電動汽車固定式充電式充電樁研究

德州學院汽車工程學院 段璽文 于士軍

背景

隨著技術的發展，現在馬路上的汽車，根據車輛動力原理可以分為三種，分別為：純電動型、燃油型和混合動力型。燃油型汽車使用的動力燃料是汽油，燃燒會排出大量的污染氣體。而電動汽車的問世，大大解決了此問題。各國對于電動汽車的重視程度不同，電動汽車在國內國外的發展也存在著較大的差距。因此各國對于電動汽車的充電樁重視程度也不相同，國外對于電動汽車充電樁更為重視。例如在英國，每個市區基本都有50～60個免費充電樁。而在國內，可能只有在北上廣才能達到這種水平。電動汽車具有節能、降噪、無污染等優點，但是局限性也顯而易見。電動汽車充電這一模塊，在整個產業鏈中占著很大比例，路上如果沒有專門的充電設施，一旦電池電源耗盡，根本沒法及時進行道路救援。

1 電動汽車的問題與前景

1.1 電動汽車的發展前景

從國外的發展狀況來看，家庭固定式充電是使用最多的電動汽車充電方式，只有在道路上才會依靠道路公共充電設施，尤其是在停車場里使用頻率最高。從資源與便利性來講，汽車的大部分時間都處于停車狀態，所以建在停車場里跟馬路兩邊的充電樁作為汽車充電的第一選擇，不僅滿足了用戶的基本需求，還提高了土地利用率，降低了國電負荷率。

1.2 電動汽車充電遇到的問題

（1）廠商行動不協調：電動汽車不同于一般的燃油型汽車，電動汽車包括生產、銷售、維護等步驟。對于燃油型汽車來說，只要開出4S店，基本上服務就結束了。但是電動汽車不同，還要對電動汽車安裝固定式充電樁。

（2）住宿地無固定地方安裝：從現在的住宅情況來看，每一個小區的停車位都是有限的，有的甚至需單獨購買，離住房區域距離甚遠，只有一小部分是擁有固定產權的，按照規定，只要給物業出示《充電樁安裝同意書》就可以。但是，停車位限制了操作。

（3）充電樁數目有限：因為安裝一個充電樁的成本很大，又加上充電時間長，一輛車至少需要充電一個小時，一旦多量車排隊沖電，會浪費大量時間，給用戶造成很差的體驗。

（4）公共設施不完善：在我國，還沒有正式把新能源充換電配套設施納入建設計劃中，又加上單個充電裝置的成本巨大技術受限，因此其比一般的停車位建設要復雜，涉及的因素也多，例如電力、交通、政策等。

（5）不同品牌汽車的不同待遇：電動汽車有巨大的市場發展前景，各大品牌都紛紛開展新能源產業，包括特斯拉等電動汽車龍頭企業。每個品牌所設置的充電樁可能對其他品牌的電動汽車有排斥。

2 電動汽車的充電方式

2.1 短距離線路直充

買車送便攜式充電線與家用充電樁，充電線這種方式是最簡單最方便的。但是速度極其慢，只能作為迫不得已的備用選擇，大部分時間還是在停車位上用固定式充電樁充電。如果在小城市，充電線則變成了主要充電方式，小城市很有可能不具備充電樁，因為充電樁需要專門的技術人員上門安裝調試，需要的條件很多。

2.2 公共充電設施

很多一線城市普遍建有公共充電樁。這種設施的優點就是可以自己選擇是快充還是慢充，但是也取決于車型跟購車時間的長短，這是唯一可以快速充電的地方。費用較高，較為奢侈。

2.3 電池更換式充電

換電池是電動汽車的救命稻草，這種方式需要到門店讓專門經過培訓的技術人員通過科學的技術手段來更換，時間在十五分鐘以內。跟加油的速度可以媲美。但是缺點很明顯，只能由專門門店人員更換，電池壽命跟質量也得不到相應的保證。

