摘要：在全球變暖與能源短缺的背景下，電動(dòng)汽車（EV）作為一種清潔高效的交通方式，逐漸成為未來交通的主要構(gòu)成部分，電動(dòng)汽車的推廣和普及需要良好的充電設(shè)備支撐?；诖?，對(duì)我國目前的電動(dòng)車充電設(shè)施經(jīng)營企業(yè)進(jìn)行歸納總結(jié)，分析了目前電動(dòng)汽車充電技術(shù)和面臨的問題，探究了未來充電技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電技術(shù)；充電設(shè)施；無線充電；大功率充電樁

中圖分類號(hào)：U469收稿日期：2024-11-11

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.030

1前言

隨著國家對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的大力支持，電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展期，然而其充電問題制約了電動(dòng)汽車進(jìn)一步發(fā)展。自2015年《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》發(fā)布以來，各級(jí)管理部門相繼出臺(tái)了一系列扶持、引導(dǎo)充電基礎(chǔ)設(shè)施的政策。

2充電設(shè)施運(yùn)營企業(yè)發(fā)展多樣化

在國內(nèi)，當(dāng)前的電動(dòng)汽車普遍使用的是低速充電和直流充電兩種方式。特別是一些A0級(jí)和A00級(jí)的純電動(dòng)汽車，出于節(jié)約成本和短途行駛的考慮，只保留了AC接口，取消了直流接口。便攜式小功率直流充電電動(dòng)機(jī)的供電電源是220V的交流電網(wǎng)，同樣電量條件下，在保證同等容量的情況下，實(shí)現(xiàn)更輕的質(zhì)量和更高的續(xù)航里程是未來汽車制造商的重點(diǎn)發(fā)展方向。但是，由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)行過程中涉及諸多難點(diǎn)和問題，對(duì)其進(jìn)行深入的研究，將有利于推動(dòng)我國電動(dòng)汽車行業(yè)的健康發(fā)展［1］。

2.1細(xì)分領(lǐng)域眾多

目前充電樁的生產(chǎn)、運(yùn)營平臺(tái)的搭建、充電樁的搭建、售后維護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域并存，企業(yè)各有所長。這種企業(yè)多樣化的發(fā)展優(yōu)勢(shì)使每家公司都能在各自的科技領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。如國家電網(wǎng)、南方電力屬于供電公司，可以與政府部門緊密合作，爭取以最快速度拿到用地，拿到充電樁的經(jīng)營資質(zhì)。這類企業(yè)的優(yōu)勢(shì)在于擁有充足的資本，足以應(yīng)對(duì)巨大的初始投入和較長的回報(bào)期，企業(yè)能進(jìn)行產(chǎn)品研究、操作平臺(tái)開發(fā)、設(shè)備的維護(hù)等。這些企業(yè)具有較強(qiáng)的核心技術(shù)，資金實(shí)力雄厚。

2.2建樁類型分化

隨著電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)的加速，各種類型的建筑樁逐漸分化。為了實(shí)現(xiàn)快速積累財(cái)富的目標(biāo)，許多充電站都選擇了大功率充電站，特別是雙槍型充電設(shè)備。這類充電站既能提高充電效率，同時(shí)又能為多輛車充電。例如，設(shè)計(jì)一座15kW的雙槍交流充電站和一座80kW或120kW的雙炮直流充電站，它們因功率大而備受青睞。在設(shè)計(jì)和建造大功率充電裝置的過程中，要增大充電裝置的功率、選用較粗的電纜以輸送較大的電流，再對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，使其能夠進(jìn)行大功率充電［2］。圖1給出了公共充電樁的研究范圍。

3電動(dòng)汽車充電技術(shù)及存在的困境

3.1感應(yīng)式無線充電技術(shù)

感應(yīng)型無線充電技術(shù)是一種通過對(duì)交流電磁場進(jìn)行電磁感應(yīng)的方法。從圖2可以看出，由發(fā)送線圈和接收線圈之間的交流磁場來傳遞電能，通過變換器和控制器來給電動(dòng)汽車充電。該產(chǎn)品具有無線、易于實(shí)現(xiàn)硬件標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。由于輸電效率與輸電距離成反比，故輸電效率隨輸電距離的增大而降低。

