1電動(dòng)汽車充電設(shè)備

對(duì)于一輛電動(dòng)車來(lái)講，蓄電池充電設(shè)備是不可缺少的子系統(tǒng)之一，它的功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)車車載蓄電池的電能。電動(dòng)汽車充電裝置的分類有不同的方法?？傮w上可分為車載充電裝置和非車載充電裝置。

車載充電裝置，指安裝在電動(dòng)汽車上的采用地面交流電網(wǎng)和車載電源對(duì)電池組進(jìn)行充電的裝置。

包括車載充電機(jī)、車載充電發(fā)電機(jī)組和運(yùn)行能量回收充電裝置。它將一根帶插頭的交流動(dòng)力電纜線直接插到電動(dòng)汽車的插座中給電動(dòng)汽車充電。車載充電裝置通常使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便的接觸式充電器也可以是感應(yīng)充電器。它完全按照車載蓄電池的種類進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)性較強(qiáng)。

非車載充電裝置，即地面充電裝置，主要包括專用充電機(jī)、專用充電站、通用充電機(jī)、公共場(chǎng)所用充電站等。它可以滿足各種電池的各種充電方式。通常非車載充電器的功率、體積和重量均比較大，以便能夠適應(yīng)各種充電方式。

另外，根據(jù)對(duì)電動(dòng)車蓄電池充電時(shí)的能量裝換的方式不同，充電裝置可以分為接觸式和感應(yīng)式。

隨著電力電子技術(shù)和變流控制技術(shù)的飛速發(fā)展，高精度可控變流技術(shù)的成熟和普及，分階段恒流充電模式已經(jīng)基本被充電電流和充電電壓連續(xù)變化的恒壓限流充電模式取代。直到目前，主導(dǎo)充電工藝的還是恒壓限流充電模式。接觸式充電的最大問(wèn)題在于它的安全性和通用性，為了使它滿足嚴(yán)格的安全充電標(biāo)準(zhǔn)，必須在電路上采用許多措施使充電設(shè)備能夠在各種環(huán)境下安全充電。恒壓限流充電和分階段恒流充電均屬于接觸式充電技術(shù)。

近年來(lái)，新型的電動(dòng)車感應(yīng)充電技術(shù)發(fā)展很快。、感應(yīng)充電器是利用高頻交流磁場(chǎng)的變壓器原理，將電能從離車的原方感應(yīng)到車載的副方，以達(dá)到給蓄電池充電的目的。感應(yīng)充電的最大優(yōu)點(diǎn)是安全，這是因?yàn)槌潆娖髋c電動(dòng)車之間并無(wú)直接的點(diǎn)接觸，使得即使電動(dòng)車在惡劣的氣候下，如雨雪天，進(jìn)行充電也無(wú)觸電的危險(xiǎn)(如圖1)。

2電動(dòng)汽車充電方式

2.1常規(guī)充電方式

該充電方式采用恒壓、恒流的傳統(tǒng)充電方式對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行充電。以相當(dāng)?shù)偷某潆婋娏鳛樾铍姵爻潆?，電流大小約為15A,若以120Ah(例如360V,即串聯(lián)12V100Ah30只)的蓄電池為例，充電時(shí)間要持續(xù)8個(gè)多小時(shí)。相應(yīng)的充電器的工作和安裝成本相對(duì)比較低。電動(dòng)汽車家用充電設(shè)施(車載充電機(jī))和小型充電站多采用這種充電方式。車載充電機(jī)是純電動(dòng)轎車的一種最基本的充電設(shè)備(如圖2)。充電機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)配置固定在車上或放在后備箱里。由于只需將車載充電器的插頭插到停車場(chǎng)或家中的電源插座上即可進(jìn)行充電，因此充電過(guò)程一般由客戶自己獨(dú)立完成。直接從低壓照明電路取電，充電功率較小，由220V/16A規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)電源供電。典型的充電時(shí)間為8～10h(SOC達(dá)到95%以上)。這種充電方式對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有特殊要求，只要能夠滿足照明要求的供電質(zhì)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(huì)給予電動(dòng)汽車用戶一些優(yōu)惠，例如電低谷期充電打折。

小型充電站是電動(dòng)汽車的一種最重要的充電方式(如圖3)，充電機(jī)設(shè)置在街邊、超市、辦公樓、停車場(chǎng)等處。采用常規(guī)充電電流充電。電動(dòng)汽車駕駛員只需將車?？吭诔潆娬局付ǖ奈恢蒙?，接上電線即可開(kāi)始充電。計(jì)費(fèi)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(shí)間是：補(bǔ)電1～2h,充滿5～8h(SOC達(dá)到95%以上)。

2.2快速充電方式

該充電方式以150～400A的高充電電流在短時(shí)間內(nèi)為蓄電池充電，與前者相比安裝成本相對(duì)較高。

快速充電也可稱為迅速充電或應(yīng)急充電，其目的是在短時(shí)間內(nèi)給電動(dòng)汽車充滿電，充電時(shí)間應(yīng)該與燃油車的加油時(shí)間接近。大型充電站(機(jī))多采用這種充電方式。大型充電站(機(jī))—快速充電方式(如圖4)主要針對(duì)長(zhǎng)距離旅行或需要進(jìn)行快速補(bǔ)充電能的情況進(jìn)行充電，充電機(jī)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(shí)間是：10～30min。這種充電方式對(duì)電池壽命有一定的影響，特別是普通蓄電池不能進(jìn)行快速充電，因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)接受大量的電量會(huì)導(dǎo)致蓄電池過(guò)熱?？焖俪潆娬镜年P(guān)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(duì)電網(wǎng)有較高的要求，一般應(yīng)靠近10kV變電站附近或在監(jiān)測(cè)站和服務(wù)中心中使用。

