淺析電動(dòng)汽車車載充電裝置發(fā)展趨勢

孫志飛，唐德錢，湛翔

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淺析電動(dòng)汽車車載充電裝置發(fā)展趨勢

孫志飛，唐德錢，湛翔

（重慶長安新能源汽車科技有限公司，重慶 401120）

隨著國家對新能源、環(huán)保和空氣質(zhì)量的日益重視，新能源汽車將成為未來汽車發(fā)展的一大趨勢。車載充電裝置是給電動(dòng)汽車補(bǔ)給電能的常用方式，為了延長電動(dòng)汽車的行駛里程，在電池能量有限的條件下，研發(fā)和生產(chǎn)具有高效、可靠、使用方便、體積小、質(zhì)量輕及價(jià)格適宜等優(yōu)點(diǎn)的充電機(jī)，以便及時(shí)為各類電動(dòng)汽車的電池組補(bǔ)充電能，不僅十分必要，而且也有助于電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用。文章以提高用戶體驗(yàn)為前提分析了電動(dòng)汽車車載充電裝置未來的集成化、大功率化和無線化的發(fā)展趨勢。

車載充電裝置；集成化；大功率充電技術(shù)

前言

隨著國家對新能源、環(huán)保和空氣質(zhì)量的日益重視，電動(dòng)汽車發(fā)展迅速，更新?lián)Q代較快，各大廠商越來越重視用戶體驗(yàn)，提升用戶體驗(yàn)度必將成為未來技術(shù)發(fā)展的方向。目前，純電動(dòng)汽車的發(fā)展主要面臨著電池續(xù)駛里程太短和充電時(shí)間過長等技術(shù)難題，這也是純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車相比差距最明顯的方面。電動(dòng)汽車的充電過程需要應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)和裝置，如輸入電能的供給方式、輸入-輸出之間的電能變換方式、電能的傳輸方式及充電裝置與電動(dòng)汽車的連接方式等[1]。總體上可分為車載充電裝置和非車載充電裝置，而車載充電技術(shù)目前已成為許多企業(yè)的研究重點(diǎn)。

車載充電裝置主要作用是把來自電網(wǎng)的交流輸入電能變換成穩(wěn)定、可控的直流輸出，并按一定的充電模式給動(dòng)力電池組充電。車載充電技術(shù)的研究領(lǐng)域主要包括充電裝置、充電控制以及充電方式。未來電動(dòng)汽車充電裝置會向集成化、大功率化、無線化方向發(fā)展。

1 集成化

目前市場上大部分的電動(dòng)汽車車載充電機(jī)和車載DC/ DC是兩套獨(dú)立系統(tǒng)，每一套系統(tǒng)都有獨(dú)立的電子零部件和散熱外殼，成本高同時(shí)占用車輛總布置空間，不利于車輛輕量化和成本控制，如果把車載充電機(jī)和車載DC/DC 集成到一起，共用一套散熱系統(tǒng)，可以有效減輕部分重量。基于從電動(dòng)汽車充電時(shí)不能行駛，行駛時(shí)不能充電的特點(diǎn)考慮，集成化的OBC和DC/DC原理如圖所示。

圖1 集成化OBC與DCDC原理示意圖

從圖1中可以看出，OBC與DC/DC公用一個(gè)變壓器，采用控制集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)OBC輸出與DCDC輸入驅(qū)動(dòng)功率器件100%復(fù)用；采用功率變換集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)OBC、DCDC功率模塊共用一個(gè)變壓器。當(dāng)充電機(jī)處于充電狀態(tài)時(shí)，交流電經(jīng)過變換成高壓后一部分用于給電池充電，另外一部分能量變換成低壓用于低壓系統(tǒng)供電。某款電動(dòng)汽車的3.3kW充電裝置和1.2kW DC/DC變換裝置獨(dú)立和集成版本的對比如下表所示，從表中明顯看出使用集成化的充電裝置相對于原來獨(dú)立式充電裝置重量減輕近三分之一，節(jié)省1臺DCDC變換器的空間，價(jià)格節(jié)省近三分之一。

2 大功率充電技術(shù)

2018年2月13日，財(cái)政部、工信部、科技部、發(fā)改委四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，對于乘用車的具體補(bǔ)貼政策如下表所示。

表1 2018年純電動(dòng)汽車補(bǔ)貼政策

由表1可以看出，國家對新能源汽車發(fā)展的支持，對于高續(xù)航里程（大于300公里）的車型，補(bǔ)貼力度更大，體現(xiàn)了在整體補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)下行的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品升級給予了很大的支持和促進(jìn)，從另外一方面也體現(xiàn)了用戶對續(xù)航里程的迫切需求。

提升續(xù)航里程的主要方式為提升電池的容量和降低百公里耗電量。目前電池技術(shù)發(fā)展緩慢，能量密度一直沒有取得突破，所以目前國內(nèi)廠商最簡單的的做法就是增加電池組的數(shù)量，如表2所示。

表2 北汽紳寶EV的續(xù)航里程與電池關(guān)系

國內(nèi)的交流充電樁主要為單相交流電供電，依據(jù)GB 20234.2-2015電流為10A/16A/32A三個(gè)電流等級，其中10A為模式2充電電流，16A和32A為交流充電樁充電電流[2]。如表3所示在2018年上市的幾款高巡航里程的純電動(dòng)汽車的電池容量已經(jīng)超過60kWh，如果使用6.6kW充電樁對電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，不能實(shí)現(xiàn)一晚上充滿電的需求，會嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)，增大車載充電機(jī)的功率已經(jīng)成為必然趨勢。

