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2019-10-28
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新能源汽车维修技术
2．新能源汽车充电的方法及特点
新能源汽车动力电池充电的方法主要有快速充电（直流快充）和常规充电（交流慢充）以及更换电池的方式等。
直流快充和交流慢充方式的区别是：
直流充电（快充）主要是通过充电站的充电桩将直流高压电直接通过直流充电口给动力电池充电。
交流充电（慢充）主要是通过家用电源插头和交流充电桩接入交流充电口，通过车载充电器将220V交流电转为330V直流电（比亚迪E6为例）给动力电池进行充电。
1）快速充电
常规蓄电池的充电方法一般时间较长，给实际使用带来诸多不便。快速充电电池的出现，为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。
快速充电又称直流快充或应急充电，是以较大直流电流在电动汽车停车的20min～2h的短时间内，为其提供充电服务，一般充电电流为150～400A。
快速充电模式的优点是充电时间短。但是，相对常规充电模式，快速充电也存在一定的缺点：
（1）“快充”实际并不快，而且降低动力电池使用寿命。
由于受电池技术影响，目前电动汽车使用最多的就是锂电池。锂元素是比钠还要活跃的金属元素之一，快充易使锂元素太过活跃，从而使电池中的电解液发生沉淀，产生气泡现象，也就是平常人们所看到的电池身上易凸起“小包”，摸上去有手感发热等情况，严重的会导致电池爆炸等安全事故。因此，充电电流不宜过大。目前，市面上各大厂商都在宣传其电动汽车快速充电时间在10min左右，实际上以目前技术来看都不现实。以比亚迪E6纯电动汽车为例，这款电动汽车采用磷酸铁锂电池，其快速安全充电模式的充电时间仍然需要2h。
电动汽车充电快慢与充电器功率、电池充电特性和温度等紧密相关。当前电池技术水平下，即使快充也需要30min才能充电到电池容量的80%，超过80%后，为保护电池安全，充电电流必须变小，充到100%的时间将较长。此外，在冬天气温较低时，电池要求充电电流变小，充电时间会变得更长些。
传统加油站汽车加油整个流程为5～8min，充电站如果无法提供15min以内的快充服务，基本就失去了社会基础建设的功能性。
（2）充电站成本较高，盈利模式值得商榷。
目前，直流充电方式的充电价格在2元/W左右。以一个充电站1000kW的容量计算，加上送变电设施、铺设专用电缆以及新建监控系统等（不包括建设用地成本），一个充电站的成本在300万～500万元。这样的高成本，在电动汽车还没完全普及的情况下，是难以维持充电站的运营的。
直流充电关键技术如下：
①高性能直流充电器技术：效率、谐波、使用寿命。
②直流充电环境适应性技术：宽的温度范围、户外使用时凝露、风沙防护等。
③安全防护技术：漏电、短路防护、误插拔防护、断线防护、倾倒防护、防误操作、防止带电插拔等。
④充电器的高互换性技术：物理接口、电气接口、通信协议的高度兼容互换。
⑤直流充电与电网的接口、有序充电以及与电网的互动技术。
2）常规充电
蓄电池在放电终止后，应立即充电（在特殊情况下也不应超过24h）。常规充电电流相当低，约为15A，这种充电叫作常规充电（交流慢充或慢速充电）。常规蓄电池的充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电，一般充电时间为5～8h，甚至长达10～20h。这种充电方式是利用车载充电器，接220V交流电即可。
常规慢充方式的适用情况主要有：
（1）用户对电动汽车的行驶里程要求相对较低，车辆行驶里程能满足用户1天的使用需要，利用晚间停运时间可以完成充电。
（2）由于常规慢充充电电流和充电功率比较小，因此在居民区、停车场和公共充电站都可以进行充电。
（3）规模较大的集中充电站，能够同时为多辆电动汽车提供停车场地并进行充电。
常规充电模式的优点如下：
（1）尽管充电时间较长，但因为所用功率和电流的额定值并不是关键问题，因此，充电器价格和安装成本比较低。
