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純電動汽車充電技術文獻綜述
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- 純電動汽車充電技術文獻綜述純電動汽車充電技術現狀
摘 要： 純電動汽車的充電時間相較于傳統的汽油車成為了限制其全面推廣的痛點。因此，針對純電動汽車充電站和充電方式的研究一直是行業內的研發熱點。純電動汽車的充電模式主要有整車充電模式（包括交流慢充和直流快充）、快速更換模式和無線充電模式。
關鍵詞：慢充；快充；快速更換；無線
1引言
在純電動汽車充電技術中的研發主流為直流快充技術，這也與用戶對縮短充電時間的需求相適應，此外，無線充電技術的占比也較可觀，雖然目前鮮有實際應用， 但由于其充電形式的便利性使其成為了研發熱點，而快速更換技術雖然在純電動公交車領域已有較為成熟的應用，但其應用量相對較低，這也與其對整車和換電裝置研發難度較大以及投資較高的因素有關。
2國內外現狀
首先，國外在這方面的研究相對于來說較早，其中感應式充電在國外得到了很大的發展，日本、美國、德國等多個國家都研發出了感應式充電的實驗室產品，即使在技術方面存在著一些不足，比如效率較低、傳輸的距離較短等，但這種形式的充電較簡單、所用材料較少、不會發生觸電的現象等優勢，因此這種方法將會成為未來主要的發展趨勢。而我國在這方面的研究時間就相對較短，但不得不說發展還是比較快的，目前也已經取得了較高的成果。到目前為止我國已將這種關鍵的技術和系統的集成列在“863”計劃中，在國家的鼓勵下我國將電動汽車的發展形成了“三縱三橫發展的路線形式。目前我國大多數的大學和企業都對電動汽車的充電技術完成了一系列的研究，因此快速充電技術的發展的相對較快，且在充電的用時和對電池使用時間的影響方面都有了很大的改善。如今我國對充電機的研究大多集中在選擇和控制的方法方面的完善和效率的提高等。但是現在我國所使用的車載充電機，其技術手段還不夠成熟，在充電方面還有著一些不足，例如具有在充電的用時上較長、效率較低和對電池的損害太大等缺點，所以研究出一種快速的充電方面的技術是非常有研究意義的。
3交流慢充
交流慢充技術的主要應用公司依次為豐田、比亞迪、寶馬、國家電網、現代、北汽新能源， 其中，豐田、寶馬，現代的主要研發領域為整車，國家電網主要涉及充電樁，北汽新能源主要涉及整車和充電樁，比亞迪主要涉及整車和電池。交流慢充技術主要涉及交 - 直流變換器、充電方法及充電樁系統。
（1） 充電樁系統
一種電動車智能交流充電樁及其充電方法，所述充電樁包括中央控制模塊，以及與中央控制模塊通過信號線相連接的GPS定位信號收發模塊，人機交互模塊，計量模塊，電器模塊和通信模塊，所述計量模塊的輸入端進一步與保護模塊相連，電網輸入的交流電壓依次經過保護模塊。計量模塊到達電器模塊，所述電器模塊包括電源轉換單元，電池檢測單元，電流感應單元，對接感應單元和充電接頭。
（2） 充電方法
一種設備，包括：可在充電電池組，其安裝在電動車輛中的，該可在充電電池組耦合到電源，電源可操作用來提供對電池組執行充電操作的電壓，加熱元件，其用于加熱將要流動通過可在充電電池組的液體。比較器電路，其用于可將在充電電池組的電池電壓與線路源電壓進行比較。該比較器電路可操作用來將電池電壓與線路源電壓進行比較。并且當電池電壓小于線路電壓偏移值時提供輸出信號，以及控制電路。其被耦合用來接收比較器的輸出信號，并將線路源電壓耦合到電壓，并且如果比較器沒有正在提供輸出信號，則旁路加熱元件。
（3） 交直流變換器
再通過連接器部的連接與商用電源電連接時，無源地生成低壓電力的低壓生成部。繞組變壓器一規定的變壓比對輸入到一側的商用電源進行變壓，不需要任何來自外部的控制信號而進行此變壓動作，從繞組變壓器的二次側輸入的降壓后的交流電被二極管部整流，生成低壓電力。二極管部生成的低壓電力，通過低壓直流輔助線，被供給到電池及控制裝置。
4直流快充
直流快充技術的主要應用公司與交流慢充技術較一致，但應用量占比有所變化，依次為比亞迪、豐田、寶馬、北汽新能源、國家電網、現代，可以看出各公司的研發側重點有所不同。直流快充技術主要涉及直流充電機和充電方法。
