寧磊 梁乾

寧磊

畢業(yè)于西安建筑科技大學，碩士研究生，現(xiàn)就職于漢中職業(yè)技術(shù)學院汽車與機電工程學院，任講師，主要研究方向：車輛底盤的CAD與CAE、優(yōu)化設計、新能源汽車，已發(fā)表論文4篇。

摘要：慢充是最適合電動汽車充電的模式。但現(xiàn)充電設備布置情況存在布線麻煩、成本高、充電不方便的缺點。針對上述缺點，本文提出區(qū)域性充電樁投放布置、移動式充電樁布置和機器人無線充電樁布置三種模式來有效的解決電動汽車充電的便攜性、經(jīng)濟性、高效率和可操作性，對推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展有一定的意義。

關(guān)鍵詞：電動汽車;充電設備;布置途徑

中圈分類號：U270.2 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（ 2021） 06-0090-04

Research On the Arrangement Of Electric Vehicle

Charging Equipment

NING Lei， LIANG Qian

（ Hanzhong Vocational and Technical College， Hanzhong 723000， China）

Abstract： Slow charging is the most suitable charging mode for electric vehicles。However， the current arrangement of charging equipment has some disadvantages， such astroublesome wiring， high cost and inconvenient charging.ln view of the above shortcomings，this paper proposes three modes of regional charging pile placement， mobile charging pileplacement and robot wireless charging pile placement to effectively solve the portability，economy， high efficiency and operability of electric vehicle charging， which has a certamsignificance for promoting the development of electric vehicle industry.

Key Words： Electric Vehicle; Charging Equipment; Decorate AWay

純電動汽車因其環(huán)境污染小、噪聲污染小、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單維修方便等優(yōu)點已然成為汽車發(fā)展的重點車型。然而，動力電池制造與使用成本較高，續(xù)駛里程不理想、充電不方便且充電時間長是制約著電動汽車快速發(fā)展。隨著技術(shù)的革新，動力電池的續(xù)航里程會逐漸增加，成本也會降低，充電速度也會變快，但是充電設備的布置問題仍然亟待解決。本文就電動汽車充電設備的布置途徑進行探究，提出三個合理有效的解決方案。

1 電動汽車現(xiàn)有的充電方式

快充充電與慢充充電是現(xiàn)有的兩種充電模式。

快速充電通過AC-DC變換將高壓大電流通過高壓母線直接給動力電池進行充電，以實現(xiàn)電動汽車較短時間完成充滿電的目標?？斐湎到y(tǒng)主要由動力電池、高壓配電盒、快充接口、供電設備等構(gòu)成，如圖1所示：

慢充通過AC/DC變換將220伏交流電轉(zhuǎn)化為高壓直流電充人動力電池進行儲存。慢充系統(tǒng)又稱為車載充電裝置，利用市電和隨車攜帶的適配器對車輛進行充電。慢充系統(tǒng)主要由動力電池、車載充電機、高壓配電盒、慢充口、供電設備等構(gòu)成，如圖2所示：

對于這兩種充電方式而言，慢充充電的優(yōu)點在于：

1）充電器便于攜帶，充電區(qū)域靈活，智能充電，無需人工職守;

2）車載充電機具有過熱、過流、過（欠）壓、短路、輸出反接等保護功能;

3）充分利用電力低谷時段充電，充電成本降低，充電電壓穩(wěn)定;

4）根據(jù)電池特性設計充電曲線，可對電池深度充電，提升其充放電效率，延長壽命。

其最主要的缺點在于充電時間較長，一般需要8小時左右。

快充充電方式優(yōu)點在于充電速度非?？?，較短時間可以充電80%，偶爾的快充可適當激增電池容量，提高啟動性能。缺點在于：

1）充電設備安裝要求和成本非常高;

