电动汽车充电技术探讨

电动汽车充电技术探讨

武汉电动汽车示范运营有限公司赵红荣熊建斌

摘要：电动汽车充电分为常规充电模式、快速充电模式和更换电池组三种模式,在不同的运行模式下选着相应的充电模式。充电机对蓄电池充电应具有充电快速化、充电通用化、充电智能化、电能转换高效化、充电集成化等要求。

关键词：电动汽车充电;充电模式;充电技术；绿色充电站

引言：目前我国电动汽车研究已取得阶段性成果,电动汽车是一种非常理想的中速和短途的日常公共交通工具，电动汽车的应用有效地解决了能源和环境两大难题,因此，在我国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。根据欧美和日本等先进国家的经验,在进行电动汽车的开发和制造的同时，必须研究开发电动汽车与之相适应的公共充电站和进行电动汽车示范工程建设，为电动汽车的推广使用积累经验。为了作好这项工作，就必须进行电动汽车充电机（站)及其充电管理系统的研究与开发。

随着电动汽车研究的深入,对于电动汽车用电池充电机(站）有了一定的需求，在电动汽车大范围推广应用后，存在着对电池包中电池模块充电的技术要求,因为很大程度上影响电动汽车的运行质量是电池使用寿命过低、电池容量充不足等诸多问题造成，而这些问题与使用中电池安装配置和充电方法的选择即电池组与充电机的匹配、电池包中电池模块间性能一致性差异太大、运行和充电过程中电池的管理都有密切关系，故电动汽车蓄电池充电机（站）就必须达到一定的标准、规模和技术管理，而且同时还要考虑到充电机(站)对电网的影响,所以研究大规模电动汽车充电技术就具有极其重要意义。本文着重探讨电动汽车充电方式的选择。

一、电动车的充电模式的比较

不同种类的动力电池具有不同的充电属性，充电方式必须与电池的充放电曲线进行匹配,最佳充电属性在0．1C~0．３C之间变化。电池系统额定电压相同的情况下,最高充电电压由于电池种类、结构形式上的区别也体现出一定的差别。对于不同种类的电池,充电方式及电控制和管理策略也不同,因此应根据电池的特性来确定不同的充电方法。

由于电动汽车动力电池组的技术和使用特性的不同,电动汽车的充电模式存在一定的差别。通常有常规充电、快速充电和更换电池组三种充电模式。

（1)常规充电模式

常规充电是指采用小电流（0.1C～０．3C)在较长的时间内对蓄电池进行慢速充电,这种充电又叫普通充电。常规蓄电池均采用小电流的恒压恒流三段式充电，一般充电时间为１0～12小时,最长可达１5小时。

●常规充电的优点:

1)充电器和安装成本较低,便于实现车载;

２）可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本，保证充电时段电压相对稳定；

3）充电设施体积小可携带,便于车辆在停车场以外的地方充电。

●常规充电的缺点:

充电时间过长，难以满足车辆紧急运行的需求。

●常规充电的适用性：

1）设计电动汽车的续驶里程尽可能大，能满足车辆运营一天的需要，仅仅利用晚间停运时间充电;

2）由于常规充电以常规的电流为蓄电池充电，因此在家里、停车场和公共汽车站都可以进行充电;

3）常规充电站的规模一般较大,以便能够同时为多辆电动汽车进行充电。

(2)快速充电模式

常规充电的充电方法一般时间较长，给实际车辆使用带来许多不便。快速充电模式的出现，为电动汽车的商业化提供了技术支持。快速充电又称应急充电，是指以较大的电流（一般用1 C~３C）在３０min至２h的短时间内,为电动汽车进行充电的一种模式。

●快速充电的优点：

1）充电时间短,场地周换快;

2）充电站场不需要大面积的停车场。

●快速充电的缺点:

1）充电效率较低,安装成本和工作成本较高；

2）充电电流大,对充电的技术和方法要求高,对电池的寿命有负面影响；

3）充电电流大易造成电池异常,存在安全隐患。

●快速充电的适用性：

1）电动车的续驶里程适中,在车辆运行的间隙进行快速补充，满足车辆安全运营需要;

2）大电流快充使充电时间大为缩短，为后续的均衡充留出足够的时间；

3）由于相应的大电流需求会对公用电网产生有害的影响，因而快速充电模式只适用于专用的充电站。

(3）更换电池组

即电池组快速更换系统。通过直接更换电动汽车的电池组来达到充电的目的。由于电池组重量较大，更换电池的专业化要求较强,需配备专业人员并借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护。

●更换电池的优点:

1）提高了车辆的使用效率,方便用户的使用；

2）更换下来的蓄电池可以在低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行的经济性;

3）解决了充电时间长、蓄存电荷量少、电池质量差、续驶里程短等难题；

4）便于电池组的维护、管理,提高了电池的使用寿命；

5）有利于废旧电池的回收和再利用。

●更换电池的缺点:

对于电池与电动汽车的标准化、电动汽车的设计改进、充电站的建设和管理以及电池的流通管理等有严格的要求。

●更换电池的适用性:

1）车辆电池组设计标准化,易更换；

2）车辆运营中需要及时的更换电池,充电站可以对电池和车辆实现专业化、快速化的分离；

由于电池组快速更换专业化要求高，因而电池组快速更换模式只适用于标准的充电站。

二、充电模式的选择

很显然,以上三种充电模式有各自的特点和适用范围。我们根据常规纯电动汽车的运营特点以及使用的常规电池(铅酸）的特性,我们通常采取两种充电模式:即常规充电和补充充电。必要时可采取更换电池充电(锂离子、镍氢电池等）。

(1）常规充电

在夜间对电动汽车进行集中充电,充电时间为8-10小时。经过常规充电的纯电动车辆电池电量基本能满足一天的运行要求。充电站一般建立在专用场地区域内,一方面，便于管理的规范化，有利于充电站的安全;另一方面，运营线路的始发站和终点站建在人员比较密集的区域，可利用早上和晚上上下班的高峰时间，有利于提高高峰时间的载客率。

（2）补充充电

利用电动汽车在起点站、终点站和途中重要的人流集散地待客的时间进行短时间充电。由于大电流快速充电方式对铅酸电池的寿命有很大影响，因此补充充电采用的仍然的常规充电,只是充电时间是利用待客的间隙而已。充电机一般摆放在重要运营站点的停车场，补充充电时只要把充电机插头插到电动汽车电池组上即可，当客人基本坐满后，不管电池是否充满，直接拔掉充电插头即可正常运营。

（３)更换电池

电池单体在制造过程中存在的原材料、生产工艺、装配、加液等工序存在一定的差异，使得电池模块内部的不一致性,对电池组的充电效率、性能和寿命有很大的影响,特别是铅酸