目前制約無線充電技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸在于電磁兼容性，而封閉式智能停車場則是一種有效的解決方案，但其昂貴的價(jià)格制約了該技術(shù)的推廣［3］。此外，在這種充電模式下，收發(fā)線圈必須精確定位，誤差超過幾厘米就會(huì)影響到感應(yīng)。

3.2傳導(dǎo)式充電技術(shù)

傳導(dǎo)式充電技術(shù)是一種在電動(dòng)汽車上被廣泛使用的充電模式（圖3），其原理是在充電裝置和電動(dòng)車之間建立物理聯(lián)系，并通過線纜向蓄電池傳輸電能。該充電過程主要包括以下幾點(diǎn)：

a.充電模塊，用于能量的轉(zhuǎn)化；b.充電狀態(tài)的監(jiān)測；c.充電過程中的安全與穩(wěn)定性；d.充電過程中的計(jì)費(fèi)；e.在實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)氣式充電技術(shù)除了要保證充電接口的規(guī)范統(tǒng)一、充電參數(shù)的準(zhǔn)確控制外，還需要對(duì)充電過程中的計(jì)費(fèi)等環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)范管理。

另外，充電站的合理布置也是提升充電效率與便利性的關(guān)鍵。然而，在充電過程中也存在不可忽視的安全隱患，必須采取多種措施來保證充電過程的安全性和可靠性。

3.3換電技術(shù)

換電就是把電動(dòng)車上用完電的電池拆下來，用已經(jīng)充滿電的電池來代替。該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以大幅提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，大大提高使用者的出行效率。但是，電動(dòng)汽車的普及與應(yīng)用還存在諸多問題，具體如下：

a.建立一個(gè)換電站是一項(xiàng)巨大的投資，包括土地、設(shè)備和人員的投資。

b.在汽車充電過程中，必須有一個(gè)統(tǒng)一的汽車動(dòng)力電池規(guī)范。不同品牌和車型的電動(dòng)汽車所需的電池也不盡相同，因此有必要建立一套符合各類電動(dòng)汽車需求的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

c.對(duì)充電業(yè)務(wù)的費(fèi)用進(jìn)行會(huì)計(jì)處理。充電站既要滿足用戶的需求，又要保證自己的經(jīng)濟(jì)利益。所以，如何在保證充電站收益的前提下，為用戶提供合理的充電收費(fèi)，是一個(gè)值得探討的課題。

d.對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行改造后的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。充電過程中，蓄電池的拆裝對(duì)整車造成了較大的沖擊，所以必須對(duì)充電后的整車進(jìn)行嚴(yán)格檢測，以保證整車的安全穩(wěn)定運(yùn)行［4］。

4電動(dòng)汽車充電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

4.1諧振無線充電

諧振無線充電是一種以電磁諧振為基礎(chǔ)的高效能量傳輸方式，是一種新興的無線充電技術(shù)。其核心是收發(fā)兩個(gè)共振線圈，將兩者調(diào)至相同的頻率，使之發(fā)生共振，實(shí)現(xiàn)無需肢體接觸即可實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。

本課題提出一種新型諧振式無線充電方式，能夠延長電池的續(xù)航時(shí)間，并提升電池的能量轉(zhuǎn)化效率。而對(duì)于一輛純電動(dòng)汽車，無需將車輛?？吭诔潆姌渡希憧蔀槠涑潆?，這讓充電變得更加方便。此外，該課題的研究結(jié)果還可擴(kuò)展至無人機(jī)等對(duì)續(xù)航能力要求較高、能量轉(zhuǎn)化效率較高的場合。

基于以上研究，本課題擬研究諧振式無線充電技術(shù)，并將其用于電動(dòng)汽車等工業(yè)領(lǐng)域，為用戶提供更加便捷高效的充電體驗(yàn)。