表3 高續(xù)航里程電動(dòng)車電池參數(shù)

3 無線充電技術(shù)

現(xiàn)階段電動(dòng)汽車的充電方式全部是接觸式充電（無論是充電模式還是換電模式），非接觸式的無線充電技術(shù)尚處于起步階段。然而，從便利性來看，非接觸式無線充電技術(shù)更適用。電動(dòng)汽車用的非接觸式無線充電技術(shù)有3大類，分別為電磁感應(yīng)式、微波式和電磁共振式，這三種方式使用的頻率范圍、輸出功率、傳輸距離和充電效率等各不相同。由于電動(dòng)汽車二次電池的能量密度遠(yuǎn)不及汽油，必須經(jīng)常進(jìn)行充電作業(yè)，且每次充滿電都需要數(shù)小時(shí)。而利用無線充電技術(shù)可以省卻繁瑣的充電作業(yè)，甚至可以在汽車行駛中自動(dòng)進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)智能化和人性化，同時(shí)解決了接觸式充電在安全和維護(hù)方面的問題。

以傳導(dǎo)式充電方式對整車或更換下來的電池進(jìn)行充電時(shí)，所需時(shí)間一般較長，而且由于傳導(dǎo)式充電需要通過電纜連接實(shí)現(xiàn)，因此還需存在操作上的不變及在雨雪等天氣條件下作業(yè)時(shí)的安全性問題等不足。目前，世界各國研究機(jī)構(gòu)仍在不斷深入研究電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無線供電技術(shù)，并且不斷推進(jìn)相關(guān)理論和技術(shù)研究的發(fā)展，雖然其中依舊存在一定的關(guān)鍵技術(shù)需要研究以保證系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，但是現(xiàn)在的這些技術(shù)瓶頸會隨著技術(shù)的發(fā)展終將會被突破的[3]。

非接觸式充電主要采用無線電能傳輸技術(shù)，利用電磁場或電磁波進(jìn)行能量傳遞。現(xiàn)階段與傳導(dǎo)式充電的區(qū)別如表4所示。

表4 無線充電和傳導(dǎo)式充電區(qū)別

前文提到了大功率充電發(fā)展方向，如果從傳導(dǎo)式充電設(shè)備著手的化，會出現(xiàn)充電設(shè)施的更換問題，是一種浪費(fèi)。未來10年，中國分布式可再生能源將會成為發(fā)電主體能源，因?yàn)楣夥鼉r(jià)格在持續(xù)下降，估計(jì)5-10年后會低于煤電。所以，充電智能化將會引發(fā)能源革命。面向未來的是新能源智能化電動(dòng)汽車，電動(dòng)汽車+駕駛智能化+充電智能化是未來趨勢。

未來充電發(fā)展愿景是以電池儲能V2G微電網(wǎng)為主，就是車電互動(dòng)，以分布式可再生能源與電動(dòng)汽車微電網(wǎng)協(xié)同平抑快充負(fù)荷。可以通過交流慢充解決電動(dòng)車快充功率峰值與可再生能源間歇峰值協(xié)調(diào)互動(dòng)問題，達(dá)成平衡穩(wěn)定的電網(wǎng)。

4 總結(jié)

電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的提高對車載充電裝置提出了更高要求，本文在集成化、大功率化和無線化三個(gè)方面分析了電動(dòng)汽車車載充電裝置未來發(fā)展的方向和趨勢。電動(dòng)汽車普及的同時(shí)，電動(dòng)汽車的充電技術(shù)也受到了越來越多的關(guān)注，各種充電方式面臨的難關(guān)將逐步得到攻克，可以預(yù)測將來數(shù)年內(nèi)電動(dòng)汽車不僅是交通工具也會成為智能電網(wǎng)的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，電動(dòng)汽車的充電技術(shù)也會越來越智能化、人性化。

[1] 姜久春.電動(dòng)汽車充電技術(shù)及系統(tǒng)[M].北京:北京交通大學(xué),2017.2.

[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第1部分:通用要求[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[3] 陳全世.先進(jìn)電動(dòng)汽車技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2017.9.

A brief analysis of the development trend of EV OBC

Sun Zhifei, Tang Deqian, Zhan Xiang

( Chongqing Changan New Energy Vehicles Technology C O., Ltd., Chongqing 401120 )

With the increasing emphasis on new energy, environmental protection and air quality by our country, new energy will become a major trend of the vehicles in the future. On-board charger is a common method for electric vehicles charging. In order to extend the mileage of electric vehicles and under the condition of power limited, it’s not only necessary but also helpful for popularization and application to develop and produce chargers with the advantages of high efficiency, reliability, convenient, small, light and inexpensive, which are also suitable for various power batteries in electric vehicles. Based on the user experiences, this paper analyzes the developing trend of integrated, high-power and wireless on-board charger in the future.

On-board Charger; Integration; High-power charging technology

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1671-7988(2018)18-21-03

U469.7

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1671-7988(2018)18-21-03

CLC NO.: U469.7

孫志飛，就職于重慶長安新能源汽車科技有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.008