電動汽車如何充電? 電動汽車充電方式詳解

1、電動汽車充電設(shè)備

對于一輛電動車來講，蓄電池充電設(shè)備是不可缺少的子系統(tǒng)之一，它的功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動車車載蓄電池的電能。電動汽車充電裝置的分類有不同的方法?？傮w上可分為車載充電裝置和非車載充電裝置。

車載充電裝置，指安裝在電動汽車上的采用地面交流電網(wǎng)和車載電源對電池組進行充電的裝置。

包括車載充電機、車載充電發(fā)電機組和運行能量回收充電裝置。它將一根帶插頭的交流動力電纜線直接插到電動汽車的插座中給電動汽車充電。車載充電裝置通常使用結(jié)構(gòu)簡單、控制方便的接觸式充電器也可以是感應(yīng)充電器。它完全按照車載蓄電池的種類進行設(shè)計，針對性較強。

非車載充電裝置，即地面充電裝置，主要包括專用充電機、專用充電站、通用充電機、公共場所用充電站等。它可以滿足各種電池的各種充電方式。通常非車載充電器的功率、體積和重量均比較大，以便能夠適應(yīng)各種充電方式。

另外，根據(jù)對電動車蓄電池充電時的能量裝換的方式不同，充電裝置可以分為接觸式和感應(yīng)式。

隨著電力電子技術(shù)和變流控制技術(shù)的飛速發(fā)展，高精度可控變流技術(shù)的成熟和普及，分階段恒流充電模式已經(jīng)基本被充電電流和充電電壓連續(xù)變化的恒壓限流充電模式取代。直到目前，主導(dǎo)充電工藝的還是恒壓限流充電模式。接觸式充電的最大問題在于它的安全性和通用性，為了使它滿足嚴格的安全充電標準，必須在電路上采用許多措施使充電設(shè)備能夠在各種環(huán)境下安全充電。恒壓限流充電和分階段恒流充電均屬于接觸式充電技術(shù)。

近年來，新型的電動車感應(yīng)充電技術(shù)發(fā)展很快。、感應(yīng)充電器是利用高頻交流磁場的變壓器原理，將電能從離車的原方感應(yīng)到車載的副方，以達到給蓄電池充電的目的。感應(yīng)充電的最大優(yōu)點是安全，這是因為充電器與電動車之間并無直接的點接觸，使得即使電動車在惡劣的氣候下，如雨雪天，進行充電也無觸電的危險（如圖1）。

2、電動汽車充電方式

2.1 常規(guī)充電方式

該充電方式采用恒壓、恒流的傳統(tǒng)充電方式對電動車進行充電。以相當?shù)偷某潆婋娏鳛樾铍姵爻潆?，電流大小約為15A,若以120Ah（例如360V,即串聯(lián)12V100Ah30只）的蓄電池為例，充電時間要持續(xù)8個多小時。相應(yīng)的充電器的工作和安裝成本相對比較低。電動汽車家用充電設(shè)施（車載充電機）和小型充電站多采用這種充電方式。車載充電機是純電動轎車的一種最基本的充電設(shè)備（如圖2）。充電機作為標準配置固定在車上或放在后備箱里。由于只需將車載充電器的插頭插到停車場或家中的電源插座上即可進行充電，因此充電過程一般由客戶自己獨立完成。直接從低壓照明電路取電，充電功率較小，由220V/16A規(guī)格的標準電網(wǎng)電源供電。典型的充電時間為8～10h（SOC達到95%以上）。這種充電方式對電網(wǎng)沒有特殊要求，只要能夠滿足照明要求的供電質(zhì)量就能夠使用。由于在家中充電通常是晚上或者是在電低谷期，有利于電能的有效利用，因此電力部門一般會給予電動汽車用戶一些優(yōu)惠，例如電低谷期充電打折。

小型充電站是電動汽車的一種最重要的充電方式（如圖3），充電機設(shè)置在街邊、超市、辦公樓、停車場等處。采用常規(guī)充電電流充電。電動汽車駕駛員只需將車?？吭诔潆娬局付ǖ奈恢蒙?，接上電線即可開始充電。計費方式是投幣或刷卡，充電功率一般在5～10kW,采用三相四線制380V供電或單相220V供電。其典型的充電時間是：補電1～2h,充滿5～8h（SOC達到95%以上）。

