新能源電動汽車充電技術的發展方向分析

李 夢

(三亞學院 理工學院,海南 三亞 572022)

0 引言

新能源汽車經濟實用、綠色環保的特點,使其成為家庭與企業買車、換車的第一選擇。然而,充電效率問題也成為制約新能源汽車全面普及的關鍵因素。如何快速完成電池充電,保障駕駛延續性,是眾多新能源汽車品牌的技術開發重點。

1 電動汽車發展的背景

隨著環保法的發布,國家加大了環境污染、環境治理方面的管控力度。2015年,為了更好地鼓勵新能源汽車市場快速發展,工業和信息化部、國家發改委、財政部和科技部聯合下發《關于2016—2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》,國家及各省市均針對生產、購買新能源電動汽車提出了相關的優惠補貼政策[1]。

在環境治理發展趨勢以及關于新能源汽車的政策補貼扶持下,新能源汽車得到了飛速發展。傳統車企加大新能源汽車產品線研發力度,高科技企業跨界研發新能源、無人駕駛技術,隨著電池技術、科學技術的不斷成熟,新能源汽車市場進一步擴大。

2 電動汽車存在的主要問題

新能源電動汽車目前存在的最大問題是續航能力。續航能力成為用戶選擇電動汽車及燃油汽車的重要衡量指標。在現有的電池續航能力下,提升電動汽車行駛過程中的充電效率,是電動汽車全面普及的發展趨勢。

3 新能源電動汽車充電技術

電動汽車驅動力來源于電力,集成的電池組為電機提供了有效的動力輸出,帶動了汽車運行。電池組的動力補充是通過外置充電器與電力供應設備(充電樁)連接,進而獲得電力支持。目前主流的充電模式主要分為傳導充電、無線充電及換電模式3類。

3.1 傳導充電

所謂傳導式充電,又稱接觸式充電或有線充電,通過導線將電能導入車內電池組充電。傳導式充電分為交流充電和直流充電兩種模式,其表現形式為“充電樁”(見圖1)。

電動汽車充電時長取決于充電電流的大小,現有電動汽車品牌在購車時會隨車贈送一根便攜式移動充電線,常用于家庭用車居家220 V交流充電,充電電流一般為10 A或32 A,采用恒壓、恒流的傳統模式進行充電,充電時長較長,俗稱慢充電。這種模式的優點是充電電流和功率都較低,對電動汽車電池壽命損耗和電網負荷沖擊都較小;缺點是電動汽車充電時間較長,無法滿足緊急電能補充需求。

為了彌補交流充電速率低的問題,市面上研發了許多快速充電的方式,通常為125~250 A的高電流直流充電模式,以比亞迪E6電動汽車為例,電池總容量為57 kWh,采用250 A高電流充電模式,2小時即可完成充電,效率大大提升。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。直流快充方式的優點是能夠提高電動汽車充電效率,節約時間;缺點是會對動力電池組產生巨大電流沖擊,縮短動力電池組的循環壽命,電池組成本相對較高。

3.2 無線充電

無線充電又稱作感應充電、非接觸式感應充電,利用交變電磁場的電磁感應(CT感應)實現能量的無線傳輸[2]。通過安裝于地面的發射線圈與電動汽車接收線圈之間的交變磁場實現電能的傳導,經過逆變器和控制單元完成對電動汽車電磁組充電。無線充電最大的特點是無須配置充電線,充電接口、充電硬件標準容易統一。但目前無線充電實施成本較高,需要“新基建”的配套實施,隨著技術和資金的投入,未來可以在技術層面或基礎設施層面實現無線充電停車場、無線充電高速停車區等,為用戶帶來即停即充的體驗,將有利于電動汽車企業發展。

3.3 換電模式

除了傳導充電、無線充電模式外,目前市面上最快速實現有效續航的充電方式,即采用更換電池組的方式,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,實現快速“充電”。國內現有電動汽車品牌,如北汽、比亞迪、蔚來等車企均提供快速更換電池服務,更換下來的蓄電池,可以集中檢測檢修、充電,提升電池使用壽命,降低充電過程對電力系統的影響。電池更換技術給新能源電動汽車發展帶來了積極意義,越來越多的換電服務站將進一步保障電動汽車的有效續航。但現階段電池更換服務也存在較多問題,不同汽車廠商配置的電池種類、型號、尺寸均不統一,不同車企需要建設本企業汽車品牌換電服務,成本高且所需換電站空間較大[3]。另外,換電站布局不足也無法快速有效響應各位置車輛換電服務。

4 新能源電動汽車未來充電模式設想

4.1 統一標準,規范市場

目前,電動汽車市場品牌較多,國內外品牌電池研發、充電技術方向各不相同,采用的標準也不統一。因此需要國家聯合國際電動汽車標準制定部門,制定符合全球、國內發展的統一執行標準,規范電池尺寸、充電接口、充電功率標準等相關指標,規范電動汽車市場,為電動汽車快速發展奠定良好的技術規范基礎。

4.2 加大電池組技術研發,建設支持大功率的充電樁

提升充電效率,最關鍵的是要提供更便捷的充電環境,未來可以在電池組技術上加以研發,生產出容量更大、充電電流更大的電池組,支持400 A~1 000 A的超大電流充電,進一步提升充電效率。

4.3 自動化換電,提升換電效率

換電模式是目前效率最高的提升續航能力的方式,傳統人工更換電池模式人員成本高、效率低。打造全自動換電流水線,加大換電站建設,提升自動化、科技化,致力實現電動汽車駛入換電站,換電流水線能夠自動完成換電工作,不斷提高換電效率。自動將拆卸完成的饋電電池收集至指定位置進行充電,循環完成換電工作。

5 結語

進一步完善電動汽車充電設備部署,研發新一代蓄電池,提升續航能力,研究更快、更安全的充電手段,結合電網系統打造更可靠的供電系統、監測系統都是未來新能源電動汽車發展的關鍵點。當充電效率與傳統燃油汽車加油效率持平時,電動汽車的益處將成倍放大,或將有望取代燃油汽車。