電動(dòng)汽車充電裝置的研究與設(shè)計(jì)

張鵬飛

【摘 要】隨著人們生活水平的提高，汽車在家庭中的普及率越來越高。汽車在給人們帶來極大便利的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。電動(dòng)汽車作為一種“零排放”的環(huán)保型汽車，將是未來汽車發(fā)展的趨勢。然而，電動(dòng)汽車發(fā)展的同時(shí)，還需要兼顧充電設(shè)備的發(fā)展。充電樁作為電動(dòng)汽車的充電設(shè)備，它的研究與設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本文對(duì)電動(dòng)汽車充電技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)其充電原理進(jìn)行了簡單的闡述，最終提出了一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊的充電裝置的設(shè)計(jì)思路。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車；充電裝置；設(shè)計(jì)；發(fā)展趨勢

引言

近年來，大氣污染問題愈演愈烈，由此而引發(fā)的全球變暖等災(zāi)難性的環(huán)境問題更是不可小視。而造成大氣污染的源頭之一就有汽車尾氣排放。除此之外，汽車還會(huì)造成水污染和噪聲污染，對(duì)環(huán)境和人類身心健康造成危害[1]。因此，對(duì)無污染的電動(dòng)汽車的研究顯得尤為重要。而電動(dòng)汽車系統(tǒng)化、規(guī)模化生產(chǎn)和使用離不開充電設(shè)施的建設(shè)與完善。目前，電動(dòng)汽車充電技術(shù)主要有三種，即交流充電、直流充電、更換蓄電池。由于更換蓄電池這種方式只適用于特定車輛，如公交車等，使用范圍有限，故采用充電樁作為媒介的交流、直流充電方式才是發(fā)展的重要方向。

一、研究現(xiàn)狀

電動(dòng)汽車充電裝置的發(fā)展進(jìn)步，依賴于充電技術(shù)的發(fā)展。自電動(dòng)汽車問世以來，國內(nèi)外學(xué)者就對(duì)電動(dòng)汽車充電技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。二十世紀(jì)初，美國科學(xué)家率先發(fā)明了以鉛酸電池為載體的快速充電方式。之后，美國的馬斯教授提出了著名的馬斯三定律和最佳充電曲線等理論，為蓄電池快速充電技術(shù)奠定了基礎(chǔ)[2]。我國研究學(xué)者在這一領(lǐng)域獲得的成果也頗多，比如我國工程師設(shè)計(jì)的利用計(jì)算機(jī)控制的大功率快速充電機(jī)，陳體銜等學(xué)者研究的一種間歇式快速充電方式等，這些成果的應(yīng)用有效地提高了電池的充電效率[3]。近些年來，又出現(xiàn)了電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)，即將電能轉(zhuǎn)換為一種符合現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的特殊激光或微波束，通過汽車頂部安裝的專用天線接收并最終為汽車供能的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用將是傳統(tǒng)充電模式的革新，省去了電動(dòng)汽車停車充電的時(shí)間，使電動(dòng)汽車充電方式變得更為高效、靈活。此外，還有一些新興充電方式，比如模糊控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。

二、充電樁充電原理

充電樁是固定在地面上為電動(dòng)汽車提供交流或直流電的充電裝置，其功能類似于加油站的加油機(jī)。使用者通過刷卡，為電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。此外，充電樁的顯示屏還可以顯示蓄電池充電的相關(guān)參數(shù)。

交流充電樁，是利用電動(dòng)汽車車載充電機(jī)，將交流電網(wǎng)中的電能引入蓄電池中進(jìn)行充電的裝置。由于車載充電機(jī)功率較小，交流充電樁充電速度比較緩慢，普通純電動(dòng)轎車用充電樁大約需要4-5個(gè)小時(shí)才能充滿電，因此被稱為“慢充”。直流充電樁則不同，它可以通過交流電網(wǎng)直接對(duì)電動(dòng)汽車電池充電，且其輸出功率大，充電速度快，被稱為“快充”，因此直流充電樁可以為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池進(jìn)行快速充電[4]。

三、新型充電裝置的設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的充電站設(shè)置的充電樁大多為獨(dú)立式的，使得充電站占地面積大、建造成本較高，不適合在城市中心地帶布置。針對(duì)這些問題，本文提出了一種新型充電裝置的設(shè)計(jì)。

