電動汽車充電技術發展現狀及未來發展趨勢分析

摘要：在全球變暖與能源短缺的背景下，電動汽車（EV）作為一種清潔高效的交通方式，逐漸成為未來交通的主要構成部分，電動汽車的推廣和普及需要良好的充電設備支撐。基于此，對我國目前的電動車充電設施經營企業進行歸納總結，分析了目前電動汽車充電技術和面臨的問題，探究了未來充電技術的發展方向。

關鍵詞：電動汽車；充電技術；充電設施；無線充電；大功率充電樁

中圖分類號：U469收稿日期：2024-11-11

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.030

1前言

隨著國家對電動汽車產業的大力支持，電動車產業進入了高速發展期，然而其充電問題制約了電動汽車進一步發展。自2015年《國務院辦公廳關于加快新能源汽車充電基礎設施建設的指導意見》發布以來，各級管理部門相繼出臺了一系列扶持、引導充電基礎設施的政策。

2充電設施運營企業發展多樣化

在國內，當前的電動汽車普遍使用的是低速充電和直流充電兩種方式。特別是一些A0級和A00級的純電動汽車，出于節約成本和短途行駛的考慮，只保留了AC接口，取消了直流接口。便攜式小功率直流充電電動機的供電電源是220V的交流電網，同樣電量條件下，在保證同等容量的情況下，實現更輕的質量和更高的續航里程是未來汽車制造商的重點發展方向。但是，由于基礎設施建設與運行過程中涉及諸多難點和問題，對其進行深入的研究，將有利于推動我國電動汽車行業的健康發展［1］。

2.1細分領域眾多

目前充電樁的生產、運營平臺的搭建、充電樁的搭建、售后維護等多個領域并存，企業各有所長。這種企業多樣化的發展優勢使每家公司都能在各自的科技領域發揮重要作用。如國家電網、南方電力屬于供電公司，可以與政府部門緊密合作，爭取以最快速度拿到用地，拿到充電樁的經營資質。這類企業的優勢在于擁有充足的資本，足以應對巨大的初始投入和較長的回報期，企業能進行產品研究、操作平臺開發、設備的維護等。這些企業具有較強的核心技術，資金實力雄厚。

2.2建樁類型分化

隨著電動汽車充電設施建設的加速，各種類型的建筑樁逐漸分化。為了實現快速積累財富的目標，許多充電站都選擇了大功率充電站，特別是雙槍型充電設備。這類充電站既能提高充電效率，同時又能為多輛車充電。例如，設計一座15kW的雙槍交流充電站和一座80kW或120kW的雙炮直流充電站，它們因功率大而備受青睞。在設計和建造大功率充電裝置的過程中，要增大充電裝置的功率、選用較粗的電纜以輸送較大的電流，再對其進行技術改造，使其能夠進行大功率充電［2］。圖1給出了公共充電樁的研究范圍。

3電動汽車充電技術及存在的困境

3.1感應式無線充電技術

感應型無線充電技術是一種通過對交流電磁場進行電磁感應的方法。從圖2可以看出，由發送線圈和接收線圈之間的交流磁場來傳遞電能，通過變換器和控制器來給電動汽車充電。該產品具有無線、易于實現硬件標準化等特點。由于輸電效率與輸電距離成反比，故輸電效率隨輸電距離的增大而降低。

目前制約無線充電技術發展的主要瓶頸在于電磁兼容性，而封閉式智能停車場則是一種有效的解決方案，但其昂貴的價格制約了該技術的推廣［3］。此外，在這種充電模式下，收發線圈必須精確定位，誤差超過幾厘米就會影響到感應。

3.2傳導式充電技術

傳導式充電技術是一種在電動汽車上被廣泛使用的充電模式（圖3），其原理是在充電裝置和電動車之間建立物理聯系，并通過線纜向蓄電池傳輸電能。該充電過程主要包括以下幾點：

a.充電模塊，用于能量的轉化；b.充電狀態的監測；c.充電過程中的安全與穩定性；d.充電過程中的計費；e.在實際應用中，導氣式充電技術除了要保證充電接口的規范統一、充電參數的準確控制外，還需要對充電過程中的計費等環節進行規范管理。

另外，充電站的合理布置也是提升充電效率與便利性的關鍵。然而，在充電過程中也存在不可忽視的安全隱患，必須采取多種措施來保證充電過程的安全性和可靠性。

3.3換電技術

換電就是把電動車上用完電的電池拆下來，用已經充滿電的電池來代替。該技術的主要優點是可以大幅提高電動汽車的續航里程，大大提高使用者的出行效率。但是，電動汽車的普及與應用還存在諸多問題，具體如下：

a.建立一個換電站是一項巨大的投資，包括土地、設備和人員的投資。

b.在汽車充電過程中，必須有一個統一的汽車動力電池規范。不同品牌和車型的電動汽車所需的電池也不盡相同，因此有必要建立一套符合各類電動汽車需求的統一標準。

c.對充電業務的費用進行會計處理。充電站既要滿足用戶的需求，又要保證自己的經濟利益。所以，如何在保證充電站收益的前提下，為用戶提供合理的充電收費，是一個值得探討的課題。

d.對電力系統進行改造后的系統風險評估。充電過程中，蓄電池的拆裝對整車造成了較大的沖擊，所以必須對充電后的整車進行嚴格檢測，以保證整車的安全穩定運行［4］。

4電動汽車充電技術發展趨勢

4.1諧振無線充電

諧振無線充電是一種以電磁諧振為基礎的高效能量傳輸方式，是一種新興的無線充電技術。其核心是收發兩個共振線圈，將兩者調至相同的頻率，使之發生共振，實現無需肢體接觸即可實現能量轉移。