4.2大功率充電樁

電動(dòng)汽車得到快速發(fā)展，已經(jīng)在公共交通、出租車、物流、共享單車等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，但目前限制其發(fā)展的主要瓶頸是公共充電樁數(shù)量少、電池續(xù)航時(shí)間短。要想達(dá)到更遠(yuǎn)的航程，就必須增大蓄電池的容量，提高蓄電池電壓，提高充電功率及充電電壓，縮短充電時(shí)間。因此，需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，構(gòu)建高功率的充電樁，使之達(dá)到1000V/350A。高功率充電站的發(fā)展方向如下：

a.發(fā)展高功率的充電裝置。各充電模組的容量愈大，組成一座高功率充電站所需要的模組數(shù)愈多，模組之間交流與控制也就愈穩(wěn)定且可靠。

b.增加纜段的長度，增加載流量。

c.為提升充電站的使用效率，對(duì)熱管理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

4.3與新能源配套

新能源汽車屬于節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，但充電環(huán)境存在可變性、隨機(jī)波動(dòng)性。將新能源汽車的充電設(shè)備接入電網(wǎng)，電動(dòng)汽車可以充當(dāng)柔性負(fù)載及儲(chǔ)備設(shè)備，滿足新能源接入電網(wǎng)的需求，又能緩解新能源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的不利影響［5］。此外，將其接入部分商用區(qū)域，通過微電網(wǎng)參與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的均衡。

4.4充電站的集中式和分布式布局

國產(chǎn)三元鋰、磷酸鐵鋰是我國主要的動(dòng)力電池，單次使用的放電深度較低，電池的續(xù)航時(shí)間較長，理想的充電功率范圍為20%～90%。在動(dòng)力電池的充電過程中，充放電過快或過慢都會(huì)造成電池的故障。在充電站或者充電樁的布局上，可以參考加油站的模式，先建立一個(gè)集中的充電站，然后根據(jù)市場的情況，建立一個(gè)分散的充電樁，讓車主能夠在最優(yōu)的充電時(shí)間內(nèi)進(jìn)行充電，從而保證動(dòng)力電池的續(xù)航能力。

4.5充電普及化、智能化

在新能源汽車產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施過程中，對(duì)動(dòng)力電池體系及電壓水平進(jìn)行統(tǒng)一，對(duì)公用充電設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車的充電接口、接口協(xié)議等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。作為電動(dòng)汽車的供能裝置，必須具有大范圍的充電能力，能與各種類型的動(dòng)力電池匹配，滿足多種類型動(dòng)力電池的充電需求。

未來的充電業(yè)務(wù)將向智能化方向發(fā)展，將充當(dāng)“中轉(zhuǎn)站”，通過對(duì)蓄電池的放電情況進(jìn)行監(jiān)控，以達(dá)到無損耗的目的，防止過充和過久；通過智能充電技術(shù)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池故障的自動(dòng)診斷與維修；智能電力管理，實(shí)現(xiàn)即插即充，無接觸支付等功能。

4.6標(biāo)準(zhǔn)化的貿(mào)易清算方式

電動(dòng)汽車的自身設(shè)計(jì)在一定程度上能影響能源消耗率，能反映出電動(dòng)汽車對(duì)電能的利用率。能源利用率是由動(dòng)力電池的能量轉(zhuǎn)化效率來決定的，使用高效率的充電設(shè)備是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車節(jié)能減排的關(guān)鍵。降低電動(dòng)能源消費(fèi)成本和統(tǒng)一能源消費(fèi)結(jié)算方式的，是新能源消費(fèi)市場發(fā)展的趨勢(shì)。在充電和換電兩種方式中，需要通過資源整合，搭建信息交流平臺(tái)，降低各廠商的充換電產(chǎn)品的差異性，增強(qiáng)充換電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，制定標(biāo)準(zhǔn)化的交易結(jié)算方式，增強(qiáng)電動(dòng)汽車的充換電作業(yè)的便利性和交易的安全［6］。

5結(jié)語

電動(dòng)汽車的發(fā)展需要解決續(xù)航里程、運(yùn)營成本、充電效率、電源管理等問題。隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展，在電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)的共同作用下，充換電設(shè)備的容量以及服務(wù)能力、投資運(yùn)營等方面都會(huì)有新的突破，相關(guān)設(shè)施也會(huì)隨之而動(dòng)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)不斷完善，電動(dòng)汽車的充電設(shè)備將會(huì)隨著科技的進(jìn)步與市場的擴(kuò)張得到改善，從而不斷推動(dòng)電動(dòng)汽車充電技術(shù)的發(fā)展。

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作者簡介：

左正濤，男，1998年生，助理工程師，研究方向?yàn)槠嚈z測與維修、新能源汽車。