徐繼勇 XU Ji-yong

摘要： 社會(huì)在不斷發(fā)展，通過開發(fā)和消耗大量能源來滿足快速發(fā)展的社會(huì)的需要，正在引發(fā)全球能源危機(jī)。大量能源消耗產(chǎn)生的廢氣和廢物造成水污染、土壤污染、空氣污染和全球變暖，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。電動(dòng)汽車的發(fā)展越來越快，市場越來越成熟，智能電網(wǎng)的建設(shè)也為電動(dòng)汽車的發(fā)展提供了條件。電動(dòng)汽車的充電行為對電網(wǎng)建設(shè)提出了更高的要求，充電需求是當(dāng)今亟待解決的問題。本文介紹電動(dòng)汽車充電技術(shù)，分析應(yīng)用現(xiàn)狀，探討發(fā)展趨勢。

Abstract： The society is constantly evolving， and the development and consumption of large amounts of energy to meet the needs of a rapidly developing society is triggering a global energy crisis. Exhaust gas and waste produced by a large amount of energy consumption cause water pollution， soil pollution， air pollution and global warming， and severely damage the ecological environment. The development of electric vehicles is faster and faster， the market is becoming more and more mature， and the construction of smart grids also provides conditions for the development of electric vehicles. The charging behavior of electric vehicles puts forward higher requirements for the construction of the power grid， and the charging demand is an urgent problem to be solved today. This article introduces the charging technology of electric vehicles， analyzes the application status， and discusses the development trend.

關(guān)鍵詞： 電動(dòng)汽車;充電技術(shù);應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

Key words： electric vehicle;charging technology;application status;development trend

中圖分類號：U461? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）22-0174-02

0? 引言

當(dāng)今世界正處于能源危機(jī)之中，工業(yè)的發(fā)展造成資源的過度消耗和不可再生資源的稀缺。環(huán)境保護(hù)和減排受到極大威脅，是人類社會(huì)生存和發(fā)展的必然選擇。隨著石油危機(jī)和化學(xué)燃料的使用引起的環(huán)境問題增多，各國開始意識(shí)到能源轉(zhuǎn)型、節(jié)能減排正成為汽車發(fā)展的主要方向，以及如何發(fā)展汽車技術(shù)以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)節(jié)能減排問題成為汽車發(fā)展的難題。

1? 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展概況

1.1.1 純電動(dòng)汽車? 將高效二次電池應(yīng)用于純電動(dòng)汽車時(shí)，可為行駛提供動(dòng)力源，而純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車相比無需使用內(nèi)燃機(jī)。純電動(dòng)汽車具有以下優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)零排放、結(jié)構(gòu)簡單、能效高、乘坐舒適度高。在應(yīng)用純電動(dòng)汽車的過程中，油耗率低，降低了經(jīng)濟(jì)成本，用戶在使用純電動(dòng)汽車時(shí)，只需在夜間將電池充滿電，平衡電網(wǎng)負(fù)載。純電動(dòng)汽車具有上述優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也嚴(yán)重影響了其使用。充電過程需要很多時(shí)間，同時(shí)在應(yīng)用動(dòng)力電池的過程中需要大量資金，行駛距離短，消耗動(dòng)力電池。用于能量多、間隙大的高速階段的內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車。

1.1.2 混合動(dòng)力汽車? 混合動(dòng)力汽車具有同時(shí)安裝的動(dòng)力源和熱動(dòng)力源，構(gòu)成混合動(dòng)力汽車，其包括小型內(nèi)燃機(jī)和可為電動(dòng)汽車提供電力驅(qū)動(dòng)的電池。電動(dòng)汽車的優(yōu)勢在于內(nèi)燃機(jī)可以在最佳工況區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，提高燃料利用率，降低噪音污染。在控制能耗的過程中，電機(jī)可以回收一定的制動(dòng)能量，將純電動(dòng)模式應(yīng)用于停車等環(huán)節(jié)有助于實(shí)現(xiàn)零排放。缺點(diǎn)是制造雙動(dòng)力系統(tǒng)需要大量資金和技術(shù)，內(nèi)燃機(jī)燃燒是產(chǎn)生發(fā)電能量的基礎(chǔ)，無助于改善環(huán)保，長期運(yùn)行能耗大低于傳統(tǒng)汽車，同時(shí)汽車內(nèi)部系統(tǒng)過于復(fù)雜，不利于后期維護(hù)和保養(yǎng)。

1.1.3 當(dāng)太陽能被利用和轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)形成大量的電能，可以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，太陽能汽車已經(jīng)形成了獨(dú)立的分支。太陽能電池板是太陽能汽車的關(guān)鍵部件，在運(yùn)行過程中可以自動(dòng)跟蹤太陽的方向并吸收輻射能。

1.2 國外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

1996年4月，歐盟（EU）啟動(dòng)了基于先進(jìn)電池技術(shù)的電動(dòng)汽車示范工程，專門為此設(shè)計(jì)了16輛配備斑馬電池的電動(dòng)汽車。持續(xù)了3年多。在演示期間，共有10輛OPELAstraImplus和6輛RENAULTEExpress車輛行駛了超過600，000公里。在示范期間，收集了大量的如能耗，續(xù)航里程，以及用戶反饋信息數(shù)據(jù)，確保了項(xiàng)目評估。

