电动汽车供电技术的研究及发展

顾笑僮

（南京市航空航天大学，江苏 南京 210000）

0 引 言

在资源愈加紧缺的时代，节能减排是保证国家各行业可持续发展的必需举措。电动汽车作为新能源汽车不仅可以节约能源，而且能够减少对环境的污染。因此，越来越多的人开始选用电动汽车来代替传统汽车。但是仍存在部分人拒绝购买纯电动汽车，其主要原因是担心纯电动汽车在驾驶途中没电。本文对电动汽车的供电技术进行了详尽地分析，使消费者对电动汽车增加信心。

1 电动汽车的供电技术

传导充电、无线充电及换电是电动汽车的主要供电技术。其中，传导充电的应用原理是电传导原理，即用电缆将电动汽车和充电设施连接起来，然后对电动汽车进行充电。电动汽车在应用无线充电技术进行充电的过程中不需要借助电缆，该技术是一项非接触式的供电方式。换电则是用满电的电池更换耗尽电量的旧电池来保障电动汽车的正常行驶。由于传导充电和换电技术在应用中涉及的原理都较为简单，所以本文将主要针对无线充电的技术进行介绍。现阶段，无线充电技术在世界上被分成两个阵营，第一个阵营在无线充电方面应用的技术是传统的电磁感应技术，另一阵营使用的技术较为多样，包含了射频输电、光输电、微波传输及强共振磁耦合技术。电磁感应技术在使用的过程中容易对车辆中的电子设备造成一定的干扰，容易影响车辆的整体可靠性，所以该技术在电动汽车领域中不能得到有效的推广应用。射频技术在传输电能功率方面因自身的技术原因会有一定的限制；光输电在应用的过程中容易因物理原因而被限制。因此，可在电动汽车供电方面应用的技术主要是微波传输技术和强耦合磁共振技术。

2 电动汽车供电技术的应用现状

2.1 电动汽车供电技术在国外的应用现状

传导充电在国际上仍未形成较为统一的标准，各国在引用传导充电技术时执行的标准有所差异。这也使得各国生产的电动汽车在国外使用时会受到严重的阻碍，不利于电动汽车的市场流通。传统的传导充电技术虽然在操作实行方面较为简便易行，但是该技术在充电方面还存在一些缺陷。例如，充电需要等待较长的时间，如果采用快速充电的方式容易缩短电池的寿命。电池有一定的寿命限制，使用一定年限后需要对其进行更换，以保证电动汽车的正常使用。美国的Better Place公司率先研发出电池自动更换系统，一个电池耗光电量后，另一个电池可以及时与其更换，使汽车继续正常使用；所更换下来的电池会被自动送至电池储存库中，电池可以在此重新充电等待与另一个电池进行更换。目前，换电站Better Place已经在美国、欧洲、澳大利亚及中国等地区得以普及，为驾驶电动汽车的人员提供自动换电池的服务。

2.2 国内应用电动汽车供电技术的现状

我国对传导供电中的相关内容制定了一套较为完善的标准体系，并进行了一定创新。七端子交流充电接口的控制导引电路的功能与原有的控制导引电路相比，对电动汽车实现的控制更加精准、全面，且能够更加全面地保护电动汽车。我国的九端子直流充电接口在对接地端子进行保护时会先与其他端子进行连接然后再断开。此外，九端子直流充电还能够在充电逻辑方面对电动汽车和充电的设备进行有效地控制，以保证人们在插拔充电接口的过程中能够自动地对负载进行切断，保证使用者的人身安全。我国在电池更换方面也有了一定的突破。经过试点测试后，我国已经在多个地区投放了电池更换点，并设置了一定的电池充电点。我国各企业在生产电动汽车时需要按照固定的电池型号来生产电动汽车中的电池，以保证电动汽车在电池更换点能够及时地补充电能。同时，这也带动了电动汽车“裸车”的售卖。

