新能源电动汽车充电技术研究核心思路分析

李明 胡荣博 徐聪

摘要：作为汽车发展新方向，新能源汽车的问世，对交通领域来说，无疑是一场剧烈的革新。作为新能源汽车的物质保障，充电设施的建设和运营模式尤为关键，决定着新能源汽车的续航和正常使用，新时期为推动新能源汽车有序发展，需落实充电设施建设，科学合理运营。本篇文章将基于新能源电动汽车的各方面优势，将从充电模式、充电设施的建设现状、充电原则以及充电的方式、充电设施运营现状等方面进行出发，简要的探讨新能源电动汽车的发展并深入探讨新能源电动汽车的充电技术以及研究核心思路。

关键词：新能源电动汽车;充电技术;研究思路

中图分类号：U472.4                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）12-0198-02

0  引言

在发电和充电技术支持下，新能源电动汽车应运而生，新能源电动汽车不仅具备传统汽车功能，同时也可以保证绿色的生态环境，新能源汽车只需借助电能，即可驱动汽车。相较于传统燃油汽车新能源汽车有很大的不同，其主要是由电力驱动以及控制系统所构成，以车载电源作为行车动力，具有无污染无噪音、能源效率高、结构简单易于维修等优势，因而，开展新能源电动汽车充电模式和设施建设研究势在必行。

1  电动汽车的必要性

任何行业的运转都离不开能源，能源是与我们息息相关的重要资源。最近数十年以来，我国的经济增速始终位居全球前列，社会的发展日新月异。而在这些令人振奋的现象背后，却是能源的大量消耗。为了保持社会的不断进步，今后对能源的需要只会越来越多，但众所周知，我们所依赖的传统化石能源并不是取之不竭的，亟需削弱对其的依赖性，向一些不会承担供应压力的能源结构方向转变。

除此之外，随着汽车保有量的不断攀升，所带来的问题已经不仅仅局限于交通拥堵，更严重的是对空气的污染。在环境问题越来越困扰我们的今天，从各方面落实节能减排已经被越来越多的人接受并贯彻，首当其冲的，便是出行的绿色化。随着电池技术的不断提高，电动汽车由于其在节能环保方面所特有的优势。首先，全部或部分采用电驱动使其与传统的燃油或燃气汽车相比已经具有了无可比拟的优势。其次，近年来，随着新能源汽车的大量推广以及使用，电力工作者也开发出了新能源汽车更多的使用方法，不仅将新能源电动汽车单纯的视为交通工具，同时也可以将其作为一种新型的储能设备，在电网的调峰、填谷等工作中发挥着不容忽视的作用。

2  新能源汽车目前的发展情况

2.1 国外电动汽车发展状况

到目前为止，美国的相关研究单位，已经在新能源汽车的领域出资了数百亿美元，进行核心技术的研发。同时，根据相关的资料进行整理，不难发现美国政府目前对于新能源电动汽车的重视，截至2019年底，美国可以进行使用的新能源电动车数量已经达到了一百四十六万台以上。除此以外，如欧盟、日韩等发达国家的新能源电动汽车的保有数量也位于国际的前列。这些国家对于新能源电动汽车的重视以及行业的迅速发展，主要的原因是其掌握了更加先进的核心技术，同时新能源汽车的充电桩技术的以及相关设施的跟进。

2.2 国外电动汽车发展状况

在国内，截至到2020年我国的新能源汽车产业规模和销售规模均大幅度扩大，达到世界领先的地位。电动汽车的市场销售额也在不断增长，如何给人们提供便捷、迅速的充放电服务就变成了摆在我们面前的一个新问题。根据汽车工业协会统计的资料，在网上购买一辆电动汽车时，有接近于两成客户可能会考虑到充电系统基础设施的相关配置问题，同样的这个问题在整体的购物评价之中排名第三。在锂离子电池的作用、单次充电运转和行驶里程在短期內无法得到显著改善的实际条件下，充电装置作为纯净化电动汽车的主要标配，将直接影响新能源电动汽车的普及。

3  新能源电动汽车充电模式

从新能源汽车行驶的驱动力来看，主要为蓄电池储能，与传统汽车相比，新能源汽车在续航里程方面处于弱势，因而，选择科学合理的电能供应方案尤为关键。可行的充电方式较多，以下将着重对快速充电、直流充电、交直流充电以及电池更换供电这四种方式进行主要介绍。

3.1 快速充电

快速充电的能量供应模式主要是依赖于公共充电的设施而完成，公共充电的设施具体又分为分体式以及一体式两种充电机。在一般的情况下，公共充电设施在城市市区、公路等区域较为常见，利用现行充电技术，可在2小时左右即可完成充电。该种充电模式的速度快、技术成熟、对接口标准要求也不高，但功率大、电池易出现散热现象、对配电网要求较为严苛。

3.2 直流充电桩

直流充电桩的主要特点是可以对较为大型的电动汽车进行迅速的充电，但是引起特点一般的直流充电桩的电流功率较大，在使用的过程之中无法避免的会面对直流充电桩对点官网的损坏，因此，在设立直流充电桩之后，需要对与其连接的电网进行定时的日常检查与维护，避免因为充电桩所导致的对电网的损坏。

直流充电桩的主要充电方式可以分为常规充电以及快速充电两种充电方式。常规的充电方式充电时长在五小时左右，而快速充电方式的时长可以缩短到一个小时之内。但是常规充电与快速充电方式各有其特点，具体可以根据实际的使用需求进行斟酌，例如，常规充电虽然时间较长，但是可以更好的保护电池，有效的延长其使用寿命;而快速充电优点是时间短，但是对于电池有着一定的损害，较为适合紧急应急时的使用。

