浅析电动汽车车载充电装置发展趋势

孙志飞，唐德钱，湛翔



浅析电动汽车车载充电装置发展趋势

孙志飞，唐德钱，湛翔

（重庆长安新能源汽车科技有限公司，重庆 401120）

随着国家对新能源、环保和空气质量的日益重视，新能源汽车将成为未来汽车发展的一大趋势。车载充电装置是给电动汽车补给电能的常用方式，为了延长电动汽车的行驶里程，在电池能量有限的条件下，研发和生产具有高效、可靠、使用方便、体积小、质量轻及价格适宜等优点的充电机，以便及时为各类电动汽车的电池组补充电能，不仅十分必要，而且也有助于电动汽车的推广应用。文章以提高用户体验为前提分析了电动汽车车载充电装置未来的集成化、大功率化和无线化的发展趋势。

车载充电装置；集成化；大功率充电技术

前言

随着国家对新能源、环保和空气质量的日益重视，电动汽车发展迅速，更新换代较快，各大厂商越来越重视用户体验，提升用户体验度必将成为未来技术发展的方向。目前，纯电动汽车的发展主要面临着电池续驶里程太短和充电时间过长等技术难题，这也是纯电动汽车与传统燃油汽车相比差距最明显的方面。电动汽车的充电过程需要应用到多个领域的技术和装置，如输入电能的供给方式、输入-输出之间的电能变换方式、电能的传输方式及充电装置与电动汽车的连接方式等[1]。总体上可分为车载充电装置和非车载充电装置，而车载充电技术目前已成为许多企业的研究重点。

车载充电装置主要作用是把来自电网的交流输入电能变换成稳定、可控的直流输出，并按一定的充电模式给动力电池组充电。车载充电技术的研究领域主要包括充电装置、充电控制以及充电方式。未来电动汽车充电装置会向集成化、大功率化、无线化方向发展。

1 集成化

目前市场上大部分的电动汽车车载充电机和车载DC/ DC是两套独立系统，每一套系统都有独立的电子零部件和散热外壳，成本高同时占用车辆总布置空间，不利于车辆轻量化和成本控制，如果把车载充电机和车载DC/DC 集成到一起，共用一套散热系统，可以有效减轻部分重量。基于从电动汽车充电时不能行驶，行驶时不能充电的特点考虑，集成化的OBC和DC/DC原理如图所示。

图1 集成化OBC与DCDC原理示意图

从图1中可以看出，OBC与DC/DC公用一个变压器，采用控制集成设计，实现OBC输出与DCDC输入驱动功率器件100%复用；采用功率变换集成设计，实现OBC、DCDC功率模块共用一个变压器。当充电机处于充电状态时，交流电经过变换成高压后一部分用于给电池充电，另外一部分能量变换成低压用于低压系统供电。某款电动汽车的3.3kW充电装置和1.2kW DC/DC变换装置独立和集成版本的对比如下表所示，从表中明显看出使用集成化的充电装置相对于原来独立式充电装置重量减轻近三分之一，节省1台DCDC变换器的空间，价格节省近三分之一。

2 大功率充电技术

2018年2月13日，财政部、工信部、科技部、发改委四部委联合发布《关于调整完善新能源汽车应用财政补贴政策的通知》，对于乘用车的具体补贴政策如下表所示。

表1 2018年纯电动汽车补贴政策

由表1可以看出，国家对新能源汽车发展的支持，对于高续航里程（大于300公里）的车型，补贴力度更大，体现了在整体补贴标准下行的基础上，对产品升级给予了很大的支持和促进，从另外一方面也体现了用户对续航里程的迫切需求。

提升续航里程的主要方式为提升电池的容量和降低百公里耗电量。目前电池技术发展缓慢，能量密度一直没有取得突破，所以目前国内厂商最简单的的做法就是增加电池组的数量，如表2所示。

表2 北汽绅宝EV的续航里程与电池关系

国内的交流充电桩主要为单相交流电供电，依据GB 20234.2-2015电流为10A/16A/32A三个电流等级，其中10A为模式2充电电流，16A和32A为交流充电桩充电电流[2]。如表3所示在2018年上市的几款高巡航里程的纯电动汽车的电池容量已经超过60kWh，如果使用6.6kW充电桩对电动汽车进行充电，不能实现一晚上充满电的需求，会严重影响用户体验，增大车载充电机的功率已经成为必然趋势。