3 電動汽車充電樁的分類

3.1 交流式充電樁

圖1 交流式充電樁構架圖

3.1.1 主要技術參數

輸入交流電壓：220V（幅度空間10%）。

輸出交流電壓：220V（幅度空間10%）。

輸出最大電流：16A（3.5kw）/32A（7kw）/63A（14kw）備注：最高可達43kw

額定交流頻率：50Hz。

工作環境：-20℃到+50℃。

3.1.2 工作原理

交流式充電樁俗稱慢充，只提供電力輸出，不提供單純的充電功能，需要與安裝在電動汽車上的充電機連接才能充電，所以交流式也被稱為只提供交流電源的供電裝置。交流式充電樁的核心也采用了控制導引電路的方式來作為檢測連接裝置及電流參數的判斷裝置。

3.1.3 結構組成

（1）控制面板：功率通斷、電能使用的計算跟判斷是否達到安全充電要求。

（2）讀卡器。

（3）液晶屏：顯示用戶信息和汽車型號以及充電樁的運行參數。

（4）觸摸式電子開關。

（5）觸摸鍵盤。

（6）打印機：打出消費清單。

3.1.4 主要的控制導引電路

（1）報警檢測電路：因為電路很容易發生異常，所以報警檢測為重中之重，它必須能檢測出漏電、過流等狀態，還有接觸器是否良好，導引連接是否成功，電磁鎖是否安裝使用等問題。如果發生異常，立即斷開接觸器停止供電從而防止事故的發生，保障使用安全性。

（2）弱電控制電路：弱電控制電路由直流穩定電源和弱電裝置組成，弱電裝置主要由主板、接口板、觸摸屏、讀卡器以及打印機組成，它們有著硬核的標準，除了必須滿足自身的信號采集之外，還必須有連接互聯網的LAN或者CAN接口。它們需要對系統進行統一的穩定供電。

（3）電壓檢測電路：首先，所謂的電壓檢測就通過互感器將電壓轉化為一個個小信號，然后再通過互感器的輸出數據進行分析，例如輸入電壓為220V，輸出電流為5mA，那就說明正確無問題。這方面包含著數據分析及計算，所以說也是控制電路中的核心部分。

3.1.5 功能特點

（1）可以支持多種支付方式，例如掃碼、刷卡、現金等；

（2）顯示屏為觸摸式，操作方便易維修；

（3）適用所有車型，兼容所有車輛的BMS協議，安全可靠；

（4）保護功能全面，無論是過壓還是過載或者短路漏電等，都可以保護得很好。

3.2 直流式充電樁

3.2.1 主要技術參量

交流輸入電壓：323V～437V

交流電源頻率：50Hz

輸入功率因數：≥0.98（A級設備）≥0.92（B級設備）

效率：≥92%

電壓精度：不超過±0.5

電流精度：≥30A（不超過±1%）＜30A（不超過±0.%）

3.2.2 原理

首先跟交流式一樣，都是固定安裝在電動汽車外，但是本質上不同的是，直流式充電樁可以用為非車載式汽車電池的供電裝置。輸出的電壓和電流也較大，所以直流式也被稱為快充。

3.2.3 結構組成

組成成分與交流式類似，除了簡單的觸摸裝置之外，還主要由一個整體電流輸出輸入裝置、充電樁、連接電纜和充電連接器構成；整流裝置也由整流模塊和充電時所需要的控制系統組成。

3.2.4 功能特點

（1）具備BMS通信功能，可以獲得充電電池的動力參數以及電池的狀態參數。

（2）可以判斷充電連接器跟充電電纜是否正確連接，如若不正常，能立即斷電并發出警報。

（3）均流性能穩定，即使脫離管理模塊也能穩定工作并自主均流。

（4）可以適應不同電流的不同功率需求，同樣具備欠壓跟過壓的保護功能，還具備過流、短路、過溫保護。

4 結論

直流式充電樁跟交流式充電樁具有很大的區別，通俗來講，交流式充電樁需要借助車載充電機來充電，但是直流式充電樁并不需要，脫離了必要的硬件需求。還有，在充電速度上差別也很大，直流式充電樁的充電速度要比交流式的快很多，比如一輛普通的特斯拉，用交流式充電樁來充電可能需要8～10個小時，但是用直流式充電樁可能只需要3～4個小時。因為交流式充電樁所用的車載充電機功率并不大。

所以，根據自己的需要以及使用情況，合理使用充電樁，以免造成資源使用不均等浪費。