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纯电动汽车充电技术文献综述
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  • 更新时间:2020-04-25
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  • 纯电动汽车充电技术文献综述纯电动汽车充电技术现状
    摘 要: 纯电动汽车的充电时间相较于传统的汽油车成为了限制其全面推广的痛点。因此,针对纯电动汽车充电站和充电方式的研究一直是行业内的研发热点。纯电动汽车的充电模式主要有整车充电模式(包括交流慢充和直流快充)、快速更换模式和无线充电模式。
    关键词:慢充;快充;快速更换;无线
    1引言
    在纯电动汽车充电技术中的研发主流为直流快充技术,这也与用户对缩短充电时间的需求相适应,此外,无线充电技术的占比也较可观,虽然目前鲜有实际应用, 但由于其充电形式的便利性使其成为了研发热点,而快速更换技术虽然在纯电动公交车领域已有较为成熟的应用,但其应用量相对较低,这也与其对整车和换电装置研发难度较大以及投资较高的因素有关。
    2国内外现状
    首先,国外在这方面的研究相对于来说较早,其中感应式充电在国外得到了很大的发展,日本、美国、德国等多个国家都研发出了感应式充电的实验室产品,即使在技术方面存在着一些不足,比如效率较低、传输的距离较短等,但这种形式的充电较简单、所用材料较少、不会发生触电的现象等优势,因此这种方法将会成为未来主要的发展趋势。而我国在这方面的研究时间就相对较短,但不得不说发展还是比较快的,目前也已经取得了较高的成果。到目前为止我国已将这种关键的技术和系统的集成列在“863”计划中,在国家的鼓励下我国将电动汽车的发展形成了“三纵三横发展的路线形式。目前我国大多数的大学和企业都对电动汽车的充电技术完成了一系列的研究,因此快速充电技术的发展的相对较快,且在充电的用时和对电池使用时间的影响方面都有了很大的改善。如今我国对充电机的研究大多集中在选择和控制的方法方面的完善和效率的提高等。但是现在我国所使用的车载充电机,其技术手段还不够成熟,在充电方面还有着一些不足,例如具有在充电的用时上较长、效率较低和对电池的损害太大等缺点,所以研究出一种快速的充电方面的技术是非常有研究意义的。
    3交流慢充
    交流慢充技术的主要应用公司依次为丰田、比亚迪、宝马、国家电网、现代、北汽新能源, 其中,丰田、宝马,现代的主要研发领域为整车,国家电网主要涉及充电桩,北汽新能源主要涉及整车和充电桩,比亚迪主要涉及整车和电池。交流慢充技术主要涉及交 - 直流变换器、充电方法及充电桩系统。
    (1) 充电桩系统
    一种电动车智能交流充电桩及其充电方法,所述充电桩包括中央控制模块,以及与中央控制模块通过信号线相连接的GPS定位信号收发模块,人机交互模块,计量模块,电器模块和通信模块,所述计量模块的输入端进一步与保护模块相连,电网输入的交流电压依次经过保护模块。计量模块到达电器模块,所述电器模块包括电源转换单元,电池检测单元,电流感应单元,对接感应单元和充电接头。
    (2) 充电方法
    一种设备,包括:可在充电电池组,其安装在电动车辆中的,该可在充电电池组耦合到电源,电源可操作用来提供对电池组执行充电操作的电压,加热元件,其用于加热将要流动通过可在充电电池组的液体。比较器电路,其用于可将在充电电池组的电池电压与线路源电压进行比较。该比较器电路可操作用来将电池电压与线路源电压进行比较。并且当电池电压小于线路电压偏移值时提供输出信号,以及控制电路。其被耦合用来接收比较器的输出信号,并将线路源电压耦合到电压,并且如果比较器没有正在提供输出信号,则旁路加热元件。
    (3) 交直流变换器
    再通过连接器部的连接与商用电源电连接时,无源地生成低压电力的低压生成部。绕组变压器一规定的变压比对输入到一侧的商用电源进行变压,不需要任何来自外部的控制信号而进行此变压动作,从绕组变压器的二次侧输入的降压后的交流电被二极管部整流,生成低压电力。二极管部生成的低压电力,通过低压直流辅助线,被供给到电池及控制装置。
    4直流快充
    直流快充技术的主要应用公司与交流慢充技术较一致,但应用量占比有所变化,依次为比亚迪、丰田、宝马、北汽新能源、国家电网、现代,可以看出各公司的研发侧重点有所不同。直流快充技术主要涉及直流充电机和充电方法。
