新能源汽车充电技术的发展趋势

电动车产业的快速发展，使智能、快速的充电方式成为电动汽车充电技术发展的趋势。当前，用户对新能源汽车认可度的提升、国家系列利好政策及下游新能源汽车市场发展带来的庞大充电需求，是促进中国新能源汽车充电技术发展的三个主要因素。

一、蓄电池充电技术要求
新能源汽车蓄电池充电技术要求可以从以下5个维度去展开分析。
· 充电快速化：实现电池充电快速化，可以有效解决电动汽车续航里程短的弱点。
· 充电通用化：规范公共场所用充电装置与电动汽车的充电接口、充电规范和接口协议等。
· 充电智能化：优化电池智能化充电方法实现无损电池的充电，监控电池的放电状态、避免过放电现象，从而延长电池的使用寿命。
· 电能转换高效化：降低电动汽车的运行能耗，提高其经济性，是推动电动汽车产业化的关键因素之一。
· 充电集成化：降低系统成本，并可优化充电效果，延长电池寿命。

1、充电快速化
相比发展前景良好的镍氢和锂离子动力蓄电池而言，传统铅酸类蓄电池有技术成熟、成本低、电池容量大、跟随负荷输出特性好和无记忆效应等优点，但同样存在着比能量低、一次充电续航里程短的问题。因此，在目前动力电池不能直接提供更多续航里程的情况下，如果能实现电池充电快速化，从某种意义上可以解决电动汽车续航里程短的致命弱点。

2、充电通用化
在多种类型蓄电池、多种电压等级共存的市场背景下，用于公共场所的充电装置必须具有适应多种类型蓄电池系统和适应各种电压等级的能力，即充电系统需要具有充电广泛性，具备多种类型蓄电池充电控制算法，可与各类电动汽车上的不同蓄电池系统实现充电特性匹配，能够针对不同的电池进行充电。

3、充电智能化
制约电动汽车发展及普及的最关键问题之一，是储能电池的性能和应用水平。优化电池智能化充电方法的目标是实现无损电池的充电，监控电池的放电状态，避免过放电现象，从而达到延长电池的使用寿命和节能的目的。

4、电能转换高效化
电动汽车的能耗指标与其运行能源费用紧密相关。降低电动汽车的运行能耗，提高其经济性，是推动电动汽车产业化的关键因素之一，应优先选择具有电能转换效率高、建造成本低等诸多优点的充电装置。

5、充电集成化
本着子系统小型化和多功能化的要求，以及电池可靠性和稳定性要求的提高，充电系统将和电动汽车能量管理系统集成为一个整体，集成传输晶体管、电流检测和反向放电保护等功能，无需外部组件即可实现体积更小、集成化更高的充电解决方案，从而为电动汽车其余部件节约出布置空间，大大降低系统成本，并可优化充电效果，延长电池寿命。

二、传统充电技术设备
1、充电设施
电动汽车充电设施是指为电动汽车动力电池提供电能补给的设施。根据电动汽车充电方式的不同，电动汽车充电设施可以分为充电桩、充电机和换电站3种类型。

充电桩：充电桩为配置车载充电机的电动汽车提供交流常规充电电流，布点灵活、占地面积较小，可安装在停车场、居住社区等，提供常规充电服务。

充电机：充电机通常指直流充电机，对各类电动汽车提供较大的直流电流进行快速充电，设备技术要求较高，通常安装在电动汽车充电站，为各类电动汽车提供应急充电服务。

换电站：换电站配备若干动力电池组，为电动汽车更换电池和提供电池维护服务，操作专业性强可结合车辆行驶路线、区域等情况适当配置。

2、充电装置
电动汽车蓄电池充电装置是不可缺少的子系统之一，其功能是将电网的电能转化为电动车车载蓄电池的电能。电动汽车充电装置的分类有不同的方法。总体上可分为车载充电装置和非车载充电装置。

