當(dāng)前，珍惜地球上有限的石油資源，保護(hù)人類(lèi)賴(lài)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(guó)面臨的共同問(wèn)題。汽車(chē)作為現(xiàn)代社會(huì)化大工業(yè)的產(chǎn)物，已經(jīng)成為石油消耗的主體。汽車(chē)排放的大量尾氣造成嚴(yán)重的空氣污染，影響人們的身心健康和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。要解決能源與環(huán)境兩大問(wèn)題，汽車(chē)工業(yè)必然向著環(huán)保、清潔、節(jié)能方向發(fā)展。以電動(dòng)汽車(chē)為代表的新能源汽車(chē)具有零（低）污染物排放、低噪聲、能源效率高、維修及運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，代表了世界汽車(chē)發(fā)展的方向。

1 電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備

電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備一般稱(chēng)為充電機(jī)，在電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。對(duì)于一輛電動(dòng)汽車(chē)來(lái)講，充電機(jī)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(zhuǎn)化為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載蓄電池的電能。

圖1 地面充電機(jī)布置方案

1.1 性能要求

對(duì)充電機(jī)的基本性能要求包括以下幾項(xiàng)：

（1）經(jīng)濟(jì)效益

成本經(jīng)濟(jì)、價(jià)格低廉的充電機(jī)有助于降低整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的成本，提高運(yùn)行效益，有利于促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的商業(yè)化。

（2）操作方便

當(dāng)在供電電網(wǎng)、充電機(jī)和蓄電池組之間進(jìn)行插頭和插座的插拔操作時(shí)，要本著操作簡(jiǎn)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(wú)污染

效率高是對(duì)現(xiàn)代充電機(jī)最重要的要求之一，它對(duì)整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的能量效率有巨大的影響。同時(shí)還要有效抑制充電機(jī)在使用過(guò)程中對(duì)供電電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的諧波污染，因此，設(shè)計(jì)充電機(jī)時(shí)要保證較高的輸入功率因數(shù)。

（4）可靠安全

電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)，如何保證人身和蓄電池組的安全是至關(guān)重要的，充電機(jī)必須保證整個(gè)充電過(guò)程安全可靠。主要有以下幾種情況：

①操作者將電動(dòng)汽車(chē)蓄電池組通過(guò)充電機(jī)與供電電網(wǎng)連接；

②充電過(guò)程中，人身與電動(dòng)汽車(chē)車(chē)體接觸；

③充電過(guò)程中，充電機(jī)發(fā)生故障；

④充電結(jié)束后，操作者進(jìn)行斷開(kāi)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(lèi)

根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)可以分為多種類(lèi)型，如表1所示：

（1）車(chē)載充電機(jī)

車(chē)載充電機(jī)，是指安裝在電動(dòng)汽車(chē)上的采用地面交流電網(wǎng)和車(chē)載電源對(duì)電池組進(jìn)行充電的裝置，它將一根帶插頭的交流動(dòng)力電纜線直接插到電動(dòng)汽車(chē)的插座中給電動(dòng)汽車(chē)蓄電池充電，因此也可以稱(chēng)為交流充電機(jī)。車(chē)載充電機(jī)一般設(shè)計(jì)為小充電率，它的充電時(shí)間長(zhǎng)（一般是5~8h），由于電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載質(zhì)量和體積的限制，車(chē)載充電機(jī)要求盡可能體積小、重量輕（一般小于5kg）。車(chē)載充電機(jī)對(duì)于要充電的蓄電池是有針對(duì)性的，蓄電池的充電方式也是預(yù)先定義好的。由于充電機(jī)和電池管理系統(tǒng)（BMS，負(fù)責(zé)監(jiān)控蓄電池的電壓、溫度和荷電狀態(tài)）都裝在車(chē)上，它們相互之間容易利用電動(dòng)汽車(chē)的內(nèi)部線路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

（2）地面充電機(jī)

地面充電機(jī)，即非車(chē)載充電裝置，是指固定在地面上的對(duì)交流電進(jìn)行整流變換，其直流輸出端對(duì)電池組進(jìn)行充電的裝置，因此也可以稱(chēng)為直流充電機(jī)。根據(jù)充電場(chǎng)所和充電需求的不同，地面充電機(jī)主要應(yīng)用于家庭、充電站以及各種公共場(chǎng)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(jī)的功率、體積和重量都比較大，一般設(shè)計(jì)為大充電率。由于地面充電機(jī)和電池管理系統(tǒng)在物理位置上是分開(kāi)的，它們之間必須通過(guò)電線或者無(wú)線電進(jìn)行通信。根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的關(guān)于電池的類(lèi)型、電壓、溫度和荷電狀態(tài)的信息，地面充電機(jī)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(guò)充和過(guò)熱。