（1）直流電動汽車充電樁，俗稱就是“快充”，它是固定安裝在電動汽車外，與交流電網連接，可以為非車載電動汽車動力電池提供直流電源的供電裝置。直流充電樁的輸入電壓采用三相四線AC380V±15%頻率50Hz輸出為可調直流電直接為電動汽車的動力電池充電。由于直流充電樁采用三相四線制供電，可以提供足夠的功率，輸出的電壓和電流調整范圍大，可以實現快充的要求。
（2）工作原理：直流充電樁工作原理：三相380V交流電經過EMC等防雷濾波模塊后進入到相四線制電表中，三相四線制電表監控整個充電機工作時的實際充電電量。且根據實際充電電流及充電電壓的大小，充電機往往需要并聯使用，因此就要求充電機擁有能夠均流輸出的功能，充電機輸出經過充電槍直接給動力電池進行充電在直流充電樁工作時，輔助電源給主控單元、顯示模塊、保護控制單元、信號采集單元及刷卡模塊等控制系統進行供電。另外，在動力電池充電過程中，輔助電源給BS系統供電，由BMS系統實時監控動力電池的狀態。
5快速更換
快速更換技術的主要應用公司依次為豐田、蔚來、國家電網， 其中，蔚來公司為主推換電應用的純電動車企，因此其技術應用也主要針對快速更換技術。快速更換技術主要涉及電池裝卸 系統和換電方法。
（1）充換電站
是為電動汽車的動力電池提供充電和動力電池快速更換的能源站。電動汽車為了連續行駛就要求其電能得到補充。這些充電方式體現為充電不同的充電模式。同樣在電池快速更換的方式下，電池組從車上卸下后也是用一定的模式為電池充電。有交流、直流模式，有限壓、限流模式等等。采取那種充電方式其實就是用多大的電流和電壓及多長的時間來充電。
（2） 電池裝卸系統
一種電動車動力電池組快速更換系統，所述快速更換系包括快卸機構和移送機構，所述快卸機構機構包括一個真空吸盤與電磁吸盤，其能夠將電池箱從電動車車身中拉出或將其推到電動車車身中，所述移送機構用三坐標平動加旋轉的工作模式，從而能夠將所述拆卸下來的電池箱移到充電座中和或將從充電座中取下的電池箱放到電動車中，從而完成電動車動力電池組的機械快速拆卸和更換。
（3） 檢電方法
在電池交換站，移除放電的電池并且將充電的電池插入到電動車輛中，電池交換站具用于作出這種交換的各種機構，在一些實例中，電池儲存在倉常中，在那里給子它們適當的充電量，自動機器人機構從倉庫移除充電的電池，自動機器人系統向電池交換系提伏充電的電池，該電池交換系統在它從車輛移除放電的電池之后將充電的電池插入到布輛中。電池的插入和移除沿整向完成，即進入和撐開布輛的底部，電池交換系統位于車輛下方的服務區中，滑動門系統在服務區上方產生開口，該開口具有取決于車輛的尺寸的可變尺寸。
6無線充電
無線充電技術的主要應用公司依次為高通、西門子、 豐田、 現代、國家電網， 其中，高通公司是開發電子產品無線充電技術的領先公司，從其技術應用可以看出高通公司已在重點研發無線充電在汽車領域的應用。無線充電技術主要涉及無線充電系統構成和位置校正。
（1） 無線電充電系統構成
一種電動車輛和車輛用供電裝置，電動車輛具備：次級LC諧波器，其被構成為通過磁場的振與車輛外部的初級LC諧波器耦合，能從所述初級LC諧波器接受電力整流器。其對所時次級LC諧波器接受到的電力進行整流：蓄電裝置，其儲存由所述整流器整流后的電力：電動機，其從所述蓄電裝置接受電力的供給而產生車輛驅動力。調整裝置，其被構成為能夠通過改變所述次級LC諧波器的電容和電感的至少一方來調整所述次級LC諧波器的諧波頻率：電力檢測裝置，其對由所述次級LC諧波器接受到的電力進行檢測：以及控制裝置，其控制所述調整裝置使得由所述電力檢測裝置檢測出的電力變大。
（2） 位置校正
一種用于車輛的改進型電池充電系統，初級線圈及次級圖位于其中所述車輛可通過進入停車空間中而從所述初級線圈接收電力的地方，所述停車空間可具有嵌入地面中的線圈，或可具有嵌入地面中的線圈陣列，一種引導系統。還揭示精細定位，車輛中的次級線圈還可以升高或降低以改進耦合。
7發展趨勢
通過對純電動汽車各充電模式的關鍵技術在專利申請的角度進行的梳理，發現目前純電動汽車充電技術的研發熱情較高，整車充電模式已形成了較為成熟和全面的技術鏈條，快速更換技術因存在成本和整車技術瓶頸發展較為緩慢，無線充電技術依托于相關技術的快速發展以及其應用的便利性或將成為純電動汽車充電技術的主要發展趨勢。通過對各項技術主要應用人的分析可知豐田公司和國家電網公司是該領域的領軍企業，但在技術高度方面，豐田公司更具優勢。國內企業應把握對純電動汽車全面推廣的時機攻破更新、更尖端的相關技術以占領市場先機。
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