孙高杰 于文佳 苏靖祥
（国网天津城东供电公司）
摘要：本文主要针对电动汽车充电需求侧进行技术分析，提出充电的基本技术要求和解决方案；对不同类型充电电池的充电模式进行对比；提出充电配电网智能化的概念并就双向充电技术发展趋势进行展望。
关键词：充电技术 需求分析 双向电能转换
1.前言
随着化石能源的日益枯竭以及二氧化碳等温室气体排放带来的气候变暖的加剧,节能减排已经成为全球的共识, 因此研制和推广清洁高效的汽车动力同样势在必行。要想让电动汽车对大众真正形成吸引力并在全球范围内得到普及，除了让消费者买得起外，在使用时也要保证它比现有的用油汽车更加方便。汽车充电时间过长、充满电后行驶里程有限……这些都是新能源汽车发展上需要解决的难题。
2.电动汽车充电的技术要求和解决方案
在多种类型蓄电池、多种电压等级共存的市场背景下，用于公共场所的充电装置必须具有适应多种类型蓄电池系统和适应各种电压等级的能力，即充电系统需要具备多种类型蓄电池的充电控制算法，可与各类电动汽车上的不同蓄电池系统实现充电特性匹配。因此，在电动汽车商业化的早期，就应该制定相关政策措施，规范充电装置与电动汽车的充电接口、充电规范和接口协议等。
电动汽车充电的载体是动力电池，目前主要的电动汽车动力电池由铅酸电池、氢镍电池、锂离子电池三分天下。动力电池的性能由其物理结构决定，并决定着充电技术的选取。动力电池的性能和寿命不仅与自身的参数有关，充电方式、充电结束电压、充放电电流等充电过程中的因素也会对其造成一定的影响，需要根据各种因素对动力电池的充电技术进行选取。
超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理，凭借其容量大、功率密度大、使用寿命长、安全性强和对环境没有污染等特性，成为了电动汽车动力开发的重要方向之一。其在启动、加速和上坡行驶作业时可提供瞬时大功率，并在汽车制动时回收能源加以利用，最重要的是超级电容器可以实现快速充电，对电动汽车实现续航具有重大意义。目前电动汽车充电方式有三种，即更换电池、快速充电、无线充电。更换电池实质是将新能源汽车动力电池环节市场化运营，有利于降低电动车的售价及减短充电时间，但是行业专业化高。快速充电是以较大电流在短时间内为电动汽车提供快速充电服务。增大充电电流，可以使电池极板上单位时间内恢复的活性物质增多，但是会减短电池的使用寿命。“无线充电”策略摆脱了线的束缚，其最流行的解决方案包括电磁感应和磁共振。
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电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，对电池的电压、电流、温度等参数进行时刻检测，同时还进行着多种智能管理：漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒……其中最重要的是它在电动汽车充电过程中发挥着保护电路与调节最优充电的作用。
3.电动汽车的充电电池及其充电模式
铅酸电池受环境的影响较大，温度等因素会对电池的SOC值影响较大，在变电流放电的情况下，脉冲分阶段恒流快速充电能够很好的适应铅酸电池的充电特点。氢镍电池在高温充电时，副反应氧析出反应会加速，使得电池内压升高，容易发生爆炸，可以通过调整配方工艺加以改善，提高高温下充电效率和安全性，其充电技术主要采取恒电流充电方式。锂离子电池目前是运用最多的动力电池，其性能与正极材料密切相关，锂钴氧化物和锂锰氧化物适宜锂离子的脱嵌，成本低廉、无污染以及耐过充性和热安全性更好，对充电过程中的保护要求相对较低，适宜作为正极材料。动力电池的性能和寿命不仅与自身的参数有关，充电方式、充电结束电压、充放电电流等充电过程中的因素也会对其造成一定的影响，需要根据各种因素对动力电池的充电技术进行选取。
4.电动汽车配电网智能化的充电技术
电动汽车采用单向技术充电只能从电网中得到电能不能将多余的电能反馈到电网中。采用双向有序的电能转换的充电模式V2G, 电动汽车车载电池可以作为一种移动储能单元与电网进行双向电能转换。家用汽车大部分时间处于停止状态, 如果接入电网的电动汽车数量足够多时, 就可以作为可移动的分布式储能装置用于削峰填谷、平衡负荷等, 提高电网运行的效率, 同时给电动汽车用户带来直接的经济效益。
5.电动汽车充电技术的发展趋势
制约电动汽车发展及普及的最关键问题之一，是储能电池的性能和应用水平。优化电池智能化充电方法的目标是要实现无损电池的充电，监控电池的放电状态，避免过放电现象，从而达到延长电池的使用寿命和节能的目的。充电智能化的应用技术发展主要体现在以下方面：优化的、智能充电技术和充电机、充电站;电池电量的计算、指导和智能化管理;电池故障的自动诊断和维护技术等。电动汽车的能耗指标与其运行能源费紧密相关。降低电动汽车的运行能耗，提高其经济性，是推动电动汽车产业化的关键因素之一。对于充电站，从电能转换效率和建造成本上考虑，应优先选择具有电能转换效率高，建造成本低等诸多优点的充电装置。本着子系统小型化和多功能化的要求，以及电池可靠性和稳定性要求的提高，充电系统将和电动汽车能量管理系统集成为一个整体，集成传输晶体管、电流检测和反向放电保护等功能，无需外部组件即可实现体积更小、集成化更高的充电解决方案，从而为电动汽车其余部件节约出布置空间，大大降低系统成本，并可优化充电效果，延长电池寿命。
6.结束语
电动汽车的发展包括电动汽车以及能源供给系统的研究和开发,其中能源供给系统是指充电基础设施，供电、充电和电池系统及能源供给模式。电动汽车充电技术作为一个新的科技领域，世界各国都置身于充电技术的研究,并拟制作充电技术标准，为未来企业发展占据先机。充电系统为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。
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论文作者:孙高杰,于文佳,苏靖祥
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/5
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