新能源电动汽车充电技术的发展方向分析

2022-11-16李梦

无线互联科技 2022年2期

关键词：换电电池组续航

李梦

(三亚学院理工学院,海南三亚 572022)

0 引言

新能源汽车经济实用、绿色环保的特点,使其成为家庭与企业买车、换车的第一选择。然而,充电效率问题也成为制约新能源汽车全面普及的关键因素。如何快速完成电池充电,保障驾驶延续性,是众多新能源汽车品牌的技术开发重点。

1 电动汽车发展的背景

随着环保法的发布,国家加大了环境污染、环境治理方面的管控力度。2015年,为了更好地鼓励新能源汽车市场快速发展,工业和信息化部、国家发改委、财政部和科技部联合下发《关于2016—2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》,国家及各省市均针对生产、购买新能源电动汽车提出了相关的优惠补贴政策[1]。

在环境治理发展趋势以及关于新能源汽车的政策补贴扶持下,新能源汽车得到了飞速发展。传统车企加大新能源汽车产品线研发力度,高科技企业跨界研发新能源、无人驾驶技术,随着电池技术、科学技术的不断成熟,新能源汽车市场进一步扩大。

2 电动汽车存在的主要问题

新能源电动汽车目前存在的最大问题是续航能力。续航能力成为用户选择电动汽车及燃油汽车的重要衡量指标。在现有的电池续航能力下,提升电动汽车行驶过程中的充电效率,是电动汽车全面普及的发展趋势。

3 新能源电动汽车充电技术

电动汽车驱动力来源于电力,集成的电池组为电机提供了有效的动力输出,带动了汽车运行。电池组的动力补充是通过外置充电器与电力供应设备(充电桩)连接,进而获得电力支持。目前主流的充电模式主要分为传导充电、无线充电及换电模式3类。

3.1 传导充电

所谓传导式充电,又称接触式充电或有线充电,通过导线将电能导入车内电池组充电。传导式充电分为交流充电和直流充电两种模式,其表现形式为“充电桩”(见图1)。

电动汽车充电时长取决于充电电流的大小,现有电动汽车品牌在购车时会随车赠送一根便携式移动充电线,常用于家庭用车居家220 V交流充电,充电电流一般为10 A或32 A,采用恒压、恒流的传统模式进行充电,充电时长较长,俗称慢充电。这种模式的优点是充电电流和功率都较低,对电动汽车电池寿命损耗和电网负荷冲击都较小;缺点是电动汽车充电时间较长,无法满足紧急电能补充需求。

为了弥补交流充电速率低的问题,市面上研发了许多快速充电的方式,通常为125~250 A的高电流直流充电模式,以比亚迪E6电动汽车为例,电池总容量为57 kWh,采用250 A高电流充电模式,2小时即可完成充电,效率大大提升。直流充电一般采用三相交流电输入,充电电流都很大,因此被称为快充。直流快充方式的优点是能够提高电动汽车充电效率,节约时间;缺点是会对动力电池组产生巨大电流冲击,缩短动力电池组的循环寿命,电池组成本相对较高。

3.2 无线充电

无线充电又称作感应充电、非接触式感应充电,利用交变电磁场的电磁感应(CT感应)实现能量的无线传输[2]。通过安装于地面的发射线圈与电动汽车接收线圈之间的交变磁场实现电能的传导,经过逆变器和控制单元完成对电动汽车电磁组充电。无线充电最大的特点是无须配置充电线,充电接口、充电硬件标准容易统一。但目前无线充电实施成本较高,需要“新基建”的配套实施,随着技术和资金的投入,未来可以在技术层面或基础设施层面实现无线充电停车场、无线充电高速停车区等,为用户带来即停即充的体验,将有利于电动汽车企业发展。

3.3 换电模式

除了传导充电、无线充电模式外,目前市面上最快速实现有效续航的充电方式,即采用更换电池组的方式,在蓄电池电量耗尽时,用充满电的电池组更换已经耗尽的电池组,实现快速“充电”。国内现有电动汽车品牌,如北汽、比亚迪、蔚来等车企均提供快速更换电池服务,更换下来的蓄电池,可以集中检测检修、充电,提升电池使用寿命,降低充电过程对电力系统的影响。电池更换技术给新能源电动汽车发展带来了积极意义,越来越多的换电服务站将进一步保障电动汽车的有效续航。但现阶段电池更换服务也存在较多问题,不同汽车厂商配置的电池种类、型号、尺寸均不统一,不同车企需要建设本企业汽车品牌换电服务,成本高且所需换电站空间较大[3]。另外,换电站布局不足也无法快速有效响应各位置车辆换电服务。