    (1)直流电动汽车充电桩,俗称就是“快充”,它是固定安装在电动汽车外,与交流电网连接,可以为非车载电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置。直流充电桩的输入电压采用三相四线AC380V±15%频率50Hz输出为可调直流电直接为电动汽车的动力电池充电。由于直流充电桩采用三相四线制供电,可以提供足够的功率,输出的电压和电流调整范围大,可以实现快充的要求。
    (2)工作原理:直流充电桩工作原理:三相380V交流电经过EMC等防雷滤波模块后进入到相四线制电表中,开心8周周领取工资:三相四线制电表监控整个充电机工作时的实际充电电量。且根据实际充电电流及充电电压的大小,充电机往往需要并联使用,因此就要求充电机拥有能够均流输出的功能,充电机输出经过充电枪直接给动力电池进行充电在直流充电桩工作时,辅助电源给主控单元、显示模块、保护控制单元、信号采集单元及刷卡模块等控制系统进行供电。另外,在动力电池充电过程中,辅助电源给BS系统供电,由BMS系统实时监控动力电池的状态。
    5快速更换
    快速更换技术的主要应用公司依次为丰田、蔚来、国家电网, 其中,蔚来公司为主推换电应用的纯电动车企,因此其技术应用也主要针对快速更换技术。快速更换技术主要涉及电池装卸 系统和换电方法。
    (1)充换电站
    是为电动汽车的动力电池提供充电和动力电池快速更换的能源站。电动汽车为了连续行驶就要求其电能得到补充。这些充电方式体现为充电不同的充电模式。同样在电池快速更换的方式下,电池组从车上卸下后也是用一定的模式为电池充电。有交流、直流模式,有限压、限流模式等等。采取那种充电方式其实就是用多大的电流和电压及多长的时间来充电。
    (2) 电池装卸系统
    一种电动车动力电池组快速更换系统,所述快速更换系包括快卸机构和移送机构,所述快卸机构机构包括一个真空吸盘与电磁吸盘,其能够将电池箱从电动车车身中拉出或将其推到电动车车身中,所述移送机构用三坐标平动加旋转的工作模式,从而能够将所述拆卸下来的电池箱移到充电座中和或将从充电座中取下的电池箱放到电动车中,从而完成电动车动力电池组的机械快速拆卸和更换。
    (3) 检电方法
    在电池交换站,移除放电的电池并且将充电的电池插入到电动车辆中,电池交换站具用于作出这种交换的各种机构,在一些实例中,电池储存在仓常中,在那里给子它们适当的充电量,自动机器人机构从仓库移除充电的电池,自动机器人系统向电池交换系提伏充电的电池,该电池交换系统在它从车辆移除放电的电池之后将充电的电池插入到布辆中。电池的插入和移除沿整向完成,即进入和撑开布辆的底部,电池交换系统位于车辆下方的服务区中,滑动门系统在服务区上方产生开口,该开口具有取决于车辆的尺寸的可变尺寸。
    6无线充电
    无线充电技术的主要应用公司依次为高通、西门子、 丰田、 现代、国家电网, 其中,高通公司是开发电子产品无线充电技术的领先公司,从其技术应用可以看出高通公司已在重点研发无线充电在汽车领域的应用。无线充电技术主要涉及无线充电系统构成和位置校正。
    (1) 无线电充电系统构成
    一种电动车辆和车辆用供电装置,电动车辆具备:次级LC谐波器,其被构成为通过磁场的振与车辆外部的初级LC谐波器耦合,能从所述初级LC谐波器接受电力整流器。其对所时次级LC谐波器接受到的电力进行整流:蓄电装置,其储存由所述整流器整流后的电力:电动机,其从所述蓄电装置接受电力的供给而产生车辆驱动力。调整装置,其被构成为能够通过改变所述次级LC谐波器的电容和电感的至少一方来调整所述次级LC谐波器的谐波频率:电力检测装置,其对由所述次级LC谐波器接受到的电力进行检测:以及控制装置,其控制所述调整装置使得由所述电力检测装置检测出的电力变大。
    (2) 位置校正
    一种用于车辆的改进型电池充电系统,初级线圈及次级图位于其中所述车辆可通过进入停车空间中而从所述初级线圈接收电力的地方,所述停车空间可具有嵌入地面中的线圈,或可具有嵌入地面中的线圈阵列,一种引导系统。还揭示精细定位,车辆中的次级线圈还可以升高或降低以改进耦合。
    7发展趋势
    通过对纯电动汽车各充电模式的关键技术在专利申请的角度进行的梳理,发现目前纯电动汽车充电技术的研发热情较高,整车充电模式已形成了较为成熟和全面的技术链条,快速更换技术因存在成本和整车技术瓶颈发展较为缓慢,无线充电技术依托于相关技术的快速发展以及其应用的便利性或将成为纯电动汽车充电技术的主要发展趋势。通过对各项技术主要应用人的分析可知丰田公司和国家电网公司是该领域的领军企业,但在技术高度方面,丰田公司更具优势。国内企业应把握对纯电动汽车全面推广的时机攻破更新、更尖端的相关技术以占领市场先机。
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