當前，珍惜地球上有限的石油資源，保護人類賴以生存的自然環(huán)境，減少溫室氣體排放量，遏制全球氣候變暖已經(jīng)成為各國面臨的共同問題。汽車作為現(xiàn)代社會化大工業(yè)的產(chǎn)物，已經(jīng)成為石油消耗的主體。汽車排放的大量尾氣造成嚴重的空氣污染，影響人們的身心健康和社會的可持續(xù)發(fā)展。要解決能源與環(huán)境兩大問題，汽車工業(yè)必然向著環(huán)保、清潔、節(jié)能方向發(fā)展。以電動汽車為代表的新能源汽車具有零（低）污染物排放、低噪聲、能源效率高、維修及運行成本低等特點，代表了世界汽車發(fā)展的方向。

1 電動汽車充電設備

電動汽車充電設備一般稱為充電機，在電動汽車應用中發(fā)揮著重要的作用。對于一輛電動汽車來講，充電機是不可缺少的子系統(tǒng)之一，蓄電池的電能用完之后，用它給蓄電池再充電，其功能是將電網(wǎng)的電能轉化為電動汽車車載蓄電池的電能。

圖1 地面充電機布置方案

1.1 性能要求

對充電機的基本性能要求包括以下幾項：

（1）經(jīng)濟效益

成本經(jīng)濟、價格低廉的充電機有助于降低整個電動汽車的成本，提高運行效益，有利于促進電動汽車的商業(yè)化。

（2）操作方便

當在供電電網(wǎng)、充電機和蓄電池組之間進行插頭和插座的插拔操作時，要本著操作簡單、易于使用的原則。一般插頭較大、較重，需要一定的插拔力度。

（3）高效無污染

效率高是對現(xiàn)代充電機最重要的要求之一，它對整個電動汽車的能量效率有巨大的影響。同時還要有效抑制充電機在使用過程中對供電電網(wǎng)和其他用電設備的諧波污染，因此，設計充電機時要保證較高的輸入功率因數(shù)。

（4）可靠安全

電動汽車充電時，如何保證人身和蓄電池組的安全是至關重要的，充電機必須保證整個充電過程安全可靠。主要有以下幾種情況：

①操作者將電動汽車蓄電池組通過充電機與供電電網(wǎng)連接；

②充電過程中，人身與電動汽車車體接觸；

③充電過程中，充電機發(fā)生故障；

④充電結束后，操作者進行斷開操作；

⑤外部環(huán)境條件惡劣，如遇雨雪天氣等。

1.2 主要分類

根據(jù)不同的分類標準，電動汽車充電機可以分為多種類型，如表1所示：

（1）車載充電機

車載充電機，是指安裝在電動汽車上的采用地面交流電網(wǎng)和車載電源對電池組進行充電的裝置，它將一根帶插頭的交流動力電纜線直接插到電動汽車的插座中給電動汽車蓄電池充電，因此也可以稱為交流充電機。車載充電機一般設計為小充電率，它的充電時間長（一般是5~8h），由于電動汽車車載質(zhì)量和體積的限制，車載充電機要求盡可能體積小、重量輕（一般小于5kg）。車載充電機對于要充電的蓄電池是有針對性的，蓄電池的充電方式也是預先定義好的。由于充電機和電池管理系統(tǒng)（BMS，負責監(jiān)控蓄電池的電壓、溫度和荷電狀態(tài)）都裝在車上，它們相互之間容易利用電動汽車的內(nèi)部線路網(wǎng)絡進行通信。

（2）地面充電機

地面充電機，即非車載充電裝置，是指固定在地面上的對交流電進行整流變換，其直流輸出端對電池組進行充電的裝置，因此也可以稱為直流充電機。根據(jù)充電場所和充電需求的不同，地面充電機主要應用于家庭、充電站以及各種公共場所。為了可以滿足各種電池的各種充電方式，通常地面充電機的功率、體積和重量都比較大，一般設計為大充電率。由于地面充電機和電池管理系統(tǒng)在物理位置上是分開的，它們之間必須通過電線或者無線電進行通信。根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的關于電池的類型、電壓、溫度和荷電狀態(tài)的信息，地面充電機選擇一種合適的充電方式為蓄電池充電，以避免蓄電池的過充和過熱。

