电动汽车充电机理及不同难点分析

电动汽车动力源于电池，目前使用的电池都是二次电池，即可充电池。充电电池的寿命指标是充电次数。通俗理解，充电电池随时间延长，它会衰减的。如何防止电池衰减过快，同时又要满足大众对充电便捷性的要求，是大家比较关心的。下面对电动汽车充电机理探讨及不同方式难点分析进行分析，供使用者参考。

一、目前推广应用的难点是一次持续里程短、充电时间长

1)一次持续里程短。目前电动汽车一次持续里程比较合理的在200公里到300公里之间。但与燃油车相比还差一半以上。商家一而再三打广告，说一次充电能跑500公里、800公里，是在误导了消费者。实际情况是，电动汽车一次充电能跑多少公里，与车载电池多少是成线性有关的。要跑得越远，车载电池量必须装越多。

车载电池量在汽车工程设计值上，必须要考量其技术上可行性，经济性的合理性。与燃料车的油箱容积大小设计是一样，不是可以任意地无限大的。目前电动汽车的一次里程不能做到燃油车一样的长，主要理由是由于动力电池的比能量与汽柴油相相比，还差100多倍。我们每天能听到动力电池技术在进步，但是从科学上讲，在短期内，动力电池新能源汽车一次里程上没有可能赶上燃油汽车的。

2)充电时间长达6-8个小时，是比较科学的。也就是说，实际上电动汽车充电的便捷性是大家不能接受的。一是用家里220V交流电来充电，充电时间要6-8小时；二是到充电站用直流充电，除了排队外，充电过程要的时间也必须要在30分钟以上；三是买换电池的车吧，基本上没有卖的。

二、提高充电方便性基本途径

1)如果能用民用交流电充电，如果充电时间少于要3小时能接受；

2)如果到充电站用直流充电，充电时间少于1个小时能接受；

3)如果换电池，必须电池是自己专用，是可以接受。

三、锂离子动力电池组的充电模式

下面是充电曲线，即充电模式采用“限流、限压”两阶段充电模式。

1)限流过程：

这一阶段的充电叫“限流”充电，充电电流保持在限流值。随着充电的延续，电池电动势不断上升，电池的充电压也不断上升。当电池电压上升到允许的最高充电电压时，保持恒压充电。厂家建议：一般采用最佳充电倍率(锂离子电池为0.3CA)进行限流充电。

2)限压过程：

在这一阶段，由于电池电动势还在不断上升，而充电电压又保持不变，所以电池的充电流呈双曲线趋势不断下降，一直下降到零。这一阶段的充电叫恒“恒压”充电，这一阶段的充电电压：U=E+IR=恒压值。

(实际做法：当充电电流减小到0.015CA时就可停止充电。)

三、对离子动力电池组充电，实际是一个动态的过程

充电系统必须具有自动调节充电参数、自动控制和自动保护功能：

1)自动调节充电参数

a)例如，在充电时，尤其在恒压充电阶段，如果电池组中有某一个单体电池的充电电压超过允许的充电电压(根据不同锂电池的特性一般设定为3.9V～4.3V之间)时，充电系统应会根据电池管理系统(BMS)输出的信号，自动减小充电电压和电流，使该电池的充电电压不超过允许的充电电压，防止该电池过压充电。

b)再如，在充电开始时，经电池管理系统(BMS)监测到有某一个单体电池的电压过低，充电系统应能自动改小初始充电电流，待电池的电压正常后，再转入正常充电。

所以，在充电过程中，充电系统必须能根据电池组的状态、电池管理系统(BMS)输出的信息和整车监控输出的信息，自动调节充电参数和自动控制充电。

2)自动控制和自动保护功能

在充电过程中，电池组和电动车发生任何不正常情况时，如电池组短路、断路、高温、起火和有电池损坏时，充电系统应能迅速切断电源，停止充电。

3)与整车CAN总线通信

在充电过程中，充电系统的信息可与整车CAN总线通信。

四、对电池充电实际上“电”能转换成“化学”能过程

对电池充电必须配备充电设备——充电器。充电器就是把交流电网电源经过整流滤波后，并经一系列调控后，输出DC电源，供给动力电池组进行充电，即电池组接受的直流电。充电器分为三类：