2.2 快速充電方式

該充電方式以150～400A的高充電電流在短時間內(nèi)為蓄電池充電，與前者相比安裝成本相對較高。

快速充電也可稱為迅速充電或應(yīng)急充電，其目的是在短時間內(nèi)給電動汽車充滿電，充電時間應(yīng)該與燃油車的加油時間接近。大型充電站（機）多采用這種充電方式。

大型充電站（機）—快速充電方式（如圖4）主要針對長距離旅行或需要進行快速補充電能的情況進行充電，充電機功率很大，一般都大于30kW,采用三相四線制380V供電。其典型的充電時間是：10～30min。這種充電方式對電池壽命有一定的影響，特別是普通蓄電池不能進行快速充電，因為在短時間內(nèi)接受大量的電量會導(dǎo)致蓄電池過熱?？焖俪潆娬镜年P(guān)鍵是非車載快速充電組件，它能夠輸出35kW甚至更高的功率。由于功率和電流的額定值都很高，因此這種充電方式對電網(wǎng)有較高的要求，一般應(yīng)靠近10kV變電站附近或在監(jiān)測站和服務(wù)中心中使用。

2.3 無線充電方式

電動汽車無線充電方式是近幾年國外的研究成果，其原理就像在車里使用的移動電話———將電能轉(zhuǎn)換成一種符合現(xiàn)行技術(shù)標準要求的特殊的激光或微波束，在汽車頂上安裝一個專用天線接收即可。

有了無線充電技術(shù)，公路上行駛的電動汽車或雙能源汽車可通過安裝在電線桿或其它高層建筑上的發(fā)射器快速補充電能。電費將從汽車上安裝的預(yù)付卡中扣除。

2.4 更換電池充電方式

除了以上幾種充電方式外，還可以采用更換電池組的方式，即在蓄電池電量耗盡時，用充滿電的電池組更換已經(jīng)耗盡的電池組。蓄電池歸服務(wù)站或電池廠商所有，電動汽車用戶只需租用電池。更換蓄電池的工作原理如圖5所示，電動汽車用戶把車停在一個特定的區(qū)域，然后用更換電池組的機器將耗盡的蓄電池取下，換上已充滿電的電池組。對于更換下來的未充電蓄電池，可以在服務(wù)站充電，也可以集中收集起來以后再充電。由于電池更換過程包括機械更換和蓄電池充電，因此有時也稱它為機械“加油”。

或機械充電。電池更換站同時具備正常充電站和快速充電站的優(yōu)點，也就是說可以用低谷電給蓄電池充電，同時又能在很短的時間內(nèi)完成“加油”過程。通過使用機械設(shè)備，整個電池更換過程可以在10min內(nèi)完成，與現(xiàn)有的燃油車加油時間大致相當。

不過，這種方法還存在不少問題有待解決。首先，這種電池更換系統(tǒng)的初始成本很高，其中包括昂貴的機械裝置和大量的蓄電池。其次，由于存放大量未充電和已充電的蓄電池需要很多空間，因此修建一個蓄電池更換站所需空間遠大于修建一個正常充電站或快速充電站所需的空間。還有，在蓄電池自動更換系統(tǒng)得到應(yīng)用之前，需要對蓄電池的物理尺寸和電氣參數(shù)制定統(tǒng)一的標準。

2.5 移動式充電方式

對電動汽車蓄電池而言，最理想的情況是汽車在路上巡航時充電，即所謂的移動式充電（MAC）。

這樣，電動汽車用戶就沒有必要去尋找充電站、停放車輛并花費時間去充電了。MAC系統(tǒng)埋設(shè)在一段路面之下，即充電區(qū)，不需要額外的空間。

接觸式和感應(yīng)式的MAC系統(tǒng)都可實施。對接觸式的MAC系統(tǒng)而言，需要在車體的底部裝一個接觸拱，通過與嵌在路面上的充電元件相接觸，接觸拱便可獲得瞬時高電流。當電動汽車巡航通過MAC區(qū)時，其充電過程為脈沖充電。對于感應(yīng)式的MAC系統(tǒng)，車載式接觸拱由感應(yīng)線圈所取代，嵌在路面上的充電元件由可產(chǎn)生強磁場的高電流繞組所取代。

很明顯，由于機械損耗和接觸拱的安裝位置等因素的影響，接觸式的MAC對人們的吸引力不大。

目前的研究主要集中在感應(yīng)充電方式，因為它不需要機械接觸，也不會產(chǎn)生大的位置誤差。當然，這種充電方式的投資巨大，現(xiàn)在仍處于實驗階段。