2.3無(wú)線充電方式

電動(dòng)汽車無(wú)線充電方式是近幾年國(guó)外的研究成果，其原理就像在車?yán)锸褂玫囊苿?dòng)電話———將電能轉(zhuǎn)換成一種符合現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的特殊的激光或微波束，在汽車頂上安裝一個(gè)專用天線接收即可。

有了無(wú)線充電技術(shù)，公路上行駛的電動(dòng)汽車或雙能源汽車可通過(guò)安裝在電線桿或其它高層建筑上的發(fā)射器快速補(bǔ)充電能。電費(fèi)將從汽車上安裝的預(yù)付卡中扣除。

2.4更換電池充電方式

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(shí)，用充滿電的電池組更換已經(jīng)耗盡的電池組。蓄電池歸服務(wù)站或電池廠商所有，電動(dòng)汽車用戶只需租用電池。更換蓄電池的工作原理如圖5所示，電動(dòng)汽車用戶把車停在一個(gè)特定的區(qū)域，然后用更換電池組的機(jī)器將耗盡的蓄電池取下，換上已充滿電的電池組。對(duì)于更換下來(lái)的未充電蓄電池，可以在服務(wù)站充電，也可以集中收集起來(lái)以后再充電。由于電池更換過(guò)程包括機(jī)械更換和蓄電池充電，因此有時(shí)也稱它為機(jī)械“加油”

或機(jī)械充電。電池更換站同時(shí)具備正常充電站和快速充電站的優(yōu)點(diǎn)，也就是說(shuō)可以用低谷電給蓄電池充電，同時(shí)又能在很短的時(shí)間內(nèi)完成“加油”過(guò)程。通過(guò)使用機(jī)械設(shè)備，整個(gè)電池更換過(guò)程可以在10min內(nèi)完成，與現(xiàn)有的燃油車加油時(shí)間大致相當(dāng)。

不過(guò)，這種方法還存在不少問(wèn)題有待解決。首先，這種電池更換系統(tǒng)的初始成本很高，其中包括昂貴的機(jī)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(gè)蓄電池更換站所需空間遠(yuǎn)大于修建一個(gè)正常充電站或快速充電站所需的空間。還有，在蓄電池自動(dòng)更換系統(tǒng)得到應(yīng)用之前，需要對(duì)蓄電池的物理尺寸和電氣參數(shù)制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

2.5移動(dòng)式充電方式

對(duì)電動(dòng)汽車蓄電池而言，最理想的情況是汽車在路上巡航時(shí)充電，即所謂的移動(dòng)式充電(MAC)。

這樣，電動(dòng)汽車用戶就沒(méi)有必要去尋找充電站、停放車輛并花費(fèi)時(shí)間去充電了。MAC系統(tǒng)埋設(shè)在一段路面之下，即充電區(qū)，不需要額外的空間。

接觸式和感應(yīng)式的MAC系統(tǒng)都可實(shí)施。對(duì)接觸式的MAC系統(tǒng)而言，需要在車體的底部裝一個(gè)接觸拱，通過(guò)與嵌在路面上的充電元件相接觸，接觸拱便可獲得瞬時(shí)高電流。當(dāng)電動(dòng)汽車巡航通過(guò)MAC區(qū)時(shí)，其充電過(guò)程為脈沖充電。對(duì)于感應(yīng)式的MAC系統(tǒng)，車載式接觸拱由感應(yīng)線圈所取代，嵌在路面上的充電元件由可產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的高電流繞組所取代。

很明顯，由于機(jī)械損耗和接觸拱的安裝位置等因素的影響，接觸式的MAC對(duì)人們的吸引力不大。

目前的研究主要集中在感應(yīng)充電方式，因?yàn)樗恍枰獧C(jī)械接觸，也不會(huì)產(chǎn)生大的位置誤差。當(dāng)然，這種充電方式的投資巨大，現(xiàn)在仍處于實(shí)驗(yàn)階段。

3電動(dòng)汽車充電技術(shù)的發(fā)展展望及建議

使用模式將是我國(guó)未來(lái)純電動(dòng)汽車的主要發(fā)展方向。在固定線路和小區(qū)內(nèi)行駛純電動(dòng)汽車，只要在固定的地點(diǎn)修建充電站就可使車輛連續(xù)運(yùn)行。

電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，智能、快速的充電方式成為電動(dòng)汽車充電技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。電動(dòng)汽車充電技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究是一項(xiàng)巨大的工程，沒(méi)有任何一個(gè)部門能夠獨(dú)立完成這項(xiàng)工程。充電技術(shù)的發(fā)展還必須有政府、社會(huì)組織、電動(dòng)汽車廠商、電力部門、電池廠商等各方面的通力合作。促使電動(dòng)汽車充電技術(shù)的研究與電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有序、協(xié)調(diào)地發(fā)展。