a)早期使用最多的充电器是采用可控硅作整流控制元件的工频充电器。必须配置一个庞大而笨重的工频变压器。而且效率低、功率因数低、容易对电网造成污染。

b)高频开关电源充电器。它具有体积小，重量轻，工作可靠，效率高，功率因数高、不怕电网波动和不造成电网波动、既不怕电网干扰又不干扰电网、功率可小可大，容易实现智能化等优点。特别适合做小功率到大功率、特大功率的高频开关电源充电器。可以通过模块的串联，做成高压充电器；也可以通过模块的并联，做成大电流充电器；还可以通过模块的串联和并联，做成高电压、大电流的大功率充电器。该开关电源充电器还具有根据电池管理系统(BMS)的信息，自动调节充电参数和自动保护电池的功能。

c)种脉冲充电器，结构比较复朵，技术难度较大。脉冲充电可以减少电池在充电时产生的极化现象，从而提高电池的充电效率，减少充电时间，实现快速充电。

以上说明，电能变成化学能是一个十分复杂的过程，必须有充电器和BMS协同工作，才能完成这一工作。

五、充电时间长是电动汽车推广应用的一个难题

1)难题之一：按最佳充电要求对电动汽车充电的充电时间，至少要3个小时。因此，电动汽车的充电方式不能像燃油汽车在加油站加油那样，在像加油站那样的充电站进行充电。

2)难题之二：电动汽车的充电系统是各自独立的。它不可能在充电站里并联充电。也就是说不能几辆电动汽车共用一台充电器。

五、电池快充(快换)是市场对电动汽车的必然要求

1)电池快充的技术难点：能做到20分钟充满电，电动汽车的市场竞争力将会明显提升。其难点是：

a)要有能接受快充的电池。前磷酸铁锂锂离子电池来说是可能的3CA的充电倍率进行充电，钛酸锂电池可以接受更高的10CA的充电倍率进行充电。

b)20分钟充满电，那至少要用3CA的充电倍率进行充电，电池组导线及接头的容量至少要增加5倍以上，如何解决？

c)充电设备所需的功率很大。以一辆电动大巴为例，它配置600Ah的电池120个。3CA的充电电流为1800A，充电电压510V。充电器的输出功率为918kw，电网提供的功率1150kw，如何解决？

2)电池快换的技术难点：换一次电池的时间大约需要10分钟，大众是满意度，但是其技术难点是：

a)用快速更换法时，要求电池组的容量减半。这样一来，电池的放电倍率增加一倍，会使电池的寿命减少。

b)用快速更换法时，对电池组的标准化设计和电池的一致性、充电控制要求更高，增加电动车的运行成本。

c)如果仍然保持电池合理的配置，那么也要增加一倍的电池储备，自然会增加电动车的运行成本。

六、观点及建议

1)电动汽车与燃油汽车相比，在一次性里程和能量加注的便捷性上，是没有办法比的。

2)对电动汽车的用途进行具体分析，进行综合考量，进行组合法，提高充(换)电的便捷性。基本原则是电动汽车是充电不是换电，规充电为主、快速补充充电为辅的充电方式为好。常规充电的时间约4小时。我们主张快速补充充电的充电倍率1CA左右，充电1小时，就可充电80%以上。

3)对于电动公交车而言，充电站就设在公交车总站内。在晚间下班后利用低谷电充电，可利用时间5～6小时。白天运行的车辆，续驶里程不够时，可利用中间休息待班时间进行补充充电。10米以上公交车以架空接触网充电位最佳，以枪充为辅。

4)其他车辆以枪充为主，配交流充电机和直流充电，两个模式应该是标配。

5)快速补充充电的充电倍率1CA，充电80%以上，最快不能超过3C，要有耐心等20分钟以上。

6)随车带15Kw以下便携的充电器，走到哪里充到哪里。