车载充电装置
将电压升降装置和整流装置安装在车内，充电时只要有合适的市电和匹配插件即可。车载充电装置包括车载充电机、车载充电发电机组和运行能力回收充电装置等。车载充电装置体积小、质量轻、便于利用内部线路网络与电池管理系统乃至整个能量管理系统进行通信。
车载充电装置将一根带插头的交流动力电缆线直接插到电动汽车的插座中给电动汽车充电。车载充电装置通常使用结构简单、控制方便的接触式充电器。

非车载充电装置
即地面充电装置，主要包括变压器、非车载充电机、电表等。非车载充电装置适用于专用充电站、通用充电机、公共场所用充电站等。可以满足各种电池的各种充电方式。通常非车载充电器的功率、体积和重量均比较大，以便能够使用各种充电方式。

3、电动汽车并网充电
电动汽车的充电行为具有随机性和间隙性，会对电网造成诸多不利影响。如果能在提供方便安全的电动汽车充电服务的基础上，将充电设施与新能源发电集成接入电力系统，将在一定程度上削弱新能源接入对电力系统造成的不利影响，降低充电设施带来的负荷增量，提高可再生能源的利用率。可在新能源丰富的郊区建立电动汽车充电站，同时在市区提供电池组更换服务，通过双向运输等方式促进电动汽车和新能源发电的发展。

三、无线充电技术设备
电动汽车无线充电没有外露的连接器，彻底避免漏电、跑电等安全隐患。采用无线充电，可以将电源和变压器隐蔽在地下，让汽车在停车处或街边特殊的充电点充电。

1、无线充电技术分类
主要有电磁感应式（ICPT）、电磁共振式（ERPT）、无线电波式（MPT）、电场耦合式四种基本方式，分别适用于近程、中短程与远程电力传送。其中，ICPT和ERPT在中等距离的传输效率较高，更适合于电动汽车充电。

电磁感应式
原理：电流通过线圈，线圈产生磁场对附近的线圈产生感应电动势，产生电流
传输功率：5W左右
传输距离：几mm~几cm
使用频率范围：22KHZ
充电效率：80%
优点：适合短距离充电，转换效率较高
限制：特定摆放位置才能够精准充电，金属感应接触会发热

磁共振式
原理：发送端能量遇到共振频率相同的接收端，由共振效应进行电能传输
传输功率：几KW
传输距离：几cm~几m
使用频率范围：13.56MHZ
充电效率：50%
优点：适合远距离大功率充电
限制：效率低，安全与健康问题

无线电波式
原理：将环境电磁波转换为电流，通过电路传输电流
传输功率：大于100mW
传输距离：大于10m
使用频率范围：2.45GHZ
充电效率：38%
优点：适合远距离小功率充电，自动随时随地充电
限制：充电效率低，充电时间长

电场耦合式
原理：利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力
传输功率：1-10W
传输距离：几mm~几cm
使用频率范围：560-700KHZ
充电效率：70%-80%
优点：适合短距离充电，转化效率高，发热低，位置可以不固定
限制：体积较大

2、无线充电系统构成
无线充电系统包括：供电电网、地面控制模块、地面电磁感应能量发送组件、车载电磁感应能量接受组件和车载控制模块等。

四、充电场地布置形式
新能源汽车充电设施布置形式主要包括分散式充电桩和集中式充换电站。在使用频次上，分散式充电桩高于集中式充换电站。

1、集中式充电站
即在指定区域内安排专门场地，设置20~30个充电位，以便夜间对电动汽车进行集中式常规充电。为了安全起见，集中式充电站一般建有防雨棚并用栅栏隔离。

2、分散式充电站
在人员密集场地有限的条件下，或当小区规模较大时，可在小区的适当位置设置少量的充电机，主要用于补充充电、为了安全起见，其充电机装在铁箱子里。

新能源汽车具有节能减排、提高能源利用效率、降低对石油资源的依赖等优点，是未来汽车产业的发展方向。充电技术是影响新能源汽车性能、安全性、便利性和经济性的关键因素，也是制约新能源汽车市场化和普及化的瓶颈，研究新能源汽车充电技术对促进新能源汽车产业的健康发展具有重要意义。