电动汽车充电发展趋势研究

电动汽车充电发展趋势研究

张宁

国网唐山供电公司  河北省唐山市  063000

摘要：随着科学技术的快速发展，以及人们对环境保护意识的提高，电动汽车逐渐成为世界汽车工业的重要组成部分。电动汽车是节能减排、环保领域最具发展潜力的产品之一。自从电动车问世以来，人们一直认为电动车是减少温室气体排放，改善空气质量，推动可持续发展的有效途径。该技术因其显著的节能减排效果而备受各国政府和企业的重视。随着电池技术的进步以及成本的不断降低，电动车已由高档车转向大众化车，越来越多的人开始考虑买电动车。

关键词：电动汽车；充电；发展趋势

2新能源电动汽车充电技术

2.1传导充电

传导充电，又称有线充电，是一种通过导线向汽车内部的电池充电的方法。目前我国大部分电动车都是采用导气式充电。导气式充电有两种形式，一种是交流充电，一种是直流充电，两者结合在一起就形成了“充电桩”。

电动车的充电时间和充电电流有很大的关系。现在的电动车品牌在购买时都会附赠一根便携式移动充电器，该充电器主要用于家用220V交流电，充电电流一般在10~32A之间。这种充电方式采用了传统的恒定电压和恒定电流两种方式，所以充电时间比较长，一般称之为慢充电。快速充电是指在不影响车辆正常行驶的前提下，增加电池的容量，从而延长充电时间，一般采用“快充”的方法。这种方式最大的优点是充电电流小、功率小，对电池寿命损失及电网负荷影响小；其缺点是充电时间过长，无法满足迫切需要的充电需求。

为解决交流充电速度慢的问题，目前已有的几种快速充电方式都是采用125-250A的大电流直流充电方式。比如比亚迪E6，它的电池容量为57kWh，在250A的大电流充电模式下，只需要两个小时就可以充满电，大大提高了电池的效率。在快速充电过程中，需要对电池进行加热、冷却，这也是一项耗能比较大的工作。直流充电一般采用三相交流电，充电电流很大，所以也叫快充电。直流快速充电技术的主要优点是可以大幅提高电动车的充电效率，缩短充电时间；同时，还能降低电池单体电压、温度波动对电池性能的影响，提高电池的安全性和可靠性。其缺点是对电池组产生较大电流冲击，降低电池寿命，且成本较高。

2.2无线充电

无线充电又称无接触充电，是一种利用交变电磁场产生的电磁感应效应（CT）进行无线能量传输的一种技术。将车载电源产生的高频电压转换成电磁波，再由发射器按规定的频率传输到目标。该方法利用地面发射线圈与电动车接收线圈之间的交变磁场，实现电能的传输，并通过逆变器和控制模块对电动车的电磁模块进行充电。与传统有线充电相比，无线充电具有安全可靠，节能环保，维护费用低廉等诸多优势。无线充电最大的特点就是无需额外充电线，且充电接口与充电硬件标准易于统一。因此，无线充电技术是实现汽车节能减排的一种有效途径，也是实现电动汽车普及化的重要措施。但目前无线充电技术实施成本偏高，需与“新基建”相结合。随着技术与资本的持续投入，未来可实现无线充电停车场、高速停车区等设施，为用户提供“即停即充”服务，对电动汽车行业的发展起到积极的作用。

2.3换电模式

除了传统的传导性充电与无线充电外，目前市面上最快的充电方式就是更换电池。当电池没电了，就能快速“充电”，因为电池电量耗尽后，电池就会被完全充满。动力电池是一种动态的系统，为了保证动力电池的性能不受损害，必须对其进行定期的维修与维护。在国内，北汽，比亚迪，蔚来等多个电动汽车品牌已经开始向消费者提供快速更换电池的服务。通过对蓄电池进行检测、检修、充电等操作，延长蓄电池使用寿命，降低蓄电池充电对电网的不利影响。另外，更换动力电池可以大大降低汽车的生产及维修费用。电池替代技术对新能源电动车的发展起到积极的推动作用，不断增加的充电站点将进一步保障电动车的续航能力。同时，推行换电服务，有助于提升用户满意度，提升用户体验。但在现阶段，换电服务仍面临着许多问题。不同的汽车厂商生产的电池类型、型号、尺寸等各不相同，因此各厂商需自行建设自己品牌的换电服务，不仅成本高，而且对充电站的需求也较大。此外，在更换电池的过程中，还需要人工操作、维修，不仅劳动强度大，还存在安全隐患。另外，由于充电站布局不合理，无法快速、高效地为不同地点的车辆提供充电服务。

3电动汽车充电技术发展趋势

3.1谐振无线充电

根据电磁共振原理，在收发端频率相同的情况下，利用谐振线圈实现能量的传输。由于每一台谐振线圈均具有独立的控制电流，故可作为一个整体加以分析和设计。在共振状态下，两个线圈间的耦合并不紧密，只需调整到同一频率即可实现能量的转移。共振无线充电技术相对于传统的电感式充电方式，在电动汽车等领域有着巨大的应用前景。

