德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 段璽文 于士軍

背景

隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在馬路上的汽車，根據(jù)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(nèi)國外的發(fā)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(qū)基本都有50～60個免費充電樁。而在國內(nèi)，可能只有在北上廣才能達到這種水平。電動汽車具有節(jié)能、降噪、無污染等優(yōu)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(chǎn)業(yè)鏈中占著很大比例，路上如果沒有專門的充電設(shè)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(fā)展前景

從國外的發(fā)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(shè)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(tài)，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(xié)調(diào)：電動汽車不同于一般的燃油型汽車，電動汽車包括生產(chǎn)、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(wù)就結(jié)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?zé)o固定地方安裝：從現(xiàn)在的住宅情況來看，每一個小區(qū)的停車位都是有限的，有的甚至需單獨購買，離住房區(qū)域距離甚遠，只有一小部分是擁有固定產(chǎn)權(quán)的，按照規(guī)定，只要給物業(yè)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(shù)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(shè)施不完善：在我國，還沒有正式把新能源充換電配套設(shè)施納入建設(shè)計劃中，又加上單個充電裝置的成本巨大技術(shù)受限，因此其比一般的停車位建設(shè)要復(fù)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(fā)展前景，各大品牌都紛紛開展新能源產(chǎn)業(yè)，包括特斯拉等電動汽車龍頭企業(yè)。每個品牌所設(shè)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(shù)人員上門安裝調(diào)試，需要的條件很多。

2.2 公共充電設(shè)施

很多一線城市普遍建有公共充電樁。這種設(shè)施的優(yōu)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(jīng)過培訓(xùn)的技術(shù)人員通過科學(xué)的技術(shù)手段來更換，時間在十五分鐘以內(nèi)。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(zhì)量也得不到相應(yīng)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(gòu)架圖

3.1.1 主要技術(shù)參數(shù)

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(huán)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(dǎo)引電路的方式來作為檢測連接裝置及電流參數(shù)的判斷裝置。

3.1.3 結(jié)構(gòu)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(shù)。

（4）觸摸式電子開關(guān)。

（5）觸摸鍵盤。

（6）打印機：打出消費清單。

3.1.4 主要的控制導(dǎo)引電路

（1）報警檢測電路：因為電路很容易發(fā)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(tài)，還有接觸器是否良好，導(dǎo)引連接是否成功，電磁鎖是否安裝使用等問題。如果發(fā)生異常，立即斷開接觸器停止供電從而防止事故的發(fā)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(wěn)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(lián)網(wǎng)的LAN或者CAN接口。它們需要對系統(tǒng)進行統(tǒng)一的穩(wěn)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(zhuǎn)化為一個個小信號，然后再通過互感器的輸出數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(xié)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(shù)參量

交流輸入電壓：323V～437V

交流電源頻率：50Hz

輸入功率因數(shù)：≥0.98（A級設(shè)備）≥0.92（B級設(shè)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(gòu)成；整流裝置也由整流模塊和充電時所需要的控制系統(tǒng)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(shù)以及電池的狀態(tài)參數(shù)。

（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(fā)出警報。

（3）均流性能穩(wěn)定，即使脫離管理模塊也能穩(wěn)定工作并自主均流。

（4）可以適應(yīng)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(jié)論

直流式充電樁跟交流式充電樁具有很大的區(qū)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(jù)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。