電動汽車供電技術(shù)的研究及發(fā)展

顧笑僮

（南京市航空航天大學(xué)，江蘇 南京 210000）

0 引 言

在資源愈加緊缺的時代，節(jié)能減排是保證國家各行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必需舉措。電動汽車作為新能源汽車不僅可以節(jié)約能源，而且能夠減少對環(huán)境的污染。因此，越來越多的人開始選用電動汽車來代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車。但是仍存在部分人拒絕購買純電動汽車，其主要原因是擔(dān)心純電動汽車在駕駛途中沒電。本文對電動汽車的供電技術(shù)進行了詳盡地分析，使消費者對電動汽車增加信心。

1 電動汽車的供電技術(shù)

傳導(dǎo)充電、無線充電及換電是電動汽車的主要供電技術(shù)。其中，傳導(dǎo)充電的應(yīng)用原理是電傳導(dǎo)原理，即用電纜將電動汽車和充電設(shè)施連接起來，然后對電動汽車進行充電。電動汽車在應(yīng)用無線充電技術(shù)進行充電的過程中不需要借助電纜，該技術(shù)是一項非接觸式的供電方式。換電則是用滿電的電池更換耗盡電量的舊電池來保障電動汽車的正常行駛。由于傳導(dǎo)充電和換電技術(shù)在應(yīng)用中涉及的原理都較為簡單，所以本文將主要針對無線充電的技術(shù)進行介紹。現(xiàn)階段，無線充電技術(shù)在世界上被分成兩個陣營，第一個陣營在無線充電方面應(yīng)用的技術(shù)是傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)技術(shù)，另一陣營使用的技術(shù)較為多樣，包含了射頻輸電、光輸電、微波傳輸及強共振磁耦合技術(shù)。電磁感應(yīng)技術(shù)在使用的過程中容易對車輛中的電子設(shè)備造成一定的干擾，容易影響車輛的整體可靠性，所以該技術(shù)在電動汽車領(lǐng)域中不能得到有效的推廣應(yīng)用。射頻技術(shù)在傳輸電能功率方面因自身的技術(shù)原因會有一定的限制；光輸電在應(yīng)用的過程中容易因物理原因而被限制。因此，可在電動汽車供電方面應(yīng)用的技術(shù)主要是微波傳輸技術(shù)和強耦合磁共振技術(shù)。

2 電動汽車供電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 電動汽車供電技術(shù)在國外的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳導(dǎo)充電在國際上仍未形成較為統(tǒng)一的標準，各國在引用傳導(dǎo)充電技術(shù)時執(zhí)行的標準有所差異。這也使得各國生產(chǎn)的電動汽車在國外使用時會受到嚴重的阻礙，不利于電動汽車的市場流通。傳統(tǒng)的傳導(dǎo)充電技術(shù)雖然在操作實行方面較為簡便易行，但是該技術(shù)在充電方面還存在一些缺陷。例如，充電需要等待較長的時間，如果采用快速充電的方式容易縮短電池的壽命。電池有一定的壽命限制，使用一定年限后需要對其進行更換，以保證電動汽車的正常使用。美國的Better Place公司率先研發(fā)出電池自動更換系統(tǒng)，一個電池耗光電量后，另一個電池可以及時與其更換，使汽車繼續(xù)正常使用；所更換下來的電池會被自動送至電池儲存庫中，電池可以在此重新充電等待與另一個電池進行更換。目前，換電站Better Place已經(jīng)在美國、歐洲、澳大利亞及中國等地區(qū)得以普及，為駕駛電動汽車的人員提供自動換電池的服務(wù)。

2.2 國內(nèi)應(yīng)用電動汽車供電技術(shù)的現(xiàn)狀

我國對傳導(dǎo)供電中的相關(guān)內(nèi)容制定了一套較為完善的標準體系，并進行了一定創(chuàng)新。七端子交流充電接口的控制導(dǎo)引電路的功能與原有的控制導(dǎo)引電路相比，對電動汽車實現(xiàn)的控制更加精準、全面，且能夠更加全面地保護電動汽車。我國的九端子直流充電接口在對接地端子進行保護時會先與其他端子進行連接然后再斷開。此外，九端子直流充電還能夠在充電邏輯方面對電動汽車和充電的設(shè)備進行有效地控制，以保證人們在插拔充電接口的過程中能夠自動地對負載進行切斷，保證使用者的人身安全。我國在電池更換方面也有了一定的突破。經(jīng)過試點測試后，我國已經(jīng)在多個地區(qū)投放了電池更換點，并設(shè)置了一定的電池充電點。我國各企業(yè)在生產(chǎn)電動汽車時需要按照固定的電池型號來生產(chǎn)電動汽車中的電池，以保證電動汽車在電池更換點能夠及時地補充電能。同時，這也帶動了電動汽車“裸車”的售賣。