本課題提出一種新型諧振式無線充電方式，能夠延長電池的續航時間，并提升電池的能量轉化效率。而對于一輛純電動汽車，無需將車輛停靠在充電樁上，便可為其充電，這讓充電變得更加方便。此外，該課題的研究結果還可擴展至無人機等對續航能力要求較高、能量轉化效率較高的場合。

基于以上研究，本課題擬研究諧振式無線充電技術，并將其用于電動汽車等工業領域，為用戶提供更加便捷高效的充電體驗。

4.2大功率充電樁

電動汽車得到快速發展，已經在公共交通、出租車、物流、共享單車等行業得到廣泛應用，但目前限制其發展的主要瓶頸是公共充電樁數量少、電池續航時間短。要想達到更遠的航程，就必須增大蓄電池的容量，提高蓄電池電壓，提高充電功率及充電電壓，縮短充電時間。因此，需要在現有的基礎上，構建高功率的充電樁，使之達到1000V/350A。高功率充電站的發展方向如下：

a.發展高功率的充電裝置。各充電模組的容量愈大，組成一座高功率充電站所需要的模組數愈多，模組之間交流與控制也就愈穩定且可靠。

b.增加纜段的長度，增加載流量。

c.為提升充電站的使用效率，對熱管理技術進行改進。

4.3與新能源配套

新能源汽車屬于節能環保產品，但充電環境存在可變性、隨機波動性。將新能源汽車的充電設備接入電網，電動汽車可以充當柔性負載及儲備設備，滿足新能源接入電網的需求，又能緩解新能源并網對電網的不利影響［5］。此外，將其接入部分商用區域，通過微電網參與當地電網的均衡。

4.4充電站的集中式和分布式布局

國產三元鋰、磷酸鐵鋰是我國主要的動力電池，單次使用的放電深度較低，電池的續航時間較長，理想的充電功率范圍為20%～90%。在動力電池的充電過程中，充放電過快或過慢都會造成電池的故障。在充電站或者充電樁的布局上，可以參考加油站的模式，先建立一個集中的充電站，然后根據市場的情況，建立一個分散的充電樁，讓車主能夠在最優的充電時間內進行充電，從而保證動力電池的續航能力。

4.5充電普及化、智能化

在新能源汽車產業標準的制定與實施過程中，對動力電池體系及電壓水平進行統一，對公用充電設備進行標準化，同時對電動汽車的充電接口、接口協議等進行標準化處理。作為電動汽車的供能裝置，必須具有大范圍的充電能力，能與各種類型的動力電池匹配，滿足多種類型動力電池的充電需求。

未來的充電業務將向智能化方向發展，將充當“中轉站”，通過對蓄電池的放電情況進行監控，以達到無損耗的目的，防止過充和過久；通過智能充電技術的優化，實現動力電池故障的自動診斷與維修；智能電力管理，實現即插即充，無接觸支付等功能。

4.6標準化的貿易清算方式

電動汽車的自身設計在一定程度上能影響能源消耗率，能反映出電動汽車對電能的利用率。能源利用率是由動力電池的能量轉化效率來決定的，使用高效率的充電設備是實現電動車節能減排的關鍵。降低電動能源消費成本和統一能源消費結算方式的，是新能源消費市場發展的趨勢。在充電和換電兩種方式中，需要通過資源整合，搭建信息交流平臺，降低各廠商的充換電產品的差異性，增強充換電系統的穩定性，制定標準化的交易結算方式，增強電動汽車的充換電作業的便利性和交易的安全［6］。

5結語

電動汽車的發展需要解決續航里程、運營成本、充電效率、電源管理等問題。隨著5G通信技術的發展，在電動汽車和智能電網的共同作用下，充換電設備的容量以及服務能力、投資運營等方面都會有新的突破，相關設施也會隨之而動，相關標準也會不斷完善，電動汽車的充電設備將會隨著科技的進步與市場的擴張得到改善，從而不斷推動電動汽車充電技術的發展。

參考文獻：

[1]范天騁，張越，陸一凡.無線充電技術在電動汽車上的發展現狀及趨勢[J].時代汽車，2023（1）：109-111.

[2]邱雨.電動汽車充電技術發展現狀及趨勢[J].汽車知識，2023（12）：23.

[3]鄧隱北，孫永德，鄧楚柏，等.電動汽車充電技術的最新動向--加速普及電動汽車的關鍵[J].磁性元件與電源，2023（6）：150-154.

[4]祁增軻.關于新能源電動汽車充電技術探索[J].時代汽車，2023（11）：89-91.

[5]李剛.新能源電動汽車充電技術研究[J].汽車周刊，2023（10）：1-3.

[6]巨洪軍.電池充電技術在新能源電動汽車領域的應用研究[J].汽車測試報告，2023（16）：44-46.

作者簡介：

左正濤，男，1998年生，助理工程師，研究方向為汽車檢測與維修、新能源汽車。