电动汽车充电方式主要有常规充电方式、快速充电方式、电池更换充电方式。无线充电方式和移动充电方式。 (1)常规充电方式常规充电方式采用恒压、恒流的传统充电方式对电动汽车进行充电,相应的充电机的工作和安装成本相对比较低。电动汽车家用充电设施(车载充电机)和小型充电站多采用这种充电方式。车载充电机是电动汽车的种最基本的充电设备,如图4-48所示。充电机作为标准配置固定在车上或放在后备厢里。由于只需将车载充电机的插头插到停车场或家中的电源插座上即可进行充电,因此充电过程一般由用户自己独立完成。充电时直接从低压照明电路取电,充电功率较小,由220V/16A规格的标准电网电源供电。一般充电时间为8~10h(SOC达到95%以上)。这种充电方式对电网没有特殊要求,只要能够满足照明要求的供电质量就能够使用。由于在家中充电通常是晚上或者是在电力低谷期,有利于电能的有效利用,因此电力部门一般会给予电动汽车用户一些优惠例如电力低谷期充电打折。
快速充电方式主要具有以下缺点。
①充电功率较大,接口和用电安全要求高,电池散热要重点考虑。
②电池不能深度充电,一般能充到电池容量的80%左右,容易损害电池寿命,需要承担更多的电池折旧成本。
③短时用电消耗大,对配电网要求较高,基础设施配套需求巨大。
④一般在白天和傍晚时间段充电,属于城市电力负荷高峰时段,对城市电网的安全性是一种威胁,而且不享受夜间电价打折。
(3)电池更换方式电池更换方式通过动力电池更换迅速补充车辆电能,电池更换可在10min以内完成,理论上无限提升了车辆续航里程图4-51所示是利用换电机器人为电动汽车更换电池。
电池更换方式主要具有以下优点。
①电池更换客户感受接近传统的加油站加油。
②用户只需购买裸车,电池采用租赁的方式,大幅降低了车辆价格。
③采用适合的充电方式保证电池的健康以及电池效能的发挥,电池集中管理便于集中回收和维护,减少环境污染。
④选择夜间用电低谷时段慢速充电,降低服务机构运行成本,对电网起到错峰填谷作用。
电池更换方式主要具有以下缺点:
①基础设施建设成本较高,占用场地大,电网配套要求高。
②需解决电动汽车更换电池方便问题,例如电池设计安装位置、电池拆卸难易程度等。
③需要电动汽车行业众多标准的严格统一,包括电池本身外形和各项参数的标准化,电池和电动车接口的标准化,电池和外置充电设备接口的标准化等。
④电池更换容易导致电池接口接触不良等问题,对电池及车辆接口的安全可靠要求提高。
⑤电池租赁带来了资产管理、物流配送、计价收费等一系列问题,使运作更复杂,提高了成本。
(4)无线充电方式。
电动汽车无线充电方式是利用无线电能传输技术对蓄电池进行充电的一种新型充电方式,主要有3种形式:电磁感应充电方式、磁共振充电方式和微波充电方式。
电磁感应充电方式是在送电线圈和接收线圈之间传输电力,这是最接近实用化的一种充电方式。当送电线圈中有交变电流通过时,发送(初级)、接收(次级)两线圈之间产生交变的磁场,由此在次级线圈产生随磁场变化的感应电动势通过接收线圈端对外输出交变电流。该充电方式存在的问题是:送电距离比较短(约100mm),并且送电与受电两部分出现较大偏差时,电力传输效率就会明显下降:有异物进入时,会出现局部发热的情况;电磁波及高频方面的防护问题也不易解决;功率大小与线圈尺寸直接相关,需要大功率传送电力时,需在基础设施建设和电力设备方面加大投入。