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

3）傳導(dǎo)式充電機(jī)

傳導(dǎo)式充電機(jī)，又稱(chēng)接觸式充電機(jī)，采用插頭與插座的金屬接觸來(lái)導(dǎo)電，充分利用了技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。使用者把充電源接頭連接到汽車(chē)上。這種方式的缺陷是：導(dǎo)體裸露在外面不安全，而且會(huì)因多次插拔操作，引起機(jī)械磨損，導(dǎo)致接觸松動(dòng)，不能有效傳輸電能。

（4）感應(yīng)式充電機(jī)

感應(yīng)式充電機(jī)是采用感應(yīng)耦合方式充電，即充電源和汽車(chē)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(guò)感應(yīng)耦合，無(wú)接觸式地傳輸能量。采用感應(yīng)耦合方式充電，可以有效解決接觸式充電的缺陷。

感應(yīng)充電機(jī)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(chē)的充電器上，另一邊繞組嵌在電動(dòng)汽車(chē)上，輸入電網(wǎng)交流電經(jīng)過(guò)整流后，通過(guò)高頻逆變環(huán)節(jié)，將50~60Hz的市電轉(zhuǎn)換為80~300Hz的高頻電，經(jīng)電纜傳輸通過(guò)感應(yīng)耦合器后，傳送到電動(dòng)汽車(chē)輸入端，再經(jīng)過(guò)整流濾波環(huán)節(jié)，將高頻交流電變換為能夠?yàn)樾铍姵爻潆姷闹绷麟姟?/P>

2 電動(dòng)汽車(chē)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(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)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(yīng)用于家庭充電場(chǎng)合。電流大小約為15A,典型的充電時(shí)間為8~10h（充到95%以上），相應(yīng)的充電機(jī)工作和安裝成本相對(duì)比較低，有利于提高充電效率和延長(zhǎng)電池的使用壽命。這種充電方式對(duì)電網(wǎng)沒(méi)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(biāo)準(zhǔn)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(mén)一般會(huì)采取打折等措施以吸引電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)在用電低谷期充電。

電動(dòng)汽車(chē)家用充電設(shè)備（車(chē)載充電機(jī)）多采用這種充電方式。車(chē)載充電機(jī)是純電動(dòng)汽車(chē)的一種最基本的充電設(shè)備，充電機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)配置固定在車(chē)上或放在后備箱里，由于只需將車(chē)載充電機(jī)的插頭插到家中的電源插座上即可進(jìn)行充電，操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，因此充電過(guò)程一般可由客戶(hù)自己獨(dú)立完成。

（2）中電流充電

中電流充電主要應(yīng)用于購(gòu)物中心、飯店門(mén)口、停車(chē)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的小型充電站，小型充電站是電動(dòng)汽車(chē)的一種最重要的充電方式，充電機(jī)設(shè)置在街邊、超市、辦公樓、停車(chē)場(chǎng)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(jì)費(fèi)方式是投幣或者刷卡，客戶(hù)只需將車(chē)?？吭诔潆娬局付ǖ奈恢蒙?，接上電線即可開(kāi)始充電。該方式的充電時(shí)間是：補(bǔ)電1~2h，充滿5~8h（充到95%以上）在小型（短時(shí)）充電站使用中電流充電1h，電動(dòng)汽車(chē)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(duì)蓄電池進(jìn)行恒流充電，力求在短時(shí)間內(nèi)充入較大的電量，充電時(shí)間應(yīng)該與燃油車(chē)的加油時(shí)間接近，因此快速充電也可稱(chēng)為迅速充電或者應(yīng)急充電，主要應(yīng)用于大型充電站。