表3 高续航里程电动车电池参数

3 无线充电技术

现阶段电动汽车的充电方式全部是接触式充电（无论是充电模式还是换电模式），非接触式的无线充电技术尚处于起步阶段。然而，从便利性来看，非接触式无线充电技术更适用。电动汽车用的非接触式无线充电技术有3大类，分别为电磁感应式、微波式和电磁共振式，这三种方式使用的频率范围、输出功率、传输距离和充电效率等各不相同。由于电动汽车二次电池的能量密度远不及汽油，必须经常进行充电作业，且每次充满电都需要数小时。而利用无线充电技术可以省却繁琐的充电作业，甚至可以在汽车行驶中自动进行充电，实现智能化和人性化，同时解决了接触式充电在安全和维护方面的问题。

以传导式充电方式对整车或更换下来的电池进行充电时，所需时间一般较长，而且由于传导式充电需要通过电缆连接实现，因此还需存在操作上的不变及在雨雪等天气条件下作业时的安全性问题等不足。目前，世界各国研究机构仍在不断深入研究电动汽车动态无线供电技术，并且不断推进相关理论和技术研究的发展，虽然其中依旧存在一定的关键技术需要研究以保证系统的安全、可靠、稳定、高效运行，但是现在的这些技术瓶颈会随着技术的发展终将会被突破的[3]。

非接触式充电主要采用无线电能传输技术，利用电磁场或电磁波进行能量传递。现阶段与传导式充电的区别如表4所示。

表4 无线充电和传导式充电区别

前文提到了大功率充电发展方向，如果从传导式充电设备着手的化，会出现充电设施的更换问题，是一种浪费。未来10年，中国分布式可再生能源将会成为发电主体能源，因为光伏价格在持续下降，估计5-10年后会低于煤电。所以，充电智能化将会引发能源革命。面向未来的是新能源智能化电动汽车，电动汽车+驾驶智能化+充电智能化是未来趋势。

未来充电发展愿景是以电池储能V2G微电网为主，就是车电互动，以分布式可再生能源与电动汽车微电网协同平抑快充负荷。可以通过交流慢充解决电动车快充功率峰值与可再生能源间歇峰值协调互动问题，达成平衡稳定的电网。

4 总结

电动汽车续航里程的提高对车载充电装置提出了更高要求，本文在集成化、大功率化和无线化三个方面分析了电动汽车车载充电装置未来发展的方向和趋势。电动汽车普及的同时，电动汽车的充电技术也受到了越来越多的关注，各种充电方式面临的难关将逐步得到攻克，可以预测将来数年内电动汽车不仅是交通工具也会成为智能电网的一个重要节点，电动汽车的充电技术也会越来越智能化、人性化。

[1] 姜久春.电动汽车充电技术及系统[M].北京:北京交通大学,2017.2.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.电动汽车传导充电用连接装置第1部分:通用要求[S].北京:中国标准出版社.

[3] 陈全世.先进电动汽车技术[M].北京:化学工业出版社,2017.9.

A brief analysis of the development trend of EV OBC

Sun Zhifei, Tang Deqian, Zhan Xiang

( Chongqing Changan New Energy Vehicles Technology C O., Ltd., Chongqing 401120 )

With the increasing emphasis on new energy, environmental protection and air quality by our country, new energy will become a major trend of the vehicles in the future. On-board charger is a common method for electric vehicles charging. In order to extend the mileage of electric vehicles and under the condition of power limited, it’s not only necessary but also helpful for popularization and application to develop and produce chargers with the advantages of high efficiency, reliability, convenient, small, light and inexpensive, which are also suitable for various power batteries in electric vehicles. Based on the user experiences, this paper analyzes the developing trend of integrated, high-power and wireless on-board charger in the future.

On-board Charger; Integration; High-power charging technology

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1671-7988(2018)18-21-03

U469.7

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CLC NO.: U469.7

孙志飞，就职于重庆长安新能源汽车科技有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.008