對電動汽車智能充電的思考

陳舒婷

摘 要：使用常規石化燃料不僅會嚴重污染大氣，且石化燃料屬于不可再生的能源，儲量不斷減少，所以人們積極努力研發并生產電動汽車，發展電動汽車成為滿足節能環保要求的必經之路。為推動電動汽車的廣泛使用與持續發展，通過思考電動汽車智能充電要求，從智能充電的模式、系統與服務這三個主要方面探究其實現策略，希望能起到參考作用。

關鍵詞：電動汽車；節能環保；智能充電

電動汽車憑借駕駛簡單、零污染和零噪音等優勢成為大家關注的焦點，然而電動汽車續航能力較弱，充電也不太方便，使得其大范圍使用受到限制。如今，電動汽車將蓄能電池視作動力來源，如果電壓較低就必須補給電能，只是電動汽車充電時間較長，通常為5～8h，必然會影響充電樁負荷、排隊等候時間等，有必要實現智能充電，這對電動汽車的使用與發展有重要意義。

一、電動汽車智能充電要求

對電動汽車而言，要想安全快速的充電，就應滿足幾項智能充電要求。[1]這主要包括：一是智能充電應有安全性保障，在電動汽車充電環節保證不會使電網和四周的人、物等受到傷害；二是智能充電應具有快速充電的特性，快速提高電動汽車續航能力；三是智能充電要便于攜帶，方便電動汽車隨時隨地充電，提升充電便捷性；四是智能充電要擁有實時監測和保護的功能，實時采集、監控電動汽車安全狀態和電池電量等數據，預防在充電時因過壓或者是過流而損壞充電系統。

二、電動汽車智能充電的策略建議

（一）應用集中智能充電模式

隨著電動汽車使用數量持續增多，建設配套充電設施勢在必行，不僅要有快速充電樁，還應建設大型充電站、有充電功能的停車場等集中充電設施，電動汽車集中智能充電模式也因此得到大力的研究，應用也越來越廣泛。在集中智能充電模式中，通過控制器管理充電站接入的電動汽車的充電行為。[2]假設每一輛電動汽車在智能電網的環境下駛入充電站，就會對應一臺充電機，通過控制器就能檢測、記錄充電機上關于電動汽車的信息，涵蓋駛入時間、預計離開時間、荷電狀態、電池額定容量等。其中的預計離開時間主要由電動汽車充電用戶選擇，向控制器反饋信息，其他參數就由充電機自動檢測。該智能控制器還可以和電網交換信息，獲得負荷預測信息，且在收集信息之后進行計算，得出每一輛電動汽車在每一個時間段的充電功率，把相應的指令發送給充電機，由其執行。

在開始每一個時段時，集中智能充電模式中的控制器都會刷新數據，只要電網負荷的預測值發生變化，抑或是檢測到接入新的電動汽車或有新的電動汽車離開，就會更新控制器數據庫，進行優化計算，得到電動汽車在各個時段的充電安排，嚴格執行。在結束一個時段之后再次將數據刷新，如果數據不變，就基于上一次優化結果繼續安排充電，如果數據有變，則要依據數據再次優化，明確下一個時段的電動汽車充電安排。

（二）加強智能充電系統建設

當下的電動汽車智能充電系統分為無線充電、依托機械臂自動充電這兩種，前者雖然節省空間，但電磁損耗較大，后者雖然充電效率高，但成本高昂，占地面積較大。為解決該難題，應嘗試設計依托水平關節機器人實現智能充電的自動化系統。這一系統主要由車載部分和地面部分組成。

對于車載部分，它由充電插座、充電口防護門共同組成，后者具備開門與關門兩個狀態。充電口防護門的開門過程為：控制器接收開門信號之后通過電機帶動絲杠進行正轉，平行四邊形機構也向右運動，同時受到彈簧拉力的作用向上運動，下連桿和前豎直連桿的夾角減小，分離門蓋和密封圈。當連桿在絲杠的帶動下推拉向右運動一段距離之后，下連桿有限位功能的凸起就和前豎直連桿有限位功能的凸起接觸，夾角不再減小，推拉軸向右繼續運用，達到一定距離之后觸發滑槽后限位開關，使電機停止轉動，完全打開充電口門。充電口防護門的關門過程為：控制器在接收關門信號之后，絲杠在電機的帶動下反轉，連桿向左運動，在達到一定距離之后，前豎直連桿接觸擋塊，向下滑動，下連桿也因此向下運動，夾角減小。此時連桿推拉軸接著向左運動，由上銷軸將前限位開關觸發，使電機停止轉動，將門蓋和密封圈壓緊，前豎直連桿上限位凸起接觸上豎直連桿上限位凸起，夾角不再減小，閉合充電口門并將其鎖死。通過使用彈簧和平行四邊形機構的組合，由一個電機對兩個自由度運動進行控制，減輕控制難度。

對于地面部分，它由輔助定位塊、自動充電裝置、保護裝置共同組成。輔助定位塊的作用依次是輔助定位，降低電動汽車充電口波動范圍，從而縮短對接時間，而保護裝置的作用在于保護地面智能充電裝置，避免誤壓。自動充電裝置則由升降機構和旋轉機構、導軌、插頭組成，升降機構的原動機是直流減速電機，通過絲杠螺母把旋轉運動變成直線運動，不僅結構緊湊，并且運行平穩；旋轉機構的原動機是步進電機，易于控制，定位精確度較高；導軌的原動機也是步進電機，傳動元件則是同步齒形帶，把旋轉運動變成直線運動，控制簡單，能實現高精度定位。

（三）提供有序智能充電服務

以最優經濟運行為基礎的電動汽車有序智能充電主要是基于智能充電模式下電壓偏移與功率損耗最小化展開的，也可基于充電成本最小或負荷波動最小為目標進行優化。有序智能充電服務策略不僅能減小功率損失，還能降低峰荷需求，從而提高負荷率，減小充電對電力系統經濟運行與可靠性的不利影響。以時空維度為基礎的有序智能充電則突出電力系統側應對電動汽車充電負面影響的策略，從時間和空間這兩個維度加以調控，提供控制電動汽車充電時間、實施電價政策引導、最優充電站選址定容等，減小峰谷差，降低電壓偏移與功率損耗，使充電成本達到最小化，在各個充電站之間實現有序均衡充電，提升電力系統運行的經濟性、可靠性與電能質量，服務于大量電動汽車接入充電。

三、結語

電動汽車能解決石化燃料消耗問題，它在不久的將來會廣泛存在于人們的生活當中，相比無序充電情景，智能充電策略能有效降低用戶充電成本，改善配網電壓狀況。對電動汽車應用集中智能充電模式，加強智能充電系統建設，同時提供有序智能充電服務，能更好的滿足其安全、快速、便捷等充電要求，提高電動汽車續航能力，為電動汽車的廣泛使用和可持續發展提供強有力的支撐。

參考文獻：

[1]孫景，李建華，王利強.試論電動汽車智能充電樁管理方案[J].電子世界，2017（14）：90.

[2]鄭言沖，肖新平，文江輝，等.電動汽車智能充電策略研究綜述[J].集成技術，2015（01）：83-91.