3 电动汽车供电技术中存在问题及发展趋势

目前，电动车供电技术主要存在如下5个方面的问题。（1）供电设施的安全保障措施有所欠缺，主要在充电设备结构化、安充电设备发生故障时及充电设备运行过程中的全保护措施不完善。（2）设计、制造及安装环节有所欠缺，主要表现为主控模块死机、BMS缺少主控模块异常保护机制、充电设备缺少主动保护机制及监控系统缺少相应的判断报警机制。（3）部分产品质量存在问题。例如，BMS发出充电停止指令，充电机不能立即停止，造成过充。充电桩材料、密封工艺达不到要求，造成充电枪拉弧、着火，甚至爆炸。（4）收费计量无检测制度。没有对收费平台进行定期标定和检测。目前运营的公共充电站、充电桩以及用户家里的私人充电桩，其计费准确度都无从查考。

目前，我国供电技术的主要发展趋势具体如下。传导导电和换电是应用较为成熟的电动汽车供电技术，无线供电还处于过渡实验的阶段。目前，我国针对传导导电出台了一些相关的标准来对该技术相关的应用进行有效地规范。我国对充电设备供应资源的商家较多，为能够有效设置充电、换电供给电能点，需要对城市进行详细地规划，以有效发挥充电设施的作用。通过调查发现，可以同时用作常规充电和快速充电且形状为柜式或柱形的充电机能够使用的范围较广，但是需要在建设初期投入较多的资金，所以这类充电机比较应用于各类大型的充电场[1]。墙体充电插座是较为常规的一种充电方式，在建设墙体充电插座充电点时所需要投资的经费并不高，但是该技术为电动汽车提供的电功率有限制，所以这项技术仅适用于家庭的独立停车库中或者是校区的停车位充电处中。电池更换技术的普及带动了相关工作的共同发展，如租赁电池的业务、电池的充电业务及对电池进行维修、保养等一系列后续服务的业务。这些业务的出现使得市面上出现电池租赁公司。这类公司需要熟练解决各项问题，并为消费者提供较为完善妥当的服务。开展这些业务可以有效提高电池性能和废旧电池的回收利用率，同时还能够使快速充电对电池带来的损害及时得到消除。此外，电池租赁公司可以在晚上对回收的电池进行充电，因为电网夜间低谷期的电价较为便宜，能够对电网进行调峰，进而平衡电网的用电压力。电池更换虽然有很多优点，但是目前电池更换在我国仍旧没有得到较为广泛的应用，使用电池更换的车辆仅仅是某些特定的品牌。造成这种现象的主要原因是我国还没有对电池的生产规格标准进行统一，而且没有落实模块化的建设任务。此外，每种电动汽车安放电池的位置也有所差异。传导充电和换电这两种为电动汽车补充电能的方式均需要汽车停车才能够开展相关的工作，对时间和空间造成一定的占用和浪费。无线供电技术则有效地解决了这方面的问题。无线供电技术的发展可以让不停车充电成为充电的主流方式，并帮助相关人员有效节约时间。磁耦合共振无线供电技术和微波供电技术均是经过无数实验验证后能够有效施行的无线充电技术[2]。目前，已经有一些公司研发出以磁耦合共振技术为基础的汽车无线充电系统，并在实际应用中得到了良好的反馈，而微波供电技术也有了一定的突破，尤其是在输送电能的效率方面。因此，在电动汽车供电方面普及无线充电的技术指日可待。该技术一旦成熟并得到有效应用一定能够增加人们购买电动汽车的信心。

4 结 论

近年来，随着电动汽车的不断发展，包括射频输电、光输电、微波传输及强共振磁耦合技术在内的电动汽车供电技术也得到了极大的改进。为有效发展电动汽车，首先要重视相应供电技术的研发工作。目前，世界上应用最广、使用频率最高的供电方式仍是传导供电。充电时间是相关人员需要重点克服的问题，目前可以采用换电的方式来缩短补充电能的时间，但是电池技术一旦能够突破充电时间的限制，换电技术就会被淘汰。相关人员一定要加大研发力度，尽快研发出无线充电快速充电的方法。