3.3 交直流一体充电桩

交直流一体充电桩可以有效的将其交流与直流充电两种功能相互结合起来作为一个整体，以达到根据使用者的具体需求进行选择，可以进行快速充电方式或者是慢速充电的方式，这两种防止各有特点，用户可以根据自身的实际需要进行适当的选择。尽量降低其在充电后的整个工作环境中给电池所带来的损坏。充电过程中可以使用定时、定量以及智能三种工作的模式。并且为了提高充电桩正常运行的安全性与其可靠度，还必须设置漏电、短路及过流等防护功能，这也使得交直流整体充电桩需要变得更加智能。

3.4 电池更换充电

通过更换汽车动力电池，可在短时间内完成补充电能的目标，提升续航里程。虽然电磁更换有利于延长电池的使用寿命，但是同样需要考虑电池的安装、拆卸等环节，并且其智能化水平不尽人意，维护和投资成本也相对而言比较高。

4  电动汽车充电桩软件系统的设计思路

4.1 主控模块

主控模块可以按照客户的具体需求进行量身的设计，在客户做出选择之后，可以将所选择的相关信息传输到相关的模块，进行智能化、自动化的充电。同时，主控模块可以在日常的使用过程之中，针对客户的使用习惯，对使用的数据进行整理、筛选最终达到智能化、便捷化的效果。

4.2 安全模块

安全模块的主要功能是由现有数据安全加密管理模块、管理模块、密钥安全管理控制系统、数据安全管理模块等部分共同构成。数据的加密存储模块可以根据客户的具体需求，进行各项信息的加密传输。读卡器可以通过利用各种数据加密技术，将自动充电桩的线路数据与系统用户的交互进行加密，从而更加有效地保证了传输数据的安全性。密钥安全管理控制系统还可以为保护用户安全提供更安全发加密管理算法及密钥生成的机制。同时也可以向每个用户提供身份信息并对其进行身份的辨认。

5  新能源汽车的充电设施建设以及运营模式

5.1 充电设施原则和建设的方式

从设施建设原则来看，主要分四点：一为发挥示范作用，充电设施应布置在人流量大的区域，增进人们对新能源电动汽车的认识。二为构建充电服务网点，合理布局，从汽车性能和使用情况出发，建设充电站，为汽车提供能源保障。三为秉持多样化发展观念，有机结合充电桩和充电站两种方式。四为基于区域电力负荷情况，综合考虑配网运行特点和容量，优化充电设施布局。

从充电桩的设施建设具体的方式来看可以将充电设施分为三种主要的规模，即充电桩、充电站以及充电塔。

充电桩主要建设于居民区，公共场所和事业单位，自用为主。充电桩管理维护困难，空置率较高;充电站主要为公用，专用为辅，可供汽车集中充电，一般来说，充电站会配备大功率快充设备，以缩短充电时间，但在充电站建设中，场地紧张，布局难，只能退而求其次，建设在偏远等地区，因而闲置率较高;充电塔主要以分层方式，现阶段，充电塔的建设主要分塔楼结构和机械式立体车库与充电设备结合两种方式，前者采用敞开式布局，人工进行充电操作，但占地面积大、工程造价高。后者采用半封闭式布置，一桩一充，可自动、手动、点动操作、占地小、安全，显著缩短停车时间，适宜建设于中心城区，但充电功能尚待完善。

5.2 充电设施运营模式

以充电桩为例，分别从国际和国内两方面角度出发，分析运营模式。

从目前的国际上来看，充电桩经营管理模式大致可以划分为三种。一为由地方政府牵头运作的商务模式，政府负责大部分投资，汽车厂商负责提供设备和电力，二者协同运作，此种模式在新能源汽车发展初期较为常见，可在短期内扶持新能源汽车行业发展，但不利于行业创新，且在后续发展中，充电桩数量必然会大规模增长，在此种背景下，政府的投资能力也会受限。二为以电网企业为主导的经营模式，电网企业以自己的充电基础设施作为主要产品，进行研制和运营，强调了充电桩的商业化和应用性，此种模式特别适用于电网企业运行规模较大的情况，成品回报理想。但投资规模不尽人意。三为建立汽车配件厂商以自己的为主导的企业运营管理模式，汽车配件厂商可在结合自身产品基础上，推行相应的充电设施。

从目前国内的运行模式來看，当前的充电桩的运营方式主要为汽车厂商与电网企业联合运营的运营模式，从这种运营方案的可行性来看，初期阶段成本巨大，汽车厂商需要建设数量较多的充电桩，需占用大量土地，联合电网企业后，市场风险会减小，资源配置也能优化。从电网企业和汽车厂商的职责内容来看，电网企业需制定充电制度，总体负责充电桩设备，全面构建充电桩建设标准，优化充电网络布局、核实运营成本，协调充电桩运行问题、指导、监督、考核、评价充电桩运维工作。而从汽车厂商的角度来看，汽车厂商主要负责如下内容：要推动大众安装应用充电桩，提供安全、质优的服务项目，优化充电桩使用效率，推动新颖技术创新。

6  结语

综上所述，在现代能源紧缺的情况下，新能源电动汽车的高速发展在这种情况下是必然的情况，新能源电动汽车的推动不仅有利于构建我国绿色生态环境，同时也可以减少不可再生资源的浪费。同样想要加速对新能源汽车的研究与推广，就必须要对新能源汽车的充电桩进行大力的推广，避免出现无处充电现象的发生，达成双方共赢的局面，实现我国新能源汽车推进的最终目的。

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