演示期間，所有車輛都將配備容量為433kW·h，能量密度超過80W·h/kg的斑馬電池，可有效保證車輛實(shí)際行駛里程超過120公里，有效保障日常使用。車輛在白天使用時(shí)無需充電，而在夜間充電，電力消耗低，可以降低充電成本，提高充電站的配電和發(fā)電效率。示范車可充電230V/16A標(biāo)準(zhǔn)電壓，無需額外輔助充電設(shè)備。車輛具有制動(dòng)能量回收功能，僅在緊急制動(dòng)時(shí)才進(jìn)行制動(dòng)。尤其是，其被評估車輛的加速性能良好時(shí)，有在駕駛時(shí)無噪音。該車輛具有一個(gè)長范圍的165-180公里一次充電和用戶都非常滿意的電池和充電操作。

2? 電動(dòng)汽車的種類及特點(diǎn)

燃料汽車每年消耗世界石油產(chǎn)量的一半以上，近年來不斷上漲的油價(jià)表明人類可用的化石能源稀缺是造成它的原因。基于以上原因，電動(dòng)汽車逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。電動(dòng)汽車主要分為純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池電動(dòng)汽車三種。純電動(dòng)汽車是完全由二次電池（如鉛酸電池、鎳氫電池、鎳氫電池或凱恩離子電池）供電的車輛?；旌蟿?dòng)力汽車是純電動(dòng)汽車發(fā)展過程中為市場化而生產(chǎn)的新車型。一般采用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)，通過先進(jìn)的控制系統(tǒng)將內(nèi)燃機(jī)和儲(chǔ)能裝置（高性能電池、超級電容器等）結(jié)合起來，為車輛行駛提供必要的動(dòng)力?；旌蟿?dòng)力汽車最明顯的代表可以說是豐田凱美瑞，它開創(chuàng)了油電混合動(dòng)力新技術(shù)，并大量植入車輛，以期從根本上消除交通對石油資源的依賴。商業(yè)廣告開啟汽車動(dòng)力，開啟新技術(shù)新篇章，因此，混合動(dòng)力汽車是電動(dòng)汽車發(fā)展的過渡模式。燃料電池電動(dòng)汽車是以燃料電池為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車。燃料電池是一種利用氫氣和氧氣在催化劑的作用下，通過電化學(xué)反應(yīng)直接發(fā)電的裝置，具有完全無污染的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)階段燃料電池的許多核心技術(shù)仍然存在。

3? 電動(dòng)汽車技術(shù)未來發(fā)展趨勢展望

3.1 電力驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)，推進(jìn)智能朝和數(shù)字化

動(dòng)力馬達(dá)是用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的重要器件。在未來，動(dòng)力馬達(dá)將有更多的工作方式，并且它將由控制系統(tǒng)，這將有效地提高了工作效率直接控制。而且，電力馬達(dá)不會(huì)對周圍環(huán)境造成污染，穩(wěn)定性高，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，日后維修更方便?？梢钥闯?，動(dòng)力電機(jī)將朝著自動(dòng)化、簡化和綠色化的方向前進(jìn)。此外，電動(dòng)汽車的控制技術(shù)也將帶來很大的變化，一些先進(jìn)國家目前正在實(shí)現(xiàn)對整個(gè)電動(dòng)汽車的自動(dòng)控制?？刂撇呗允窍鄬唵蔚模⑶以诨旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車，燃料電池電動(dòng)車輛的情況下，需要一個(gè)更完整的和先進(jìn)的控制系統(tǒng)，以控制整個(gè)車輛，整個(gè)車輛的控制單元必須用多個(gè)電機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對整車的智能控制。

3.2 各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展

目前，國家除了對功率元件的存儲(chǔ)研究外，還在加大對電動(dòng)機(jī)的研究和創(chuàng)新。例如，美國研制的交流煙道反作用電機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單，降低了電機(jī)質(zhì)量，提高了運(yùn)行可靠性，但問題是控制單元模塊比較復(fù)雜。對此，日本傾向于研究低質(zhì)量、高扭矩、高成本的永磁無刷直流電機(jī)。在高溫下，它缺乏降低磁力和防塵能力。德國和英國正在開發(fā)磁阻電機(jī)。它們具有扭矩轉(zhuǎn)換率高、成本低、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，但容易產(chǎn)生噪音。目前，在我國正在積極研究稀土永磁無刷電機(jī)和稀土材料磁阻電機(jī)。

3.3 燃料電池汽車

燃料電池是一種流行的研究電池類型，它使用清潔能源，如甲醇、汽油和天然氣，通過燃燒汽車為汽車提供動(dòng)力來發(fā)電。這將顯著降低汽車成本，提高汽車的耐用性和可補(bǔ)償性，顯著提高汽車的整體性能，使燃料電池汽車成為世界主要汽車制造商的競爭焦點(diǎn)。

