充电系统是为新能源汽车运行提供能量,是新能源汽车的重要能量支撑系统,也是新能源汽车商业化、产业化过程中的重要环节。随着新能源汽车产业的快速发展,充电技术成为制约行业发展关键因素之一,智能、快速的充电方式成为新能源汽车充电技术发展的趋势。
新能源汽车充电装置的分类有不同的方法。总体上分为车载充电装置和非车载充电装置。根据对新能源汽车动力电池充电时的能量装换的方式不同,充电装置又可以分为接触式和感应式等方式。新能源汽车根据充电方式不同也可分为慢充、快充、换电、无线充电、移动充电等方式。接下来大家一起来认识一下几种充电方式,充电桩、充电站的组成和功能,让大家对新能源汽车充电及设备有个系统的了解。
一、慢充(交流慢充充电)
可称为常规充电(家用充电),车载充电,是采用随车配备的便携式充电设备进行充电,可使用家用电源或专用的充电桩电源。是现在新能源汽车常用的方式:车载充电器和家用式充电桩,充电电流较小一般在7- 16A左右,因此根据动力电池容量大小充电时间为5至16小时。
常规充电模式缺点非常明显,充电时间较长,但其对充电的要求并不高,充电器和安装成本较低;可充分利用电网电力低谷时段进行充电,降低充电成本;优点是可对电池深度充电,提升电池充放电效率,延长电池使用寿命。
二、快充(直流快充充电)
也可称为快速充电或地面充电,能够快速充满电的充电方法,是通过非车载充电机,采用大电流给动力电池直接充电,使动力电池在短时间内可充至80%-90%左右的电量,因此也可称为应急充电。快速充电模式某些新能源汽车建设有超级充电站。快速充电模式的电流一般在120~380A,电压一般在200~790V,充电功率大于50kW。此种方式多为直流供电方式,地面的充电机功率大,输出电流和电压变化范围宽。
快速充电的充电速度非常高,其充电时间接近内燃机注入燃油的时间。可是其充电方法是采用脉冲快速充电。脉冲快速充电的最大优点为充电时间较短;且可增加适当电池容量,提高启动性能。可脉冲充电电流较大充电设备安装要求和成本较高。并且快速充电的电流电压较高,短时间内对动力电池的冲击较大,容易导致动力电池的活性物质脱落和动力电池发热,因此对动力电池保护散热方面要求有更高的要求,并不是每款车型都可快速充电。无论动力电池再完美,长期使用快速充电会影响动力电池的使用寿命。
快速充电模式实质上为应急充电模式,其目的是短时间内给新能源汽车充电。总体使用来说,不建议经常使用快速充电模式进行充电。而且快速充电模式有些车型是不支持的。
三、换电(整体动力电池更换)
也称为机械充电,除了常规的直接给车辆充电外,还可以采用更换动力电池的方式给电池充电。即在动力电池电量耗尽时,用充满电的动力电池更换电量过低的动力电池。将动力电池从车上更换下来的方式有:纯手动形式、半自动形式和智能机械化更换三种模式。
更换动力电池集成了常规充电模式和快速充电模式的优点。更换电池的充电模式最大的限制是各大厂商需要统一动力电池规格,大小等标准,并且保证每块电池组的性能一致,从而制约其发展。还有一个更为重要的原因是,该市场被国家电网所垄断,没有竞争对手,导致换电充电模式得不到应有的发展。
四、无线充电
无线充电模式即无需通过电缆来传递能量,采用电磁感应、电场耦合、磁共振和无线电波等方式进行能量的传递。采用无线充电模式,首先需要在车上安装车载感应充电机。车辆的受电部分与供电部分没有机械链接,但需要受电体与供电体对接较为准确。
受制于技术成熟度和基础设备的限制,电动知家认为无线充电技术暂时还无法大批量产应用。业内主流的无线充电技术主要采用电磁感应和磁共振方式传递电能,但磁共振方式充电效率更加高,而且电磁辐射强度更低,比手机通话时强度要小,更重要一点送电线圈与受电线圈无需非常对齐,这一点是电磁感应所不及的。
无线充电模式未来应用的前景无法估量,未来将能边走边充电,电能可能来自于路面铺装的供电系统,或者来自于汽车上接收的电磁波能量。
五、移动式充电
对电动汽车动力电池而言,最理想的情况是汽车在路上巡航时充电,即所谓的移动式充电(MAC)。这样,纯电动汽车就不必去寻找充电站、停放车辆并花费时间去充电。MAC系统埋设在一段路面之下,即充电区,不需要额外的空间。
接触式和感应式的MAC系统都可实施。对接触式的MAC系统而言,需要在车体的底部装一个接触拱,通过与嵌在路面上的充电元件相接触,接触拱便可获得瞬时高电流。当电动汽车巡航通过MAC区时,其充电过程为脉冲充电。对于感应式的MAC系统,车载式接触拱由感应线圈所取代,嵌在路面上的充电元件由可产生强磁场的高电流绕组所取代。很明显,由于机械损耗和接触拱的安装位置等因素的影响,接触式的MAC对人们的吸引力不大。
结束语
新能源汽车应用的快速增长,我国充电设施行业将面临巨大的发展空间。现阶段新能源汽车充电设施各项关键技术已趋成熟,但每一种充电模式都有明显优缺点,无论何种充电模式,最终的目的都是让车辆可以更高效去行驶更远路程。
作者:赵万海