新型充電裝置由中心轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)輪、支撐座、若干充電室以及驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置等組成。中心轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)輪焊接固定在一起，并且可以繞支撐座轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)輪采用雙排結(jié)構(gòu)，上面設(shè)有輪輻，并與中心轉(zhuǎn)軸固定在一起，其實(shí)質(zhì)上為一雙排轉(zhuǎn)輪焊接在一起的框架結(jié)構(gòu)，，主要功能是為充電室的布置提供支撐；充電室環(huán)布在轉(zhuǎn)輪的邊沿，為方形桶狀結(jié)構(gòu)，兩端開口，分別為入口和出口，它是電動(dòng)汽車充電的場所，內(nèi)部設(shè)有防滑墊、充電樁等，防滑墊可防止汽車駛?cè)氤潆娛覂?nèi)出現(xiàn)打滑空轉(zhuǎn)等不利情況，充電樁為動(dòng)力電池進(jìn)行充電；支撐座一側(cè)為驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置，負(fù)責(zé)提供驅(qū)動(dòng)中心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，并將動(dòng)力傳輸給支撐座。

當(dāng)電動(dòng)汽車需要充電時(shí)，中心轉(zhuǎn)軸通過旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)輪使得充電室繞中心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)選擇的充電室的地板與汽車支撐面水平時(shí)，轉(zhuǎn)軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，汽車從充電室的入口駛?cè)耄Ｔ诔潆娛业牡匕迳希缓笸ㄟ^充電樁對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電，使用者可以通過充電樁顯示屏來選擇交流或直流充電方式。當(dāng)汽車充電完成時(shí)，中心轉(zhuǎn)軸再次通過旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)輪從而帶動(dòng)充電室運(yùn)動(dòng)，使得充電室地板平面與支撐座平面水平，于是汽車可以從充電室出口駛出。該新型充電裝置使用方便，節(jié)省空間，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)充電室的作業(yè)，充電效率大大提高，并且它的支撐座可以建設(shè)在地上，也可建設(shè)在地下，適用空間范圍比較廣。

四、充電技術(shù)發(fā)展趨勢

（一）智能化

由于電動(dòng)汽車充電樁需要與交流電網(wǎng)連接，且不同充電樁接入電網(wǎng)工作的時(shí)間不同，故其對(duì)電網(wǎng)的電壓會(huì)產(chǎn)生一定的影響，特別是當(dāng)數(shù)量巨大的充電樁頻繁地接入電網(wǎng)時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大的沖擊。所以對(duì)充電設(shè)施建立智能化的統(tǒng)一監(jiān)控，這樣可以控制并減輕電動(dòng)汽車間歇性接入電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊。

（二）高效化

隨著現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏的加快，人們需要更加快捷高效的電動(dòng)汽車充電技術(shù)。特別是交流充電方式，充電所需時(shí)間更久，故交流充電方式的高效化是未來重要的研究方向。

五、結(jié)語

電動(dòng)汽車作為新興的朝陽產(chǎn)業(yè)，在應(yīng)對(duì)環(huán)境問題、能源危機(jī)等方面意義重大。電動(dòng)汽車的發(fā)展離不開充電技術(shù)的進(jìn)步，未來電動(dòng)汽車充電技術(shù)的研究將是電動(dòng)汽車領(lǐng)域的重要研究方向。隨著智能、高效的充電技術(shù)的發(fā)展與完善，未來的電動(dòng)汽車一定會(huì)更好地造福社會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]程繼夏，邊耀璋.汽車發(fā)展對(duì)城市環(huán)境的影響及環(huán)境保護(hù)對(duì)策[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，04：103-105.

[2]莊幸，姜克雋.我國純電動(dòng)汽車發(fā)展路線圖的研究[J].汽車工程，2012，02：91-97.

[3]鄭益飛，歐陽名三，何世明.礦用電機(jī)車蓄電池充電方法的研究與應(yīng)用[J].煤礦安全，2008，09：68-70.

[4]王源.電動(dòng)汽車智能充電樁系統(tǒng)研究[D].長春：長春工業(yè)大學(xué)，2016.