快速充電方式主要針對(duì)長(zhǎng)距離旅行或需要進(jìn)行快速補(bǔ)充電能的情況進(jìn)行充電，充電時(shí)間一般為10~30min，充電容量可以達(dá)到蓄電池容量的80%，充電機(jī)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(duì)電網(wǎng)有較高的要求，一般應(yīng)靠近10kV變電站附近或在監(jiān)測(cè)站和服務(wù)中心使用。這種充電方式對(duì)電池的壽命有一定的影響，在短時(shí)間內(nèi)接受大量的電量會(huì)導(dǎo)致蓄電池過(guò)熱。

2.3 更換電池組充電

除了即時(shí)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(shí)，用充滿電的電池組來(lái)更換已經(jīng)耗盡的電池組。

電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)把車(chē)停在一個(gè)服務(wù)站指定的區(qū)域，然后用更換電池組的機(jī)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(gè)電池更換過(guò)程一般在10min內(nèi)，時(shí)間很短，對(duì)于更換下的蓄電池，可以在服務(wù)站充電，也可以集中收集起來(lái)以后再充電。蓄電池歸服務(wù)站（換電站）或電池廠商所有，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)不必購(gòu)買(mǎi)電池，只需通過(guò)租賃電池的方式就可完成對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電。

圖2 感應(yīng)充電機(jī)的充電原理

這種充電方式雖然可行，但還存在不少問(wèn)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(jī)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(duì)電池進(jìn)行分別歸類(lèi)存放，這樣就加大了管理難度。

總而言之，要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化，就要大規(guī)模的建設(shè)配套基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)多種電動(dòng)汽車(chē)充電方式協(xié)調(diào)配合，來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電的系統(tǒng)化和一體化。電動(dòng)汽車(chē)各種充電方式的比較如表2所示。

3 電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展瓶頸及趨勢(shì)

電動(dòng)汽車(chē)是一個(gè)新的行業(yè)，雖然已經(jīng)發(fā)展了幾十年，但在我國(guó)基本上還是一個(gè)新生事物。雖然我國(guó)有一些企業(yè)也在研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售電動(dòng)汽車(chē)，但這只是企業(yè)的個(gè)體行為，在目前情況下，還不具備大批量生產(chǎn)的條件。我國(guó)電動(dòng)客車(chē)的相關(guān)技術(shù)在國(guó)際上還是處于比較領(lǐng)先的位置，但電動(dòng)轎車(chē)與國(guó)外比較還存在一定的差距，所以加大對(duì)電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)技術(shù)的研究和資金投入，還有相關(guān)政策上的資助是在我國(guó)大力發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵所在。目前，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展存在以下幾方面的問(wèn)題：

（1）制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的技術(shù)瓶頸尚待突破；

（2）電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)格過(guò)高阻礙了電動(dòng)汽車(chē)的普及和產(chǎn)業(yè)化；

（3）我國(guó)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的配套設(shè)施不夠完善。

隨著技術(shù)和實(shí)際使用中關(guān)鍵問(wèn)題的解決，電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化將成為必然。我國(guó)能源匱乏，減少對(duì)石油的依賴(lài)是我國(guó)的當(dāng)務(wù)之急，夜間電力資源的過(guò)剩與浪費(fèi)是我國(guó)乃至全世界大中城市的共同問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)可以利用夜間充電，是平衡夜間低谷用電的有效途徑，對(duì)有效利用電力具有重要意義。因此發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和提高能源系統(tǒng)運(yùn)行效率具有重要的戰(zhàn)略意義。電動(dòng)汽車(chē)是我國(guó)民族汽車(chē)工業(yè)振興的希望所在。在傳統(tǒng)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)上，我國(guó)落后發(fā)達(dá)國(guó)家20多年，但在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域我國(guó)與國(guó)外的差距較小，有些領(lǐng)域還走在了世界前沿。因此，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)將有可能使我國(guó)在汽車(chē)領(lǐng)域跨越式發(fā)展并趕超汽車(chē)發(fā)達(dá)國(guó)家，從而促進(jìn)整個(gè)民族汽車(chē)工業(yè)的振興。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在，零排放電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，無(wú)論從環(huán)保角度還是從能源角度來(lái)看，未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)都需要有一個(gè)大的發(fā)展，其開(kāi)發(fā)關(guān)系到眾多工業(yè)的興衰，可能成為未來(lái)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，我國(guó)大部分城市普遍存在著十分嚴(yán)重的交通問(wèn)題和汽車(chē)尾氣排放污染問(wèn)題，因此發(fā)展中小型電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)更獨(dú)特、應(yīng)用前景更廣闊。