电动汽车充电装置的研究与设计

张鹏飞

【摘 要】随着人们生活水平的提高，汽车在家庭中的普及率越来越高。汽车在给人们带来极大便利的同时，也带来了严重的环境问题。电动汽车作为一种“零排放”的环保型汽车，将是未来汽车发展的趋势。然而，电动汽车发展的同时，还需要兼顾充电设备的发展。充电桩作为电动汽车的充电设备，它的研究与设计显得尤为重要。本文对电动汽车充电技术的国内外发展现状进行了分析，并对其充电原理进行了简单的阐述，最终提出了一种结构简单紧凑的充电装置的设计思路。

【关键词】电动汽车；充电装置；设计；发展趋势

引言

近年来，大气污染问题愈演愈烈，由此而引发的全球变暖等灾难性的环境问题更是不可小视。而造成大气污染的源头之一就有汽车尾气排放。除此之外，汽车还会造成水污染和噪声污染，对环境和人类身心健康造成危害[1]。因此，对无污染的电动汽车的研究显得尤为重要。而电动汽车系统化、规模化生产和使用离不开充电设施的建设与完善。目前，电动汽车充电技术主要有三种，即交流充电、直流充电、更换蓄电池。由于更换蓄电池这种方式只适用于特定车辆，如公交车等，使用范围有限，故采用充电桩作为媒介的交流、直流充电方式才是发展的重要方向。

一、研究现状

电动汽车充电装置的发展进步，依赖于充电技术的发展。自电动汽车问世以来，国内外学者就对电动汽车充电技术进行了大量的研究。二十世纪初，美国科学家率先发明了以铅酸电池为载体的快速充电方式。之后，美国的马斯教授提出了著名的马斯三定律和最佳充电曲线等理论，为蓄电池快速充电技术奠定了基础[2]。我国研究学者在这一领域获得的成果也颇多，比如我国工程师设计的利用计算机控制的大功率快速充电机，陈体衔等学者研究的一种间歇式快速充电方式等，这些成果的应用有效地提高了电池的充电效率[3]。近些年来，又出现了电动汽车无线充电技术，即将电能转换为一种符合现行技术标准要求的特殊激光或微波束，通过汽车顶部安装的专用天线接收并最终为汽车供能的技术，这项技术的实现与应用将是传统充电模式的革新，省去了电动汽车停车充电的时间，使电动汽车充电方式变得更为高效、灵活。此外，还有一些新兴充电方式，比如模糊控制法、神经网络法等。

二、充电桩充电原理

充电桩是固定在地面上为电动汽车提供交流或直流电的充电装置，其功能类似于加油站的加油机。使用者通过刷卡，为电动汽车进行充电。此外，充电桩的显示屏还可以显示蓄电池充电的相关参数。

交流充电桩，是利用电动汽车车载充电机，将交流电网中的电能引入蓄电池中进行充电的装置。由于车载充电机功率较小，交流充电桩充电速度比较缓慢，普通纯电动轿车用充电桩大约需要4-5个小时才能充满电，因此被称为“慢充”。直流充电桩则不同，它可以通过交流电网直接对电动汽车电池充电，且其输出功率大，充电速度快，被称为“快充”，因此直流充电桩可以为电动汽车动力电池进行快速充电[4]。

三、新型充电装置的设计

现有的充电站设置的充电桩大多为独立式的，使得充电站占地面积大、建造成本较高，不适合在城市中心地带布置。针对这些问题，本文提出了一种新型充电装置的设计。

新型充电装置由中心转轴、转轮、支撑座、若干充电室以及驱动传动装置等组成。中心转轴与转轮焊接固定在一起，并且可以绕支撑座转动；转轮采用双排结构，上面设有轮辐，并与中心转轴固定在一起，其实质上为一双排转轮焊接在一起的框架结构，，主要功能是为充电室的布置提供支撑；充电室环布在转轮的边沿，为方形桶状结构，两端开口，分别为入口和出口，它是电动汽车充电的场所，内部设有防滑垫、充电桩等，防滑垫可防止汽车驶入充电室内出现打滑空转等不利情况，充电桩为动力电池进行充电；支撑座一侧为驱动传动装置，负责提供驱动中心转轴转动的动力，并将动力传输给支撑座。

当电动汽车需要充电时，中心转轴通过旋转控制转轮使得充电室绕中心转轴转动，当选择的充电室的地板与汽车支撑面水平时，转轴停止转动，汽车从充电室的入口驶入，停在充电室的地板上，然后通过充电桩对动力电池进行充電，使用者可以通过充电桩显示屏来选择交流或直流充电方式。当汽车充电完成时，中心转轴再次通过旋转控制转轮从而带动充电室运动，使得充电室地板平面与支撑座平面水平，于是汽车可以从充电室出口驶出。该新型充电装置使用方便，节省空间，可以同时进行多个充电室的作业，充电效率大大提高，并且它的支撑座可以建设在地上，也可建设在地下，适用空间范围比较广。

四、充电技术发展趋势

（一）智能化

由于电动汽车充电桩需要与交流电网连接，且不同充电桩接入电网工作的时间不同，故其对电网的电压会产生一定的影响，特别是当数量巨大的充电桩频繁地接入电网时会对电网产生很大的冲击。所以对充电设施建立智能化的统一监控，这样可以控制并减轻电动汽车间歇性接入电网对电网系统产生的冲击。

（二）高效化

随着现代社会生活节奏的加快，人们需要更加快捷高效的电动汽车充电技术。特别是交流充电方式，充电所需时间更久，故交流充电方式的高效化是未来重要的研究方向。

五、结语

电动汽车作为新兴的朝阳产业，在应对环境问题、能源危机等方面意义重大。电动汽车的发展离不开充电技术的进步，未来电动汽车充电技术的研究将是电动汽车领域的重要研究方向。随着智能、高效的充电技术的发展与完善，未来的电动汽车一定会更好地造福社会。

参考文献：

[1]程继夏，边耀璋.汽车发展对城市环境的影响及环境保护对策[J].长安大学学报，2002，04：103-105.

[2]庄幸，姜克隽.我国纯电动汽车发展路线图的研究[J].汽车工程，2012，02：91-97.

[3]郑益飞，欧阳名三，何世明.矿用电机车蓄电池充电方法的研究与应用[J].煤矿安全，2008，09：68-70.

[4]王源.电动汽车智能充电桩系统研究[D].长春：长春工业大学，2016.