基于电动汽车快速充电技术研究及发展趋势

　　当前，珍惜地球上有限的石油资源，保护人类赖以生存的自然环境，减少温室气体排放量，遏制全球气候变暖已经成为各国面临的共同问题。汽车作为现代社会化大工业的产物，已经成为石油消耗的主体。汽车排放的大量尾气造成严重的空气污染，影响人们的身心健康和社会的可持续发展。要解决能源与环境两大问题，汽车工业必然向着环保、清洁、节能方向发展。以电动汽车为代表的新能源汽车具有零（低）污染物排放、低噪声、能源效率高、维修及运行成本低等特点，代表了世界汽车发展的方向。

　　1 电动汽车充电设备

　　电动汽车充电设备一般称为充电机，在电动汽车应用中发挥着重要的作用。对于一辆电动汽车来讲，充电机是不可缺少的子系统之一，蓄电池的电能用完之后，用它给蓄电池再充电，其功能是将电网的电能转化为电动汽车车载蓄电池的电能。

　　1.1 性能要求

　　对充电机的基本性能要求包括以下几项：

　　（1）经济效益

　　成本经济、价格低廉的充电机有助于降低整个电动汽车的成本，提高运行效益，有利于促进电动汽车的商业化。

　　（2）操作方便

　　当在供电电网、充电机和蓄电池组之间进行插头和插座的插拔操作时，要本着操作简单、易于使用的原则。一般插头较大、较重，需要一定的插拔力度。

　　（3）高效无污染

　　效率高是对现代充电机最重要的要求之一，它对整个电动汽车的能量效率有巨大的影响。同时还要有效抑制充电机在使用过程中对供电电网和其他用电设备的谐波污染，因此，设计充电机时要保证较高的输入功率因数。

　　（4）可靠安全

　　电动汽车充电时，如何保证人身和蓄电池组的安全是至关重要的，充电机必须保证整个充电过程安全可靠。主要有以下几种情况：

　　①操作者将电动汽车蓄电池组通过充电机与供电电网连接;

　　②充电过程中，人身与电动汽车车体接触;

　　③充电过程中，充电机发生故障;

　　④充电结束后，操作者进行断开操作;

　　⑤外部环境条件恶劣，如遇雨雪天气等。

　　1.2 主要分类

　　根据不同的分类标准，电动汽车充电机可以分为多种类型，如表1所示：

　　（1）车载充电机

　　车载充电机，是指安装在电动汽车上的采用地面交流电网和车载电源对电池组进行充电的装置，它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蓄电池充电，因此也可以称为交流充电机。车载充电机一般设计为小充电率，它的充电时间长（一般是5～8h），由于电动汽车车载质量和体积的限制，车载充电机要求尽可能体积小、重量轻（一般小于5kg）。车载充电机对于要充电的蓄电池是有针对性的，蓄电池的充电方式也是预先定义好的。由于充电机和电池管理系统（BMS，负责监控蓄电池的电压、温度和荷电状态）都装在车上，它们相互之间容易利用电动汽车的内部线路网络进行通信。

　　（2）地面充电机

　　地面充电机，即非车载充电装置，是指固定在地面上的对交流电进行整流变换，其直流输出端对电池组进行充电的装置，因此也可以称为直流充电机。根据充电场所和充电需求的不同，地面充电机主要应用于家庭、充电站以及各种公共场所。为了可以满足各种电池的各种充电方式，通常地面充电机的功率、体积和重量都比较大，一般设计为大充电率。由于地面充电机和电池管理系统在物理位置上是分开的，它们之间必须通过电线或者无线电进行通信。根据电池管理系统提供的关于电池的类型、电压、温度和荷电状态的信息，地面充电机选择一种合适的充电方式为蓄电池充电，以避免蓄电池的过充和过热。

　　图1是电动汽车所用的地面充电机的典型布置方式。该充电机由一个能将输入的交流电转换为直流电的整流器和一个能调节直流电功率的功率转换器组成，通过把电线的插头插入电动汽车上配套的插座中，直流电能输入蓄电池对其充电。充电器设置了一个锁止杠杆以利于插入和取出插头，同时杠杆还能提供一个确定已经锁紧的信号，如果没有此信号，充电器就不会给电池充电以确保安全。根据地面充电机和车上电池管理系统相互之间的通信，功率转换器能在线调节直流充电功率，而且地面充电机能显示充电电压、充电电流和充电的电能，甚至所需充电费用等。

　　（3）传导式充电机

　　传导式充电机，又称接触式充电机，采用插头与插座的金属接触来导电，充分利用了技术成熟、工艺简单和成本低廉的优点。使用者把充电源接头连接到汽车上。这种方式的缺陷是：导体裸露在外面不安全，而且会因多次插拔操作，引起机械磨损，导致接触松动，不能有效传输电能。

　　（4）感应式充电机

感应式充电机是采用感应耦合方