電動(dòng)汽車直流充電計(jì)量研究進(jìn)展

燚

（嘉興市計(jì)量檢定測試院，嘉興 314050）

石油、煤炭等傳統(tǒng)能源的緊缺狀態(tài)及環(huán)境污染情況不斷加劇，使得世界各國紛紛著手進(jìn)行清潔能源的研發(fā)，其中電動(dòng)汽車是一項(xiàng)最為典型的研發(fā)成果。電動(dòng)汽車將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的效率非常高，充電方式也非常符合人們使用汽車的習(xí)慣。我國電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)不斷完善，隨之而來的是對充電計(jì)量的高關(guān)注。

1 電動(dòng)汽車直流充電方式的研究進(jìn)展

直流充電是電動(dòng)汽車兩大充電模式之一，還可分為常規(guī)充電和快速充電兩種方式。其中快速充電方式較為新穎，又可被稱為直流大功率充電。在使用充電樁對電動(dòng)汽車進(jìn)行充電時(shí)，功率可高達(dá)150kW，充電速度較常規(guī)充電方式顯著提高。以特斯拉電動(dòng)汽車為例，該汽車在使用交流模式進(jìn)行充電時(shí)，主要以單相220V、32A或三相380V、每相32A的輸出進(jìn)行充電[1]。而在使用直流快充時(shí)，通過由多個(gè)充電器組合而成的快充充電器，能夠直接以120kW的功率對汽車電池進(jìn)行電能補(bǔ)充。根據(jù)實(shí)際檢測結(jié)果，在上述功率下，30min的充電效率就能達(dá)到80%以上，足夠特斯拉電動(dòng)汽車正常行駛260km。被主要采用的常規(guī)充電方式主要是恒壓和恒流充電兩種，但就目前的技術(shù)發(fā)展情況看，以上兩種充電方式均存在一定的弊端，會(huì)對電動(dòng)汽車電池內(nèi)部極板造成一定的損害，并加速電池極化。快速充電方式包括脈沖、正負(fù)脈沖、變相電流或電壓充電等，這幾種充電方式的充電效率都要高于常規(guī)充電方法，但不穩(wěn)定性也較高，因此還沒有得到大面積的推廣。從當(dāng)前的發(fā)展趨勢看，無線充電可能成為未來電動(dòng)汽車充電方式的主要研究方向，需要重點(diǎn)解決其充電效率有限的問題。

2 電動(dòng)汽車直流充電計(jì)量的研究進(jìn)展

2.1 電動(dòng)汽車直流充電站的計(jì)量方法

電能計(jì)量系統(tǒng)和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)共同組成電動(dòng)汽車直流充電站的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。電能計(jì)量方式有兩種，一是直流充電樁計(jì)量法。該方法應(yīng)用于電動(dòng)汽車充電站中直流充電樁上，當(dāng)用戶進(jìn)行充電時(shí)，可自動(dòng)進(jìn)行電量計(jì)算，為費(fèi)用結(jié)算和電站管理提供數(shù)據(jù)參考。二是在直流充電樁的交流側(cè)安裝交流計(jì)量器的方法。該方法能夠?qū)χ绷鞒潆姌对谑褂眠^程中的耗能情況進(jìn)行監(jiān)測，以便制定合理的充電價(jià)格。

2.2 電動(dòng)汽車直流計(jì)量電能表的研究現(xiàn)狀

電能表是進(jìn)行電能計(jì)量的主要裝置，早在1880年，這一裝置就被研究問世。但當(dāng)時(shí)的電能表本身存在很多不足，如體型龐大、計(jì)量精度不夠、使用不便等。隨著技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)研究的深入，電能表的屬性和功能得到不斷的更新和完善，現(xiàn)已經(jīng)成為電動(dòng)汽車直流電計(jì)量的主要裝置之一，并發(fā)展形成兩大類型。一是以微控制部件及計(jì)量芯片為主要結(jié)構(gòu)的電能表。由計(jì)量芯片對充電電壓、電流進(jìn)行測量，并計(jì)算輸送電能的大小。而微型控制部件的作用是控制芯片的工作過程，保證檢測信號的可靠性，并對一些附屬功能進(jìn)行調(diào)節(jié)。市面上比較常見的為DJZY型直流電能表，其電能計(jì)量精度可達(dá)到1.0級，但是此電能表的適用范圍存在一定限制，不能滿足全部電動(dòng)汽車用戶的需求。二是將芯片作為主要架構(gòu)的電能表，將MCU、DSP等芯片安裝到電能表中，能夠?qū)崿F(xiàn)電能表的諸多性能。芯片電能表的一大好處就是能根據(jù)電動(dòng)汽車用戶的實(shí)際需求，選擇相應(yīng)的芯片進(jìn)行組裝，靈活性大大增強(qiáng)，滿足更多用戶的要求。芯片行業(yè)的發(fā)展極大帶動(dòng)了此類電能表的研發(fā)，例如DJZY102直流電能表。但與傳統(tǒng)的專用芯片相比，需要耗費(fèi)更高的生產(chǎn)成本，目前，該類電能表的研究重點(diǎn)放在如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)電能表的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。

在我國，直流計(jì)量電能表的研究還有很長的路要走，與發(fā)達(dá)國家對相關(guān)領(lǐng)域的研究成果相比存在明顯的差距，主要是受到我國芯片研發(fā)水平和電能表核心生產(chǎn)技術(shù)能力的限制。電動(dòng)汽車在我國發(fā)展迅速，生產(chǎn)電能表的企業(yè)也越來越多，但這部分企業(yè)大多只能滿足低端市場的需求，高端電能表仍需要依靠進(jìn)口。

已有學(xué)者提出將電動(dòng)汽車直流充電計(jì)量計(jì)費(fèi)設(shè)備相融合，打造一體化計(jì)量裝置，以解決目前電能計(jì)量裝置容易被惡意改動(dòng)、計(jì)量計(jì)費(fèi)不精確的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)直流充電計(jì)量裝置低成本、高精確度、高可靠性、適用靈活便利等優(yōu)點(diǎn)。在該計(jì)量裝置的電能計(jì)量模塊，以零磁通電流互感器取代傳統(tǒng)的分流器采集電流信號，以電阻分壓器采集電壓信號，采用高性能芯片進(jìn)行電流、電壓信號的模擬，并傳輸?shù)皆O(shè)備CPU當(dāng)中進(jìn)行電能計(jì)量[2]。該系統(tǒng)中還加入了時(shí)鐘電路，提供計(jì)時(shí)、備用電源等工作，保證電動(dòng)汽車在直流充電過程中信號采集、計(jì)算的安全性和精確性。

3 結(jié)束語

隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，直流充電方式將憑借其高速、高效等優(yōu)點(diǎn)成為主流的充電方式。行業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對直流充電計(jì)量設(shè)備及系統(tǒng)的研究，提升電能計(jì)量的可靠性，滿足更多用戶需求，不斷填充我國高端電能表市場。