王啟越，羅運俊，宋 瑞，陳基永，周德全

（中汽研汽車檢驗中心（廣州）有限公司，廣東 廣州 511340）

1 傳導充電技術(shù)

傳導充電[1]指的是使用導線將電動車和充電設施相連接，形成導通回路進行充電的一種技術(shù)手段，目前各主機廠的電動車幾乎都使用直流充電和交流充電進行充電，技術(shù)成熟、應用普遍；傳導充電技術(shù)領(lǐng)域的未來方向主要集中在大功率充電技術(shù)，該技術(shù)的推進和發(fā)展可以顯著緩解消費者的“用車焦慮”。

1.1 直流充電技術(shù)

直流充電指的是通過充電設置直接將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)化為直流電傳輸至汽車動力電池[2]。市場上大部分直流充電裝置集中在120 kW左右，電動車30分鐘即可充電80%以上。正因如此，直流充電特別適合需要快速補電場景，如市內(nèi)公交車、環(huán)衛(wèi)物流車、出租車等。其缺點在于產(chǎn)品造價較高；電動車充電時由于輸出電流較大，充電的過程中會伴隨電池溫度升高，可能導致動力電池的額定容量降低，對電池產(chǎn)生不可逆損傷[3]。直流充電的流程[4]見圖1，充電樁和電動車匹配連接，識別通訊協(xié)議進行充電控制單元激活，車輛開始充電，電動車在充電完成后發(fā)出中斷信號，結(jié)束充電過程。

圖1 直流充電流程圖

1.2 交流充電技術(shù)

新能源汽車的動力電池自身只能接受直流充電，當外部接入電動汽車的是交流電時，需要先通過車載充電機進行交流轉(zhuǎn)直流過程，再給動力電池進行充電[5]。交流充電設施占用體積小，操作簡便，安裝容易，但其充電速度較慢，電動車需要6～8個小時左右的時間才能充滿電量。交流充電的流程[6]見圖2，電動車連接充電設施后，交流電經(jīng)充電設施及充電連接裝置傳輸至車載充電機，經(jīng)車載充電機整流、濾波等處理后轉(zhuǎn)換為直流電為動力電池充電，電動車在充電完成后發(fā)出中斷信號，結(jié)束充電過程。

圖2 交流充電流程圖

1.3 大功率充電

隨著電動汽車的續(xù)航里程的延長，電池容量和充電時間也隨之增加，對于電動汽車來說，解決充電時間問題已迫在眉睫，大功率充電技術(shù)應運而生。行業(yè)內(nèi)將充電功率大于350 kW，電壓達到1 000 V，電流達到350 A的充電方式定義為大功率充電[7]。近年來，特斯拉、星星充電、特來電等眾多國內(nèi)外車企和供應商都在積極研發(fā)大功率充電技術(shù)。其中北汽新能源車載最新超級快充技術(shù)，可實現(xiàn)最大充電功率280 kW，10 min續(xù)航300 km；保時捷Mission E的快充系統(tǒng)最大充電功率可達350 kW，4 min續(xù)航100 km。2021年1月15日，“中國電動汽車百人大會”在北京釣魚臺召開，大會上，廣汽官方表示，首款搭載石墨烯電池的AION V的充電的最大功率達到600 kW。相關(guān)研究顯示，當充電樁的充電功率達到350 kW或以上時，電動車可以實現(xiàn)和燃油車加油一樣的感受，這種充電方式可以實現(xiàn)傳統(tǒng)車的完美替代。但大功率充電技術(shù)同樣面臨一些問題[8]，中國科學院院士歐陽明高表示，大功率充電技術(shù)需要重點關(guān)注安全性和耐久性，快充會導致電池負極的電位急劇下降，不僅會帶來電池壽命的問題，也會帶來安全問題。

2 無線充電技術(shù)

汽車無線充電技術(shù)主要通過電磁感應、磁場共振、無線電波等原理實現(xiàn)電力的非接觸式傳輸[9]。電磁感應式無線充電[10]目前在電動汽車應用最為廣泛，基于電磁感應原理，在無線充電裝置端和電動汽車端各裝有一個線圈，在初級線圈上通入一定頻率的交流電，則會產(chǎn)生一個變化的磁場，附近的次級線圈在變化的磁場作用下會產(chǎn)生一定的感應電動勢，令無線充電裝置端的電能轉(zhuǎn)移到電動汽車，其轉(zhuǎn)化效率較高，但只能單點進行充電，而且電能傳遞的距離較短。磁場共振式[11]無線充電設備由能量發(fā)送/接受裝置構(gòu)成，當充電設備和電動車有相同的共振頻率時，即可完成充電動作；其電能傳遞距離較遠，可以實現(xiàn)一對多方式充電，并且無需精準對位，但其傳輸中能量損耗較大。表1為目前國內(nèi)外研究電動汽車無線充電技術(shù)的廠商。

表1 國內(nèi)外研究電動汽車無線充電技術(shù)的廠商

3 換電技術(shù)

在新能源汽車的使用過程中，可能會遇到包括電池容量衰減、充電樁短缺等一系列問題，換電技術(shù)[12]應運而生。換電技術(shù)指的是通過集中型充電站對大量電池集中存儲、集中充電、統(tǒng)一配送，并在電池配送站內(nèi)對電動汽車進行電池更換服務或者集電池的充電、物流調(diào)配、以及換電服務于一體，理論上可以實現(xiàn)電動車無間斷的運行，而且，換電模式下完成后的電池將一直處于循環(huán)使用的過程中，可以一定程度延續(xù)動力電池的使用壽命，隨時可以消除安全隱患。但是換電站不同于公共充電樁，這種方式意味著高昂的建造和運行成本[12]。2020年8月12至13日，汽標委電動車輛分標委在深圳組織召開2020年標準審查會，其中由北汽新能源、蔚來、中汽中心等單位牽頭起草的GB/T《電動汽車換電安全要求》推薦性國家標準通過了審查，標準的制定將為換電電動車行業(yè)的健康安全發(fā)展提供指導。圖3為蔚來汽車換電站，僅需3～5分鐘即可完成更換滿電動力電池。

圖3 蔚來汽車換電站

4 結(jié)語

綜上所述，每種充電方式都有特定的使用場景及優(yōu)缺點，目前市場上仍以傳導充電方式為主；無線充電與傳導充電相比較，無線充電方式由于電動汽車沒有外部連接器，可以有效避免漏電、跑電等安全隱患，車輛只需停放在固定位置即可進行充電，無需監(jiān)管，但其充電成本高、傳輸效率低，目前市場還在推廣中。以無線充電與換電模式相比較，換電模式補電時間僅需3～5分鐘，而無線充電時間與充電功率相關(guān)，即使?jié)M功率充電，也需要幾個小時才可以充滿?？深A見的是，隨著國家新基建的浪潮推進，在國內(nèi)大中城市將迅速建立起充電網(wǎng)絡，包括快充樁、慢充樁、換電站等設施，屆時電動汽車充電難的問題將得到根本改善，汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展將迎來新的高峰。