基于電動汽車快速充電技術(shù)研究及發(fā)展趨勢

　　當(dāng)前，珍惜地球上有限的石油資源，保護人類賴以生存的自然環(huán)境，減少溫室氣體排放量，遏制全球氣候變暖已經(jīng)成為各國面臨的共同問題。汽車作為現(xiàn)代社會化大工業(yè)的產(chǎn)物，已經(jīng)成為石油消耗的主體。汽車排放的大量尾氣造成嚴(yán)重的空氣污染，影響人們的身心健康和社會的可持續(xù)發(fā)展。要解決能源與環(huán)境兩大問題，汽車工業(yè)必然向著環(huán)保、清潔、節(jié)能方向發(fā)展。以電動汽車為代表的新能源汽車具有零（低）污染物排放、低噪聲、能源效率高、維修及運行成本低等特點，代表了世界汽車發(fā)展的方向。

　　1 電動汽車充電設(shè)備

　　電動汽車充電設(shè)備一般稱為充電機，在電動汽車應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。對于一輛電動汽車來講，充電機是不可缺少的子系統(tǒng)之一，蓄電池的電能用完之后，用它給蓄電池再充電，其功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動汽車車載蓄電池的電能。

　　1.1 性能要求

　　對充電機的基本性能要求包括以下幾項：

　?。?）經(jīng)濟效益

　　成本經(jīng)濟、價格低廉的充電機有助于降低整個電動汽車的成本，提高運行效益，有利于促進電動汽車的商業(yè)化。

　?。?）操作方便

　　當(dāng)在供電電網(wǎng)、充電機和蓄電池組之間進行插頭和插座的插拔操作時，要本著操作簡單、易于使用的原則。一般插頭較大、較重，需要一定的插拔力度。

　　（3）高效無污染

　　效率高是對現(xiàn)代充電機最重要的要求之一，它對整個電動汽車的能量效率有巨大的影響。同時還要有效抑制充電機在使用過程中對供電電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的諧波污染，因此，設(shè)計充電機時要保證較高的輸入功率因數(shù)。

　?。?）可靠安全

　　電動汽車充電時，如何保證人身和蓄電池組的安全是至關(guān)重要的，充電機必須保證整個充電過程安全可靠。主要有以下幾種情況：

　?、俨僮髡邔㈦妱悠囆铍姵亟M通過充電機與供電電網(wǎng)連接;

　　②充電過程中，人身與電動汽車車體接觸;

　?、鄢潆娺^程中，充電機發(fā)生故障;

　　④充電結(jié)束后，操作者進行斷開操作;

　　⑤外部環(huán)境條件惡劣，如遇雨雪天氣等。

　　1.2 主要分類

　　根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，電動汽車充電機可以分為多種類型，如表1所示：

　?。?）車載充電機

　　車載充電機，是指安裝在電動汽車上的采用地面交流電網(wǎng)和車載電源對電池組進行充電的裝置，它將一根帶插頭的交流動力電纜線直接插到電動汽車的插座中給電動汽車蓄電池充電，因此也可以稱為交流充電機。車載充電機一般設(shè)計為小充電率，它的充電時間長（一般是5～8h），由于電動汽車車載質(zhì)量和體積的限制，車載充電機要求盡可能體積小、重量輕（一般小于5kg）。車載充電機對于要充電的蓄電池是有針對性的，蓄電池的充電方式也是預(yù)先定義好的。由于充電機和電池管理系統(tǒng)（BMS，負(fù)責(zé)監(jiān)控蓄電池的電壓、溫度和荷電狀態(tài)）都裝在車上，它們相互之間容易利用電動汽車的內(nèi)部線路網(wǎng)絡(luò)進行通信。

　?。?）地面充電機

　　地面充電機，即非車載充電裝置，是指固定在地面上的對交流電進行整流變換，其直流輸出端對電池組進行充電的裝置，因此也可以稱為直流充電機。根據(jù)充電場所和充電需求的不同，地面充電機主要應(yīng)用于家庭、充電站以及各種公共場所。為了可以滿足各種電池的各種充電方式，通常地面充電機的功率、體積和重量都比較大，一般設(shè)計為大充電率。由于地面充電機和電池管理系統(tǒng)在物理位置上是分開的，它們之間必須通過電線或者無線電進行通信。根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的關(guān)于電池的類型、電壓、溫度和荷電狀態(tài)的信息，地面充電機選擇一種合適的充電方式為蓄電池充電，以避免蓄電池的過充和過熱。

　　圖1是電動汽車所用的地面充電機的典型布置方式。該充電機由一個能將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電的整流器和一個能調(diào)節(jié)直流電功率的功率轉(zhuǎn)換器組成，通過把電線的插頭插入電動汽車上配套的插座中，直流電能輸入蓄電池對其充電。充電器設(shè)置了一個鎖止杠桿以利于插入和取出插頭，同時杠桿還能提供一個確定已經(jīng)鎖緊的信號，如果沒有此信號，充電器就不會給電池充電以確保安全。根據(jù)地面充電機和車上電池管理系統(tǒng)相互之間的通信，功率轉(zhuǎn)換器能在線調(diào)節(jié)直流充電功率，而且地面充電機能顯示充電電壓、充電電流和充電的電能，甚至所需充電費用等。