2）充電電流電壓較高，短時間內(nèi)對電池沖擊較大，會造成電池發(fā)熱甚至電池活性物質(zhì)脫落。

因此，再優(yōu)秀的電池，快充終究會影響其使用壽命。因此慢充應該是電動汽車充電的主要模式。

2 充電設備布置途徑的探究

慢充是最適合電動汽車充電的模式，但是充電設備的布置直接影響到電動汽車充電的便捷性、效率和可操作性?，F(xiàn)有慢充充電樁采用一車～樁模式，這樣的缺點是接線麻煩，成本高，而且必須有固定車位，對于沒有固定車位的用戶來說慢充充電著實成為一個難題。本文針對問題提出3種可行的解決方案。

2.1 區(qū)域投放充電樁布置

區(qū)域性投放充電樁布置指的是多個電動汽車廠商聯(lián)合以小區(qū)、社區(qū)或工作單位為區(qū)域進行慢充充電裝的投放布置，用戶可以通過移動客戶端根據(jù)自己車輛的電量情況提前預約充電。

該方法需要解決的問題是：

1）電動汽車生產(chǎn)廠商能夠通過自己品牌的用戶的大數(shù)據(jù)信息來規(guī)劃投放區(qū)域，當然如果放在戰(zhàn)略發(fā)展層面，可以多多益善;

2）廠商需要做好客戶充電的移動客戶端APP，客戶通過APP既可以預約充電，還能隨時看到自己的充電狀態(tài)并能提醒充電結(jié)束。通過APP廠商還需要搜集每個用戶的充電規(guī)律，以利于對本區(qū)域充電樁的數(shù)量的布置進行及時調(diào)整，徹底做到設備利用效率最大化，用戶都能方便及時的充電;

3）小區(qū)要規(guī)劃出專為電動汽車充電的區(qū)域;

4）用戶要能夠按照預約有序充電。

這種方案的優(yōu)點在于：

1）聯(lián)合的電動汽車廠商可以以此來給自己的電動汽車做品牌塑造，鎖定客戶群體;

2）多家廠商聯(lián)合可以降低各自投放充電樁的成本，進而多區(qū)域覆蓋;

3）提高了車主的便捷性和購車成本。

2.2移動式充電樁布置

移動式充電樁布置是指通過在車位（可以是固定車位，也可以是公用車位）周圍建立充電樁移動軌道，通用的充電樁可以在軌道上移動，給需要充電的車輛進行充電。如圖3為移動式充電樁設計示意圖：

對于移動式充電樁需要解決的問題是：

1）軌道的開發(fā)，能夠安全、精準地的將充電樁送到目的地。

2）充電樁、軌道和車輛之間完美的電氣連接。將需要充電的車輛的充電線提前插好，當移動充電樁移動到充電口時對該車輛的充電需求進行檢測，當檢測到充電需求時，充電樁會自動連接充電口，完成電器對接。當檢測到不到充電需求時，直接跳過。

對于慢充而言，一個充電裝最多負責3個電動汽車的充電任務，所以在布置充電樁數(shù)量時，可以根據(jù)軌道覆蓋區(qū)域車輛的數(shù)量來決定充電樁的數(shù)量。為了提高效率，設計充電樁控制系統(tǒng)，具有收集充電信息的功能。當充電線插好后給充電樁控制系統(tǒng)一個信號，充電樁控制系統(tǒng)會收集到需要充電的充電口位置信息，然后合理的安排此軌道上各個充電樁運動的軌跡，保證充電效率，充電樁控制系統(tǒng)邏輯示意圖如圖4所示：

3）建立行業(yè)標準，使得各個品牌的電動汽車的充電口統(tǒng)一;

4）充電樁軌道的建設，需要車位管理單位統(tǒng)一建設。

這種方案的優(yōu)點是：

1）減少了充電樁的數(shù)量，降低成本;

2）充電方便簡單，只用插上充電線即可，實現(xiàn)無人換充;

3）降低了車主購車成本;

