电动汽车充电技术介绍

1、电动汽车及充电技术介绍 目录1 电动汽车的发展现状电动汽车的发展现状2 电动汽车的类型电动汽车的类型 3 电动汽车的系统结构电动汽车的系统结构4 电动汽车的充电技术电动汽车的充电技术1 1 电动汽车的发展现状国外电动汽车发展概况美国（1）1976年7月，美国国会通过电动汽车和复合汽车的研究开发和样车试用法令，以立法、政府资助和财政补贴等手段加速发展电动汽车。（2）美国三大汽车公司在1991年签订协议，合作研究电动汽车车用先进电池，成立先进电池联合体，同年7月美国电力研究院参加了美国先进电池联合体。（3）通用公司1990年在洛杉矶展出“冲击”牌电动轿车，1994年生产50辆（4）预计到2012年

2、，美国联邦政府购车中一半是充电式混合动力汽车或纯电动汽车。到2015年，美国本土将有100万辆混合动力汽车投入使用日本从世界范围电动汽车产业化发展现状看，日本是最早开始发展电动汽车的国家之一（1）1991年通产省制动了“第3届电动汽车普及计划”，用于推动电动汽车的普及和应用。（2）1996年，日本通产省制定的电动汽车购买鼓励政策规定，电动汽车的购买者和租赁企业将获得相当于电动汽车与普通燃油汽车价格之差50%的补贴。（3）东京电力公司1988年联合日本电池公司共同开发“Iza”电动汽车，体现了当时最新技术水平。（4）目前，日本新能源汽车的研发重点是混合动力汽车。日本是国际上在混合动力汽车技术方面

3、最成熟的国家。欧洲欧洲历来重视节能和减排。所以发展电动汽车也是一种必然。（1）德国政府积极倡导电动汽车，早在1994年，德国技术研究部就对电动汽车人开发补助了1.5亿马克。（2）20世80年代初期，奔驰生产电动大客车。（3）2009年8月19日，德国政府颁布了国家电动汽车发展计划，目标是到2020年使德国拥有100万辆电动汽车。德国政府希望借助这项计划突破诸多技术和基础设施瓶颈，使德国超过日本人成为电动汽车市场的领军者。（4）英国是当今世界拥有较先进的电动汽车生产技术和电动汽车使用最广泛的国家，该国使用电动汽车的历史已有50年之久。英国新能源汽车研发推广的重点是氢燃料汽车，政府对轻生产、氢能燃

4、料汽车研制、燃料电池的研发进行直接投入。（1）十五”计划期间，中国科技部投入8.8亿元全面启动863电动汽车重大科技专项，制定了“三纵三横”的总体研发布局：以混合动力电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”，以多能源动力总成控制、驱动电机、动力蓄电池为“三横”，全面构筑电动汽车的技术平台。（2）清华大学和天津清源电动车辆有限公司研制纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家质检中心的型式认证试验。东风汽车公司与武汉理工大学等筹资创建东风电动车辆股份有限公司，开展混合动力汽车研发，其开发的EQ6100HEV混合动力客车于2003年11月8日在武汉开始示范运行工作，已累计运行14万多公里，载客15万人

5、次。2004年一汽集团和丰田汽车公司签署协议，计划引进其“Prius”混合动力汽车技术，建设“绿色”汽车生产基地。国内电动汽车发展情况2 2 电动汽车的类型1）纯电动汽车纯电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别（异）在于四大部件，驱动电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言，它由公用超快充电站。纯电动汽车之品质，价格取决于这四大部件，纯电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。2）混和式动力电动汽车指的是能从可消耗的燃料或可再充电能/能量这两类车载储存的能量中获得动力的汽车。混合式电动汽车根据动力系统结构形式可进一步分为以下三类：（1）串联式混合动力汽车（SHEV）：车辆的驱

6、动力只来源于电动机的混合动力(电动)汽车。（2）并联式混合动力汽车（PHEV）：车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力(电动)汽车。（3）混联式混合动力汽车（CHEV）：同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力(电动)汽车。3）燃料电池汽车作为动力电源的汽车。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高23倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。3 3 电动汽车的系统结构电动汽车的组成：电力驱动及控制系统，驱动力传动等机械系统，完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区

7、别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。1）电力驱动装置电动汽车以车载电源为动力，进行电力驱动。2）调速控制装置电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。3）其他装置比如传动装置，行驶装置，转向装置，制动装置，工作装置（工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。）从前面的介绍可知电动汽车的一个很重要的装置就是电力驱动装置，那么这个电力的来源就是通过充电从电网中获取能量。下面

8、具体来介绍一下电动汽车的充电技术。4 4 电动汽车的充电技术目前电动汽车充电形式多种多样，但总体上归纳可分为传导式充电、更换电池方式、移动充电方式以及现在比较热门的无线充电。传导式充电传导式充电一般分为交流传导式充电和直流传导式充电。（1）直流充电也可以称为快速充电或应急充电。其充电方式主要是通过地面充电装置(直流充电桩)将交流电网电能转化为直流电后通过充电连接器再对电动汽车进行充电。目的是在短时间内给电动汽车充人大量电能，主要针对长距离旅行或需要进行快速补充电能的情况进行充电，其典型的充电时间是1030rain。直流充电电压为400V或750V电流为125A或250A。由于充电功率较大，故这

