電動汽車供電技術的研究及發展

顧笑僮

（南京市航空航天大學，江蘇 南京 210000）

0 引 言

在資源愈加緊缺的時代，節能減排是保證國家各行業可持續發展的必需舉措。電動汽車作為新能源汽車不僅可以節約能源，而且能夠減少對環境的污染。因此，越來越多的人開始選用電動汽車來代替傳統汽車。但是仍存在部分人拒絕購買純電動汽車，其主要原因是擔心純電動汽車在駕駛途中沒電。本文對電動汽車的供電技術進行了詳盡地分析，使消費者對電動汽車增加信心。

1 電動汽車的供電技術

傳導充電、無線充電及換電是電動汽車的主要供電技術。其中，傳導充電的應用原理是電傳導原理，即用電纜將電動汽車和充電設施連接起來，然后對電動汽車進行充電。電動汽車在應用無線充電技術進行充電的過程中不需要借助電纜，該技術是一項非接觸式的供電方式。換電則是用滿電的電池更換耗盡電量的舊電池來保障電動汽車的正常行駛。由于傳導充電和換電技術在應用中涉及的原理都較為簡單，所以本文將主要針對無線充電的技術進行介紹?，F階段，無線充電技術在世界上被分成兩個陣營，第一個陣營在無線充電方面應用的技術是傳統的電磁感應技術，另一陣營使用的技術較為多樣，包含了射頻輸電、光輸電、微波傳輸及強共振磁耦合技術。電磁感應技術在使用的過程中容易對車輛中的電子設備造成一定的干擾，容易影響車輛的整體可靠性，所以該技術在電動汽車領域中不能得到有效的推廣應用。射頻技術在傳輸電能功率方面因自身的技術原因會有一定的限制；光輸電在應用的過程中容易因物理原因而被限制。因此，可在電動汽車供電方面應用的技術主要是微波傳輸技術和強耦合磁共振技術。

2 電動汽車供電技術的應用現狀

2.1 電動汽車供電技術在國外的應用現狀

傳導充電在國際上仍未形成較為統一的標準，各國在引用傳導充電技術時執行的標準有所差異。這也使得各國生產的電動汽車在國外使用時會受到嚴重的阻礙，不利于電動汽車的市場流通。傳統的傳導充電技術雖然在操作實行方面較為簡便易行，但是該技術在充電方面還存在一些缺陷。例如，充電需要等待較長的時間，如果采用快速充電的方式容易縮短電池的壽命。電池有一定的壽命限制，使用一定年限后需要對其進行更換，以保證電動汽車的正常使用。美國的Better Place公司率先研發出電池自動更換系統，一個電池耗光電量后，另一個電池可以及時與其更換，使汽車繼續正常使用；所更換下來的電池會被自動送至電池儲存庫中，電池可以在此重新充電等待與另一個電池進行更換。目前，換電站Better Place已經在美國、歐洲、澳大利亞及中國等地區得以普及，為駕駛電動汽車的人員提供自動換電池的服務。

2.2 國內應用電動汽車供電技術的現狀

我國對傳導供電中的相關內容制定了一套較為完善的標準體系，并進行了一定創新。七端子交流充電接口的控制導引電路的功能與原有的控制導引電路相比，對電動汽車實現的控制更加精準、全面，且能夠更加全面地保護電動汽車。我國的九端子直流充電接口在對接地端子進行保護時會先與其他端子進行連接然后再斷開。此外，九端子直流充電還能夠在充電邏輯方面對電動汽車和充電的設備進行有效地控制，以保證人們在插拔充電接口的過程中能夠自動地對負載進行切斷，保證使用者的人身安全。我國在電池更換方面也有了一定的突破。經過試點測試后，我國已經在多個地區投放了電池更換點，并設置了一定的電池充電點。我國各企業在生產電動汽車時需要按照固定的電池型號來生產電動汽車中的電池，以保證電動汽車在電池更換點能夠及時地補充電能。同時，這也帶動了電動汽車“裸車”的售賣。