4）有效地解決充電問題。

2.3 機器人無線充電樁

機器人無線充電樁是指充電機器人沿著地面預定的軌道給需要充電的電動汽車進行無線充電，無線充電機器人充電樁設計示意圖如圖5所示：

在車位（可以是固定車位，也可以是公用車位）上設計深槽軌道，軌道里邊布置充電控制系統(tǒng)（圖中沒有標出）、電氣線路與移動的充電機器人連接。每個軌道上移動機器人的數(shù)量根據(jù)軌道覆蓋區(qū)域車輛的數(shù)量來決定。當車輛進入車位后，車主可以通過移動客戶端發(fā)送充電請求給充電控制系統(tǒng)，充電控制系統(tǒng)接收到充電請求后查詢此區(qū)域充電機器人的工作狀態(tài)。如果充電機器人此時在待命狀態(tài)，充點控制系統(tǒng)會給充電機器人下發(fā)充電指令，充電機器人接到指令后移動到需要充電的電動汽車地下進行無線充電，并給充電控制系統(tǒng)反饋信息，充電控制系統(tǒng)再給用戶移動客戶端反饋開始正常充電信息。倘若充電機器人都在充電狀態(tài)，充電控制系統(tǒng)會將待充電的電動汽車信息按照發(fā)送請求的先后進行排序，并給車主反饋等待時長，車主可以根據(jù)充電時長選擇繼續(xù)排隊等待還是選擇放棄。機器人無線充電樁充電控制系統(tǒng)邏輯示意圖如圖6所示：

對于機器人無線充電樁需要解決的問題：

1）充電控制系統(tǒng)、軌道及機器人的開發(fā)，能夠安全、精準地的將充電樁送到目的地。

2）機器人充電樁與車輛之間完美的無線充電模式的開發(fā)。當機器人充電樁移動到有充電需求的車輛底部時，判斷充電條件具備時，開始無線充電，并給充電控制系統(tǒng)反饋充電狀態(tài)。一個機器人充電樁也最多負責3個電動汽車的充電任務，所以在布置充電樁數(shù)量時，可以根據(jù)軌道覆蓋區(qū)域車輛的數(shù)量來決定充電樁的數(shù)量。

3）建立行業(yè)標準，使得各個品牌的電動汽車的無線充電模式統(tǒng)一;

4）充電樁軌道的建設，需要車庫管理單位統(tǒng)一建設。

這種方案的優(yōu)點是：1）減少了充電樁的數(shù)量，降低成本;2）充電方便簡單，只用在移動客戶端發(fā)送請求即可知道自己充電等待時長，從而選擇繼續(xù)等待還是選擇放棄，實現(xiàn)智能充電;3）降低了車主購車成本;4）有效地解決車主充電問題。

3 結(jié)論

慢充是最適合電動汽車充電的模式。但現(xiàn)充電設備布置情況存在布線麻煩、成本高、充電不方便的缺點。針對上述缺點，本文提出區(qū)域性充電樁投放布置、移動式充電樁布置和機器人無線充電樁布置三種模式來有效的解決電動汽車充電的便攜性、經(jīng)濟性、高效率和可操作性，為推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展有一定的意義。

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[1]吳彤，淺談新能源汽車充電系統(tǒng)問題研究[J].石河子科技2021，（2），31-32.

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[5]張朱讓，尤元婷.電動汽車維護保養(yǎng)[M].機械工業(yè)出版社，2018.04.

專家推薦語

孫立清

北京理工大學中關(guān)村校區(qū)機械與車輛學院

副教授 博士后

論文基于現(xiàn)有充電設備布置情況存在的布線麻煩、成本高和充電不方便等缺點，提出了區(qū)域性充電樁投放布置、移動式充電樁布置和機器人無線充電樁布置三種能有效的解決電動汽車充電的便攜性、經(jīng)濟性、高效率和可操作性的新模式，文中觀點對推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展有一定的借鑒意義。論文有新意，體現(xiàn)了一定的創(chuàng)造性，有一定學術(shù)水平，論述科學，設計合理，方法可靠，理論結(jié)合實際，有實用價值，文字流暢，條理清楚，合乎邏輯。