圖1是電動汽車所用的地面充電機的典型布置方式。該充電機由一個能將輸入的交流電轉換為直流電的整流器和一個能調(diào)節(jié)直流電功率的功率轉換器組成，通過把電線的插頭插入電動汽車上配套的插座中，直流電能輸入蓄電池對其充電。充電器設置了一個鎖止杠桿以利于插入和取出插頭，同時杠桿還能提供一個確定已經(jīng)鎖緊的信號，如果沒有此信號，充電器就不會給電池充電以確保安全。根據(jù)地面充電機和車上電池管理系統(tǒng)相互之間的通信，功率轉換器能在線調(diào)節(jié)直流充電功率，而且地面充電機能顯示充電電壓、充電電流和充電的電能，甚至所需充電費用等。

3）傳導式充電機

傳導式充電機，又稱接觸式充電機，采用插頭與插座的金屬接觸來導電，充分利用了技術成熟、工藝簡單和成本低廉的優(yōu)點。使用者把充電源接頭連接到汽車上。這種方式的缺陷是：導體裸露在外面不安全，而且會因多次插拔操作，引起機械磨損，導致接觸松動，不能有效傳輸電能。

（4）感應式充電機

感應式充電機是采用感應耦合方式充電，即充電源和汽車接受裝置之間不采用直接電接觸的方式，而是采用由分離的高頻變壓器組合而成，通過感應耦合，無接觸式地傳輸能量。采用感應耦合方式充電，可以有效解決接觸式充電的缺陷。

感應充電機是利用高頻變壓器原理，如圖2所示，高頻變壓器的一邊繞組裝在離車的充電器上，另一邊繞組嵌在電動汽車上，輸入電網(wǎng)交流電經(jīng)過整流后，通過高頻逆變環(huán)節(jié)，將50~60Hz的市電轉換為80~300Hz的高頻電，經(jīng)電纜傳輸通過感應耦合器后，傳送到電動汽車輸入端，再經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)，將高頻交流電變換為能夠為蓄電池充電的直流電。

2 電動汽車充電方式

2.1 常規(guī)充電

常規(guī)充電就是采用傳統(tǒng)的恒流、恒壓充電方式對電動汽車進行充電，分為小電流充電和中電流充電兩種方式。

（1）小電流充電

小電流充電主要應用于家庭充電場合。電流大小約為15A,典型的充電時間為8~10h（充到95%以上），相應的充電機工作和安裝成本相對比較低，有利于提高充電效率和延長電池的使用壽命。這種充電方式對電網(wǎng)沒有特殊要求，直接從低壓照明電路取電，充電功率小，一般為1~3kW，由220V/16A規(guī)格的標準電網(wǎng)電源供電。由于在家中充電通常是晚上或者在用電低谷期，有利于電能的有效利用，因此電力部門一般會采取打折等措施以吸引電動汽車用戶在用電低谷期充電。

電動汽車家用充電設備（車載充電機）多采用這種充電方式。車載充電機是純電動汽車的一種最基本的充電設備，充電機作為標準配置固定在車上或放在后備箱里，由于只需將車載充電機的插頭插到家中的電源插座上即可進行充電，操作簡單，實現(xiàn)方便，因此充電過程一般可由客戶自己獨立完成。

（2）中電流充電

中電流充電主要應用于購物中心、飯店門口、停車場等公共場所的小型充電站，小型充電站是電動汽車的一種最重要的充電方式，充電機設置在街邊、超市、辦公樓、停車場等處。充電電流為30~60A，充電功率一般為5~20kW，采用三相四線制380V供電或者單相220V供電，計費方式是投幣或者刷卡，客戶只需將車?？吭诔潆娬局付ǖ奈恢蒙?，接上電線即可開始充電。該方式的充電時間是：補電1~2h，充滿5~8h（充到95%以上）在小型（短時）充電站使用中電流充電1h，電動汽車的行駛里程可增加40km。

2.2 快速充電

快速充電不同于常規(guī)充電所采用的恒流、恒壓充電方式，該充電方式是以150~400A的大電流對蓄電池進行恒流充電，力求在短時間內(nèi)充入較大的電量，充電時間應該與燃油車的加油時間接近，因此快速充電也可稱為迅速充電或者應急充電，主要應用于大型充電站。