9、种充电方式对电网负荷有较高要求。（2）交流充电是交流电进入车载充电机，经其转换后输出直流电，对动力电池进行充电的方式。所以交流充电一般需要在电动汽车上装配车载充电机(指安装在电动汽车上的将地面交流电网能量转换为直流电对动力电池进行充电的装置)。其常见的有两种形式：（i）一种是家用三孔插座充电；（ii）另一种是交流充电桩充电。 家用三孔插座充电一般功率较小，电流控制在16A以下;交流充电桩输人电流一般最大为32A(GBT 20234要求)，电压为220V。在车辆需要充电时，只需将充电连接器的插头插到交流充电桩或家中的交流电源插座上，即可进行充电，对电网负荷要求一般较低可由客户自己独立完成，典型的

10、充电时间为48h。(3）交直流充电技术优缺点的分析：目前对于车辆使用交流充电还是直流充电主要是考虑到对电网的冲击、设施建设、车辆安全性及电池寿命等方面。缺点：充电站的建设占用大量城市用地：涉及基础建设和电力增容，单个投资费用高且需专人维护；优点：能源转换一次性获得，电能损失小；交直流转换一次性，不存在中高频电磁辐射；设备技术含量低，维修方便；电功率的调节范围较宽，适合多种不同电压和电流等级的动力电池储能补给。为了使电动汽车更好地媲美常规燃油车辆整车厂往往在一辆电动汽车上同时装有交流充电接口和直流充电接口。无线充电技术无线充电技术无线充电技术源于无线电力输送技术，利用电磁波感应原理及相关交流感应

11、技术，在发送和接收端用相应的线圈发送和接收产生感应的交流信号来进行充电。无线充电技术实现主要有3种方式：（1）电磁感应(ICPT)（2）无线电波（3）电磁共振(ERPT)（1）电磁感应电磁感应通过初级线圈通以一定频率的交流电，变化电场从而产生变化的磁场，再通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，将能量从传输端转移到接收端。属于短程传输，由于电磁感应原理受供电端和受电端距离的约束，传输距离上限仅10cm左右但电磁感应传输功率大、能量转换率高(其效率一般为90以上能量能达到几百千瓦)。具体分析：电源侧发射端电源从电网获取电能后经过整流滤波获得直流电，进入逆变器中进行高频逆变，产生的高频交变电流在信

12、号控制电路的控制下经过一次侧补偿电路后注入原边绕组，在临近空间产生高频交变磁通；位于汽车底盘的副边绕组在靠近原边绕组空间通过感应耦合高频交变磁通获取感应电动势，同时在信号控制电路的控制下经过整流滤波以及功率调节，从而实现为车载电池提供电能。此系统本质上相当于变压器的疏松耦合系统，其一次侧、二次侧之间通过电磁感应实现电能传输，因气隙导致的耦合系数的降低可以由提高一次侧输入电源的频率加以补偿。（2）无线电波无线电波是将能量转化为微波(频率在300MHz300GHz之间的电磁波)。让微波经自由空间传送到目标位置，再由微波转化成直流电能。其基本原理类似于早期使用的矿石收音机。主要由电波发射装置和电波接

13、收装置组成。无线电波充电是利用2个发生谐振耦合的电路来捕捉随距离衰减的电磁场，即当发射电路发射无线电波(导体中电流强弱的改变会产生无线电波)，接收电路可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波(电波能携带能量并传递能量)，当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化产生谐振效应就会在接收电路中产生电流且在随负载做出调整的同时保持稳定的电压。无线电波传输适用于长距离，但传输功率非常小(目前仅为100mW)。（3）电磁共振由能量发送装置和能量接收装置组成。利用接收装置频率与发送装置频率相一致时发生的磁场耦合，形成共振，交换彼此的能量。其传输距离可以做到几米甚至几十米，但效率及功率会因距离增加而降低。具体

14、分析：电源侧发射端电源从电网获取电能后利用振荡器产生高频振荡电流，经过功率放大电路和阻抗匹配电路后，在发射线圈周围形成非辐射磁场，从而将电能转换为磁场；当位于电动汽车侧的接收线圈的固有频率与收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换；同时电流经过整流滤波进入限流/充电调节电路后就可为车载电池提供电能。（4）优缺点分析优点是：无线充电技术能够自动充电，无需其它操作：无电缆连接，无失窃之忧；易于部署，不占用大量空间，很好地解决各种用电设备及电动汽车在有线充电过程中的诸多不利环节。缺点是：目前无线充电技术还不很完善。其主要问题点是能源损失大、磁电感应转换的效率较低和大

15、功率无线充电技术的远距离传输和电磁对环境的辐射影响等因素还没有得到充分的解决。（5）无线充电现状分析产品成本过高，盈利方式少，行业标准缺失，安全性令人担忧，产品不成熟。更换电池充电更换电池充电除了即时给蓄电池充电外，还可以采用更换电池组的方式，即在蓄电池电量耗尽时，用充满电的电池组来更换已经耗尽的电池组。电动汽车用户把车停在一个服务站指定的区域，然后用更换电池组的机器将已经耗尽的蓄电池取下，更换上已经充满电的电池组。整个电池更换过程一般在10min内，时间很短，对于更换下的蓄电池，可以在服务站充电，也可以集中收集起来以后再充电。蓄电池归服务站(换电站)或电池厂商所有，电动汽车用户不必购买电池，只需通过租赁电池的方式就可完成对电动汽车的充电。优缺点分析1）成本高。这种电池更换系统的成本很高，需要昂贵的机械装置和大量的蓄电池。2）占用空间大。由于需要存放大量的未充电和已充电的蓄电池，需要很多的存放空间。3）不便管理。由于有未充电电池和已充电电池之分，需要对电池进行分别归类存放，这样就加大了管理难度。移动式充电技术移动式充电对电动汽车蓄电池而言，最理想的情况是汽车在路上巡航时充电，即所谓的移动式充电(MAC)。这样，电动汽车用户就没有必要去寻找充电站、停放车辆并花费时间去充电了。MAC系统埋设