磁共振充电方式主要由电源、电力输出、电力接收、整流器等主要部分组成基本原理与电磁感应方式基本相同。电源传送部分有电流通过时,所产生的交变磁束使接收部分产生电动势,为电池充电时输出电流。与电磁感应充电方式的不同之处在于,磁共振充电方式加装了两个高频驱动电源,采用兼备线圈和电容器的LC共振电路,而并非由简单线圈构成送电和接收两个单元。共振频率的数值会随送电与接收单元之间距离的变化而改变,当传送距离发生改变时,传输效率也会像电磁感应一样迅速降低。因此,可通过控制电路调整共振频率,使两个单元的电路发生共振,亦即“共鸣”,也称这种磁共振状态为“磁共鸣”。在控制回路的作用下改变传送与接收的频率,可将电力传送距离增大至数米左右,同时将两个单元电路的电阻降至最小以提高传送效率。当然,传输效率还与发送和接收电单元的直径相关传送面积越大,传输效率越高。目前的传输距离可达400mm左右,传输效率可达95%。目前磁共振充电方式技术上的难点是小型、高效率化比较难。现在的技术能力大约是直径半米的线圈,能在1m左右的距离提供60W的电力。
微波充电方式使用245GHz的电波发生装置传送电力。传送的微波也是交流电波,可用天线在不同方向接收,用整流电路转换成直流电为汽车电池充电,并且可以实现一点对多点的远距离传送。为防止充电时微波外漏,充电部分装有金属屏蔽装置,使用中,送电与受电之间的有效屏蔽可防止微波外漏。该充电方式目前存在的主要问题是磁控管产生微波时的效率过低,造成许多电力变为热能被白白消耗。
相对于电动汽车的有线充电而言,无线充电具有以下优势。
①充电设备占地小,充电便利性高。
②充电设施可无人值守,后期维护成本低。
③相同占地面积下,可充电的电动汽车数量提升,增大空间利用率无线充电具有以下劣势。
①充电效率不高,峰值效率为90%左右,传统充电效率为95%左右。
②传递功率不够大,一般为10kW以下。
③无线充电主要采用电磁方式,存在辐射泄漏的安全问题。
有了无线充电技术,公路上行驶的电动汽车或双能源汽车可通过安装在电线杆或其他高层建筑上的发射器快速补充电能。电费将从汽车上安装的预付卡中扣除。
电动汽车无线充电如图4-52所示。
(5)移动充电方式移动充电是指电动汽车在路上巡航时进行充电,如图4-53所示,有接触式和感应式两种。
接触式移动充电系统需要在车体的底部装一个接触拱,通过与嵌在路面上的充电元件相接触,接触拱便可获得瞬时高电流。当电动汽车行驶通过移动充电区时,为电动汽车充电。
车载式接触拱由感应线圈所取代,嵌在路面上的充电元件由可产生强磁场的高电流绕组所取代,便成为感应式移动充电系统。电动汽车充电系统的设计趋势是大功率、高效率,以便在一次充电保证尽可能多的续航里程对于车载充电机产品扩功率、降成本的发展趋势,主要形成以下两种技术形态。
①单向充电技术向双向充电技术发展,单向充电机变成双向充电机。车载双向充电机就是充电机既可以给电动汽车蓄电池进行充电,又可以在必要时将蓄电池的电逆变成交流电,给负载离网供电,或回馈到电网并网馈电。通过车载双向充电机的应用,未来电动汽车不仅仅是一个交通工具,还将成为一个移动的储能电站。
车载充电机呈集成化趋势,车载充电机与DC/DC变换器和电机控制器集成在起,具有V2V(车对车)、V2L(车对负载)、V2H(车对家庭)、V2G(车对电网)功能的双向充电机,如图4-54所示。
②单相充电技术向三相充电技术发展。现阶段,许多电动汽车不支持高于6.6kW的交流充电功率水平,但交流连接器支持高达19kW(美国)、14kW(欧洲)的单相功率水平,以及高达52kW(美国)、44kW(欧洲)的三相功率水平。标准化充电功率与电动汽车交流充电功能之间还未完全匹配,因此,在现有充电标准内增加AC充电水平存在相当大的潜力。
