電池。其次，由于存放大量未充電和已充電的蓄電池需要很多空間，因此修建一個蓄電池更換站所需空間遠大于修建一個正常充電站或快速充電站所需的空間。還有，在蓄電池自動更換系統得到應用之前，需要對蓄電池的物理尺寸和電氣參數制定統一的標準。

2 充電方式的發展趨勢

充電系統作為電動汽車最為重要的組成部分之一，未來的發展趨勢值得探討。

-交流充電技術：充電功率會由目前的2kW、3kW功率提升至6kW、10kW及20kW。

-直流充電技術：充電功率會由目前的幾十千瓦提升至幾百千瓦。

-無線充電技術：以用戶充電感受為設計原點，結合車輛輔助駕駛、自動駕駛技術，無線充電技術成為必不可少的充電方式。

-換電方式技術：無法統一標準，未來發展受限，只能在特定條件下發展。

3 結論

通過對以上分析，未來充電方式將會向大功率及智能化發展。

- 充電速度可達到傳統車加油速度

- 提供在任何地點、任何供電狀態、任何使用情景下的充電支持

- 兼容即時、預約、自適應的車輛充電方式

隨著新能源汽車產業的蓬勃發展，各家車企都在電動汽車充電領域發力，相信充電難問題會很快得到解決，或者比汽油車加油還要方便。

參考文獻

[1] 李興虎.電動汽車概論.北京:北京理工大學出版社,2005. 85～87.

[2] 魯莽,周小兵,張維. 國內外電動汽車充電設施發展狀況研究[J].華中電力,2010,23(5):16-20,30.

[3] 王智慧.電動汽車動力電源充放電技術[D].西安:長安大學,2007.