3 電動汽車供電技術(shù)中存在問題及發(fā)展趨勢

目前，電動車供電技術(shù)主要存在如下5個方面的問題。（1）供電設(shè)施的安全保障措施有所欠缺，主要在充電設(shè)備結(jié)構(gòu)化、安充電設(shè)備發(fā)生故障時及充電設(shè)備運行過程中的全保護措施不完善。（2）設(shè)計、制造及安裝環(huán)節(jié)有所欠缺，主要表現(xiàn)為主控模塊死機、BMS缺少主控模塊異常保護機制、充電設(shè)備缺少主動保護機制及監(jiān)控系統(tǒng)缺少相應(yīng)的判斷報警機制。（3）部分產(chǎn)品質(zhì)量存在問題。例如，BMS發(fā)出充電停止指令，充電機不能立即停止，造成過充。充電樁材料、密封工藝達不到要求，造成充電槍拉弧、著火，甚至爆炸。（4）收費計量無檢測制度。沒有對收費平臺進行定期標定和檢測。目前運營的公共充電站、充電樁以及用戶家里的私人充電樁，其計費準確度都無從查考。

目前，我國供電技術(shù)的主要發(fā)展趨勢具體如下。傳導(dǎo)導(dǎo)電和換電是應(yīng)用較為成熟的電動汽車供電技術(shù)，無線供電還處于過渡實驗的階段。目前，我國針對傳導(dǎo)導(dǎo)電出臺了一些相關(guān)的標準來對該技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用進行有效地規(guī)范。我國對充電設(shè)備供應(yīng)資源的商家較多，為能夠有效設(shè)置充電、換電供給電能點，需要對城市進行詳細地規(guī)劃，以有效發(fā)揮充電設(shè)施的作用。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，可以同時用作常規(guī)充電和快速充電且形狀為柜式或柱形的充電機能夠使用的范圍較廣，但是需要在建設(shè)初期投入較多的資金，所以這類充電機比較應(yīng)用于各類大型的充電場[1]。墻體充電插座是較為常規(guī)的一種充電方式，在建設(shè)墻體充電插座充電點時所需要投資的經(jīng)費并不高，但是該技術(shù)為電動汽車提供的電功率有限制，所以這項技術(shù)僅適用于家庭的獨立停車庫中或者是校區(qū)的停車位充電處中。電池更換技術(shù)的普及帶動了相關(guān)工作的共同發(fā)展，如租賃電池的業(yè)務(wù)、電池的充電業(yè)務(wù)及對電池進行維修、保養(yǎng)等一系列后續(xù)服務(wù)的業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)的出現(xiàn)使得市面上出現(xiàn)電池租賃公司。這類公司需要熟練解決各項問題，并為消費者提供較為完善妥當?shù)姆?wù)。開展這些業(yè)務(wù)可以有效提高電池性能和廢舊電池的回收利用率，同時還能夠使快速充電對電池帶來的損害及時得到消除。此外，電池租賃公司可以在晚上對回收的電池進行充電，因為電網(wǎng)夜間低谷期的電價較為便宜，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進行調(diào)峰，進而平衡電網(wǎng)的用電壓力。電池更換雖然有很多優(yōu)點，但是目前電池更換在我國仍舊沒有得到較為廣泛的應(yīng)用，使用電池更換的車輛僅僅是某些特定的品牌。造成這種現(xiàn)象的主要原因是我國還沒有對電池的生產(chǎn)規(guī)格標準進行統(tǒng)一，而且沒有落實模塊化的建設(shè)任務(wù)。此外，每種電動汽車安放電池的位置也有所差異。傳導(dǎo)充電和換電這兩種為電動汽車補充電能的方式均需要汽車停車才能夠開展相關(guān)的工作，對時間和空間造成一定的占用和浪費。無線供電技術(shù)則有效地解決了這方面的問題。無線供電技術(shù)的發(fā)展可以讓不停車充電成為充電的主流方式，并幫助相關(guān)人員有效節(jié)約時間。磁耦合共振無線供電技術(shù)和微波供電技術(shù)均是經(jīng)過無數(shù)實驗驗證后能夠有效施行的無線充電技術(shù)[2]。目前，已經(jīng)有一些公司研發(fā)出以磁耦合共振技術(shù)為基礎(chǔ)的汽車無線充電系統(tǒng)，并在實際應(yīng)用中得到了良好的反饋，而微波供電技術(shù)也有了一定的突破，尤其是在輸送電能的效率方面。因此，在電動汽車供電方面普及無線充電的技術(shù)指日可待。該技術(shù)一旦成熟并得到有效應(yīng)用一定能夠增加人們購買電動汽車的信心。

4 結(jié) 論

近年來，隨著電動汽車的不斷發(fā)展，包括射頻輸電、光輸電、微波傳輸及強共振磁耦合技術(shù)在內(nèi)的電動汽車供電技術(shù)也得到了極大的改進。為有效發(fā)展電動汽車，首先要重視相應(yīng)供電技術(shù)的研發(fā)工作。目前，世界上應(yīng)用最廣、使用頻率最高的供電方式仍是傳導(dǎo)供電。充電時間是相關(guān)人員需要重點克服的問題，目前可以采用換電的方式來縮短補充電能的時間，但是電池技術(shù)一旦能夠突破充電時間的限制，換電技術(shù)就會被淘汰。相關(guān)人員一定要加大研發(fā)力度，盡快研發(fā)出無線充電快速充電的方法。