3 電動汽車供電技術中存在問題及發展趨勢

目前，電動車供電技術主要存在如下5個方面的問題。（1）供電設施的安全保障措施有所欠缺，主要在充電設備結構化、安充電設備發生故障時及充電設備運行過程中的全保護措施不完善。（2）設計、制造及安裝環節有所欠缺，主要表現為主控模塊死機、BMS缺少主控模塊異常保護機制、充電設備缺少主動保護機制及監控系統缺少相應的判斷報警機制。（3）部分產品質量存在問題。例如，BMS發出充電停止指令，充電機不能立即停止，造成過充。充電樁材料、密封工藝達不到要求，造成充電槍拉弧、著火，甚至爆炸。（4）收費計量無檢測制度。沒有對收費平臺進行定期標定和檢測。目前運營的公共充電站、充電樁以及用戶家里的私人充電樁，其計費準確度都無從查考。

目前，我國供電技術的主要發展趨勢具體如下。傳導導電和換電是應用較為成熟的電動汽車供電技術，無線供電還處于過渡實驗的階段。目前，我國針對傳導導電出臺了一些相關的標準來對該技術相關的應用進行有效地規范。我國對充電設備供應資源的商家較多，為能夠有效設置充電、換電供給電能點，需要對城市進行詳細地規劃，以有效發揮充電設施的作用。通過調查發現，可以同時用作常規充電和快速充電且形狀為柜式或柱形的充電機能夠使用的范圍較廣，但是需要在建設初期投入較多的資金，所以這類充電機比較應用于各類大型的充電場[1]。墻體充電插座是較為常規的一種充電方式，在建設墻體充電插座充電點時所需要投資的經費并不高，但是該技術為電動汽車提供的電功率有限制，所以這項技術僅適用于家庭的獨立停車庫中或者是校區的停車位充電處中。電池更換技術的普及帶動了相關工作的共同發展，如租賃電池的業務、電池的充電業務及對電池進行維修、保養等一系列后續服務的業務。這些業務的出現使得市面上出現電池租賃公司。這類公司需要熟練解決各項問題，并為消費者提供較為完善妥當的服務。開展這些業務可以有效提高電池性能和廢舊電池的回收利用率，同時還能夠使快速充電對電池帶來的損害及時得到消除。此外，電池租賃公司可以在晚上對回收的電池進行充電，因為電網夜間低谷期的電價較為便宜，能夠對電網進行調峰，進而平衡電網的用電壓力。電池更換雖然有很多優點，但是目前電池更換在我國仍舊沒有得到較為廣泛的應用，使用電池更換的車輛僅僅是某些特定的品牌。造成這種現象的主要原因是我國還沒有對電池的生產規格標準進行統一，而且沒有落實模塊化的建設任務。此外，每種電動汽車安放電池的位置也有所差異。傳導充電和換電這兩種為電動汽車補充電能的方式均需要汽車停車才能夠開展相關的工作，對時間和空間造成一定的占用和浪費。無線供電技術則有效地解決了這方面的問題。無線供電技術的發展可以讓不停車充電成為充電的主流方式，并幫助相關人員有效節約時間。磁耦合共振無線供電技術和微波供電技術均是經過無數實驗驗證后能夠有效施行的無線充電技術[2]。目前，已經有一些公司研發出以磁耦合共振技術為基礎的汽車無線充電系統，并在實際應用中得到了良好的反饋，而微波供電技術也有了一定的突破，尤其是在輸送電能的效率方面。因此，在電動汽車供電方面普及無線充電的技術指日可待。該技術一旦成熟并得到有效應用一定能夠增加人們購買電動汽車的信心。

4 結 論

近年來，隨著電動汽車的不斷發展，包括射頻輸電、光輸電、微波傳輸及強共振磁耦合技術在內的電動汽車供電技術也得到了極大的改進。為有效發展電動汽車，首先要重視相應供電技術的研發工作。目前，世界上應用最廣、使用頻率最高的供電方式仍是傳導供電。充電時間是相關人員需要重點克服的問題，目前可以采用換電的方式來縮短補充電能的時間，但是電池技術一旦能夠突破充電時間的限制，換電技術就會被淘汰。相關人員一定要加大研發力度，盡快研發出無線充電快速充電的方法。