3.4 電池能量管理系統(tǒng)（BMS）的廣泛應(yīng)用

電池能量管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的智能化元素，目前只有部分電動(dòng)汽車采用BMS，應(yīng)用范圍并不廣，因此該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多問題。但未來BMS將廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車，通過BMS的應(yīng)用，可以有效提升電動(dòng)汽車的整體性能，提升電池能量管理性能，延長使用時(shí)間。

3.5 電動(dòng)汽車無法滲透整個(gè)市場，只能在個(gè)別領(lǐng)域取得突破

由于電動(dòng)汽車存在續(xù)航里程短、充電時(shí)間長、充電站服務(wù)規(guī)模小等缺點(diǎn)，電動(dòng)汽車難以應(yīng)用于整個(gè)行業(yè)，只能應(yīng)用于兩大領(lǐng)域。高爾夫球場等場所的清潔汽車、大型運(yùn)動(dòng)場的安全車等。二是政府扶持的城市公交、出租車等公共項(xiàng)目，由于電動(dòng)汽車的特點(diǎn)，這兩個(gè)領(lǐng)域?yàn)殡妱?dòng)汽車提供了更適合的發(fā)展空間。它環(huán)保且成本低，適合小規(guī)模使用。

3.6 純電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的過程中，純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢不容忽視?，F(xiàn)階段仍需要較長的充電時(shí)間，但隨著政府的支持和科研院所的努力，這一瓶頸將得到克服。從未來來看，純電動(dòng)汽車可以應(yīng)用換電池等方式，減少充電時(shí)間過長給用戶帶來的不便。雖然這項(xiàng)技術(shù)短期內(nèi)不會(huì)得到廣泛應(yīng)用，但純電動(dòng)汽車將成為所有電動(dòng)汽車的最終發(fā)展目標(biāo)。

3.7 混合動(dòng)力汽車發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段，電動(dòng)汽車領(lǐng)域最有前途的技術(shù)是混合動(dòng)力汽車技術(shù)，作為一項(xiàng)能夠充分展示現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)汽車?yán)锍毯凸β实募夹g(shù)，在我國相對成熟。從未來的角度來看，插電式混合動(dòng)力汽車技術(shù)的產(chǎn)生可以更有效地滿足消費(fèi)者的需求，同時(shí)通過鼓勵(lì)消費(fèi)者成為電力或燃料的主要選擇來實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。同時(shí)，企業(yè)、消費(fèi)者甚至國家都在應(yīng)用混合動(dòng)力汽車，共同為電動(dòng)汽車的發(fā)展創(chuàng)造有利環(huán)境。

3.8 太陽能汽車技術(shù)發(fā)展趨勢

從長遠(yuǎn)來看，電動(dòng)汽車將普及，太陽能將在實(shí)現(xiàn)能源補(bǔ)充的過程中得到充分利用?，F(xiàn)階段，我國意識(shí)到太陽能作為清潔能源在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展中的重要性，太陽能電池技術(shù)正在產(chǎn)生并不斷完善。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是在此階段需要大量的時(shí)間來補(bǔ)充能量，單位面積的能量密度較低。因此，核心能源供應(yīng)方式無法充分利用作為汽車動(dòng)力源的太陽能技術(shù)。作為輔助能源補(bǔ)充，太陽能很可能在插電式電動(dòng)汽車中得到充分利用。同時(shí)，在建設(shè)大型太陽能發(fā)電廠的過程中，為純電動(dòng)汽車提供重要能源。

3.9 作為系統(tǒng)儲(chǔ)能的組成部分

新能源雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些缺點(diǎn)。太陽能、風(fēng)能等新能源受自然因素影響，具有隨機(jī)性、可變性、不可控性等特點(diǎn)。儲(chǔ)能配置過小，不能滿足發(fā)電和用電的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡，儲(chǔ)能配置過大，將增加電力系統(tǒng)的總運(yùn)行成本。由于電動(dòng)汽車的電池只有在電池電量比較充足的情況下才能運(yùn)行，因此即使電動(dòng)汽車因電量不足而無法啟動(dòng)，電池中的剩余電量仍然很少。電網(wǎng)或配電網(wǎng)絡(luò)上的電力實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡。此外，電動(dòng)汽車一般行駛時(shí)間較短，閑置時(shí)間較多，如果能作為儲(chǔ)能裝置在空載時(shí)參與電網(wǎng)運(yùn)行，靜態(tài)儲(chǔ)能配置電源的成本可以減少系統(tǒng)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4? 結(jié)語

在我國當(dāng)前的發(fā)展形勢下，為節(jié)約資源，建設(shè)生態(tài)友好型生態(tài)社會(huì)，必須充分發(fā)揮電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的引領(lǐng)作用，加強(qiáng)電動(dòng)汽車的研發(fā)能力和應(yīng)用領(lǐng)域。它極大地推動(dòng)了電動(dòng)汽車的巨大發(fā)展前景，這對我國未來的發(fā)展有著很大的影響。

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