3.2大功率充电桩

电动汽车在公共交通、出租、物流、共享等领域发展迅速，呈现出强劲的发展势头。然而，目前我国公共充电桩数量少，动力电池续航里程短，充电周期长，成为制约电动汽车进一步发展的瓶颈。在分析了电动汽车和燃油汽车的优缺点后，提出了提高电动车续航里程的方法。要想提高续航能力，就必须增大动力电池的容量，同时提高电压；缩短充电周期，既能提高到1000V，又能提高到350A。目前，电动汽车充电站主要采用交流电网供电，电网中存在大量的谐波源及无功负载，导致电动汽车谐波污染严重，功率因数降低。因此，需要构建大功率充电桩，将电动汽车直流充电系统的功率提升到1000V/350A。高功率充电站投资大，技术复杂，需要配套设施以保证其良好的运行效率。要发展大功率充电站，首先要研究高功率充电模块。由于采用了多回路串联结构，每一个单体电池都有独立的保护措施，因此，整个充电模块均分性能好，可靠性高，功率密度高。充电模块的容量越大，则需要更少的高功率充电桩并联充电模块，使各模块间的电流平衡与控制更加稳定、可靠。因此，可以通过提高功率等级，增加输出电流，或者使用大容量的蓄电池，来提高功率模块的容量，以达到降低充电费用的目的。其次，为了提高电缆的载流能力，应加大其截面尺寸。增大电缆截面能有效增加电池的充电功率。

3.3配合新能源发电

新能源发电既有环保优势，又具有随机性、波动性、不可预知性等特点。新能源发电系统在运行过程中会产生大量的电能损失，需要建立高效的充电设施，以满足新能源发电的需要。若能将充电装置与新能源发电技术相结合，既可降低新能源接入电网对电网的不利影响，又可降低充电装置对电网的负荷。随着智能电网技术的成熟和国家政策的扶持，电动汽车将成为未来交通工具的主要组成部分，充电站的建设规模将不断扩大。此外，电动汽车既可作为柔性负载与储能装置，为大规模新能源接入电网提供并网消纳功能，又可为商用区域、微电网、微电网等电网供电，以平衡部分电网用电需求。

3.4集中和分散布置充电桩

目前国产动力电池主要采用三元锂、磷酸铁锂等三元锂，这两种锂离子电池具有较低的放电深度，其续航时间较长，理想的充电范围为20%-90%。因此，合理选择充电电流和延长放电时间，可以有效地延长电池的使用寿命。在动力电池充电过程中，过充或过放均会引起电池整体失效。充电站和充电站的布局应参照加油站的设计模型。首先，应优先建设集中式充电站，在充分调研市场的基础上，考虑建设分布式充电桩，使用户能够在最适宜的充电时段内完成充电，保证动力电池的使用寿命。

3.5充电的广泛性和智能化

随着电动汽车产业标准的制定与实施，动力电池系统及电压等级的标准化将逐步实现。此外，公共充电装置还将制定电动车充电接口及相关接口协议。因此，电动汽车充电系统的设计必须兼顾安全、经济和可靠，以满足电动汽车充电技术的新需求。作为电动汽车在行驶过程中的能量供给，充电系统必须具备宽广的充电距离、实现不同类型动力电池充电控制算法、实现不同类型动力电池充电性能的匹配来完成充电服务。因此，对电动汽车充电系统的研究就显得尤为重要。在未来，智能充电服务将成为电能向电动车传输的重要“中转站”。该智能充电网能够实时监测动力电池放电状态，保证充电过程中的无损性，避免过充或过放现象；优化智能充电技术，实现动力电池故障的自动检测与持续维修；实现了对电量进行智能管理，包括即插即充、无感支付等。

3.6规范统一交易结算模式

电动汽车能耗是衡量电动汽车性能的一个重要指标，它既反映了电动汽车的能耗，又反映了电动汽车对电网电能的高效利用。通过对电动汽车能源消耗的影响因素的分析，指出电动汽车的节能潜力及主要途径。前者取决于电动车的内在特性，而后者则与充电装置的电能转换效率息息相关。目前，我国充电桩数量稀少且分布不均，在充电过程中存在着大量的能量损失。因此，采用高效率的充电系统是降低电动汽车能耗的关键。目前，我国多数城市已经具备了推广纯电动公交车、共享单车等清洁能源汽车的条件。低能耗意味着用电成本的降低，用能统一结算是今后能源消费的趋势。针对我国目前的能源结构，电动汽车充换站的建设与运营面临严峻挑战。无论是充电方式还是换电方式，均需通过系统整合，建立起一套规范、可靠的充电交易模型。

4结语

电动汽车充电基础设施建设面临着机遇与挑战并存的挑战。目前，我国已建立起较为完善的充电站网络，但仍需对已有充电站进行持续优化调整，提高充电设施的服务水平。据预测，未来几年电动汽车市场将持续增长，对充电基础设施的需求将持续增长。我国充电设施产业刚刚起步，在规划布局、运营管理和标准制定等方面都需要进一步完善。为满足市场需求，政府及企业应不断加大充电基础设施投资力度，提升充电基础设施建设水平。同时，要注重技术研发，提高充电效率，降低充电成本。政府还应加强政策支持，鼓励企业加速充电基础设施建设，制定相关优惠政策，促进充电基础设施的健康、有序发展。随着我国经济实力的不断提升，我国机动车保有量快速增长，充电需求不断增加，电动汽车充电基础设施建设刻不容缓。只有不断面对挑战，把握住每一次机遇，才能使电动车充电基础设施快速发展。

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