目前，国内厂商提供的交流充电桩价格在每个2.5万元左右，一旦市场形成规模化，成本可以控制在每个5000元以内。如图2-1-7所示为壁挂式交流充电桩，可安装在车库内使用。
（2）可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本。
目前，我国发电量和装机容量均已居世界第二位，电力装机容量达到8亿kW以上，电网的高峰负荷增长很快，峰谷差逐年拉大，造成发电资源的很大闲置。电动汽车依靠充电桩在夜间低谷充电（北京电网峰谷差达40%），有利于改善电网运行质量，减少电网为平衡峰谷差投入的费用，可以说基本上不增加电网的负荷。
（3）可提高充电效率和延长电池的使用寿命。
与快速充电相反，常规充电的充电电流小，有利于提高充电效率和延长电池的使用寿命。
常规充电模式的主要缺点为充电时间过长，难以满足车辆紧急运行的需求。此外，我国城市的建筑密度也无法满足电动汽车对充电桩的需求，我国城市的建筑结构以高楼为主，地面停车场数量有限，这样会造成有的车充不上电。这种充电模式通常适用于续驶里程大的电动汽车且利用晚间停运时间进行充电即可，可满足车辆第二天运营需要的情况。
交流充电关键技术如下：
（1）各种恶劣环境的适应性技术：高低温、高热、高湿、风沙、凝露、雨水，露天/市内使用等。
（2）充电安全防护技术：漏电、短路、误插拔防护、断线防护、倾倒防护、防误操作等。
（3）充电桩高互换性技术：物理接口、电气接口、通信协议等，实现充电桩和电动汽车充电的兼容互换。
（4）灵活的计量计费技术：与各种不同运营模式的结合。
（5）友好方便的人机交互技术：适应不同层次、不同水平的操作者。
（6）充电桩的运行管理与综合监控。
（7）有序充电及与电网的互动技术。
3）更换电池方式
充电难、充电时间长、续航里程短的问题，一直困扰着新能源汽车用户。北汽新能源提出“嫌充电慢不如去换电”的想法，与中国石油化工股份有限公司北京分公司签订战略合作协议，双方合作开展新技术、新产业在企业生产和管理中的应用。第一步就是利用加油站场地资源建设换电站，最先受益的是北京电动出租车。
现在国内运营的电动出租车续航里程在150～250km，但充满一次电需要1h以上，部分车辆甚至需要2h，严重影响了出租车的运营效率。北汽新能源开发的C50EB换电出租车换一块充满电的电池仅需要3min，比普通燃油车加油还快，而且换一次电池可以行驶200km，不仅可以提高运营效率，还可以实现出租车的双班运营，提高出租车公司的效益。此次大力推广换电模式出租车运营是解决出租车电动化的最佳途径，驾驶员收入增加、出租车公司实现双班运营、换电服务公司发展了新的业务、新能源汽车得到了发展并带动了下游产业链的发展、电网实现了低谷电的有效利用、燃油补贴减少实现绿色财政，真正实现了全产业链的共赢。
直接更换电动汽车的电池组时需要考虑的是：由于电池组质量较大，更换时的专业化要求较高，故需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护。
采用这种模式，具有如下优点：
（1）电动汽车用户可租用充满电的蓄电池，更换需要充电的蓄电池，有利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的方便性和快捷性。
（2）对更换下来的蓄电池，可以利用低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行经济性。
（3）从另一个侧面来看，也解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程不足及价格高等难题。
（4）可以及时发现电池组中单元电池的故障，对于电池的维护工作将具有积极意义。电池组放电深度的降低也将有利于提高电池的寿命。
应用这种模式面临的几个主要问题是：电池与电动汽车的标准化，电动汽车的设计改进、充电站的建设和管理，以及电池的流通管理等。
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