快速充電方式主要針對長距離旅行或需要進行快速補充電能的情況進行充電，充電時間一般為10~30min，充電容量可以達到蓄電池容量的80%，充電機功率很大，一般為50~100kW，采用三相四線制380V供電。由于功率和電流的額定值都很高，因此這種充電方式對電網(wǎng)有較高的要求，一般應靠近10kV變電站附近或在監(jiān)測站和服務中心使用。這種充電方式對電池的壽命有一定的影響，在短時間內(nèi)接受大量的電量會導致蓄電池過熱。

2.3 更換電池組充電

除了即時給蓄電池充電外，還可以采用更換電池組的方式，即在蓄電池電量耗盡時，用充滿電的電池組來更換已經(jīng)耗盡的電池組。

電動汽車用戶把車停在一個服務站指定的區(qū)域，然后用更換電池組的機器將已經(jīng)耗盡的蓄電池取下，更換上已經(jīng)充滿電的電池組。整個電池更換過程一般在10min內(nèi)，時間很短，對于更換下的蓄電池，可以在服務站充電，也可以集中收集起來以后再充電。蓄電池歸服務站（換電站）或電池廠商所有，電動汽車用戶不必購買電池，只需通過租賃電池的方式就可完成對電動汽車的充電。

圖2 感應充電機的充電原理

這種充電方式雖然可行，但還存在不少問題有待解決：

（1）成本高。這種電池更換系統(tǒng)的成本很高，需要昂貴的機械裝置和大量的蓄電池。

（2）占用空間大。由于需要存放大量的未充電和已充電的蓄電池，需要很多的存放空間。

（3）不便管理。由于有未充電電池和已充電電池之分，需要對電池進行分別歸類存放，這樣就加大了管理難度。

總而言之，要實現(xiàn)電動汽車行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化，就要大規(guī)模的建設配套基礎設施，通過多種電動汽車充電方式協(xié)調(diào)配合，來實現(xiàn)電動汽車充電的系統(tǒng)化和一體化。電動汽車各種充電方式的比較如表2所示。

3 電動汽車發(fā)展瓶頸及趨勢

電動汽車是一個新的行業(yè)，雖然已經(jīng)發(fā)展了幾十年，但在我國基本上還是一個新生事物。雖然我國有一些企業(yè)也在研發(fā)、生產(chǎn)和銷售電動汽車，但這只是企業(yè)的個體行為，在目前情況下，還不具備大批量生產(chǎn)的條件。我國電動客車的相關技術在國際上還是處于比較領先的位置，但電動轎車與國外比較還存在一定的差距，所以加大對電動汽車相關技術的研究和資金投入，還有相關政策上的資助是在我國大力發(fā)展電動汽車的關鍵所在。目前，我國電動汽車發(fā)展存在以下幾方面的問題：

（1）制約電動汽車發(fā)展的技術瓶頸尚待突破；

（2）電動汽車的價格過高阻礙了電動汽車的普及和產(chǎn)業(yè)化；

（3）我國發(fā)展電動汽車的配套設施不夠完善。

隨著技術和實際使用中關鍵問題的解決，電動汽車的產(chǎn)業(yè)化將成為必然。我國能源匱乏，減少對石油的依賴是我國的當務之急，夜間電力資源的過剩與浪費是我國乃至全世界大中城市的共同問題，電動汽車可以利用夜間充電，是平衡夜間低谷用電的有效途徑，對有效利用電力具有重要意義。因此發(fā)展電動汽車對我國能源結構調(diào)整和提高能源系統(tǒng)運行效率具有重要的戰(zhàn)略意義。電動汽車是我國民族汽車工業(yè)振興的希望所在。在傳統(tǒng)的汽車產(chǎn)業(yè)上，我國落后發(fā)達國家20多年，但在電動汽車領域我國與國外的差距較小，有些領域還走在了世界前沿。因此，發(fā)展電動汽車將有可能使我國在汽車領域跨越式發(fā)展并趕超汽車發(fā)達國家，從而促進整個民族汽車工業(yè)的振興。

4 結束語

現(xiàn)在，零排放電動汽車的技術已經(jīng)逐漸成熟，無論從環(huán)保角度還是從能源角度來看，未來的電動汽車都需要有一個大的發(fā)展，其開發(fā)關系到眾多工業(yè)的興衰，可能成為未來新的經(jīng)濟增長點。根據(jù)我國國情，我國大部分城市普遍存在著十分嚴重的交通問題和汽車尾氣排放污染問題，因此發(fā)展中小型電動汽車的市場更獨特、應用前景更廣闊。