一般充電樁有兩種充電方式,分別是:
恒流充電法
恒流充電法是用調整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯電阻,以保持充電電流強度不變的充電方法。控制方法簡單,但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的。到充電后期,充電電流多用于電解水,產生氣體,使出氣過甚;因此,常選用階段充電法。
恒壓充電法
充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數值,隨著蓄電池端電壓的逐漸升高,電流逐漸減少。與恒流充電法相比,其充電過程更接近于最佳充電曲線。用恒定電壓快速充電,由于充電初期蓄電池電動勢較低,充電電流很大。隨著充電的進行,電流將逐漸減少;因此,只需簡易控制系統。
調查顯示接近94%的電動汽車車主單日行駛里程在100km以內。按照百公里20kwh耗電量推算,平均每天消耗電量20kwh,使用7kw交流充電樁僅需要3個小時即可充滿;而且有41%車主使用小區私人樁充電。此外有37%車主通過家里排插拉線充電(俗稱“飛線充電”),遠高于其他充電方式,表明居住地充電仍是車主首選。
以這樣的趨勢看,圍繞日常生活和工作場景的交流慢充樁仍然是電動汽車最主要的充電方式;而工作、娛樂和消費場所的公共慢充樁,則可以依托生活和工作場景,彌補私人樁不足。
另外,智慧充電系統也將流行。它通過有序充電和調整功率實現錯峰充電,可在電力不擴容的情況下實現“一車一樁”的電力配置。智慧充電系統包含三個部分:
1、按照電動汽車“先來先到”原則制定充電排序計劃,避免車主同時充電增加電網負荷
2、“車-樁-網”互聯互動調整充電樁輸出功率,避免充電高峰和生活用電高峰疊加
3、充分利用夜間用電波谷充電
不過采用目前的60kw的直流樁,其動力電池充電時長仍高達1.5-10個小時,很難滿足應急性充電需求,導致電動汽車使用便利性遠不及燃油車。為此,換電、無線充電和大功率快充技術需求應運而生。
換電就是換電站對電池集中存儲和充電,并且為電動汽車更換電池,僅需3-5分鐘即可補給300-500公里續航里程。目前北汽新能源和蔚來汽車均已投建換電站。
無線充電是利用磁場傳遞能量對電池充電,無需高壓電線連接,避免安全隱患,實現停車即充,未來有望實現邊開邊充。
大功率快充則是采用250kw及以上大功率充電機對電池充電,實現充電10-15分鐘、續航300公里。如瑞士ABB集團已經開發出了能在15s內完成汽車充電的電動巴士技術,即“閃速充電(FlashCharging)”。“閃速充電”的充電功率可以達到400kW。它的設計理念是,讓電動巴士在一次充電后有足夠動力行駛至下一個充電站,而在線路終點站可允許巴士長時間充電,當滿電后汽車可行駛更長距離。
這三種技術路徑各有優劣,不過從行業巨頭動態、技術可行性和配套標準來看,大功率充電技術是未來發展趨勢。不過現階段大功率充電技術仍然面臨技術瓶頸和標準不統一問題。技術方面,大功率充電引起電網波動,由此對充電設備可靠性提出更高要求;目前乘用車電池最大倍率僅0.5C、1.5C,難以承受大功率充電;350kw充電樁僅模塊散熱就達17.5kw,散熱和冷卻技術要求高;大電流、高電壓增加電纜載流量和橫截面體積,電纜重量影響用戶體驗。標準統一方面,2015年版充電樁國標中的直流充電樁額定電壓僅有80A/125A/200A/250A四種口徑,而大功率充電樁電流高達350-500A,且大電壓、大電流對設備絕緣、冷卻以及充電接口標準等帶來了一系列變化,大功率充電技術國標亟待制定。
目前,整車企業和充電運營商巨頭積極布局大功率充電技術,我國大功率充電國家標準制定工作即將啟動。目前很多跨國車企都已經著手規劃建設超級充電基礎設施,而且提出的是350kW、1000V/350A的大功率充電。戴姆勒、大眾、福特、寶馬等汽車產業巨頭組建的歐洲快速充電聯盟Ionity的首個超快速充電站也已啟用,該充電樁通過聯合充電系統進行充電,充電功率高達350KW,能有效節約充電時間。
日本CHAdeMO協會也正在推進大功率充電技術的研發。CHAdeMO則表示,在2020年時,不會直接建設350kW的大功率充電設施,但是會積極的實驗驗證350kW的大功率充電技術。
從國內來看,包括國網、星星充電和特來電在內的充電樁巨頭和小鵬汽車等新造車勢力正在發力大功率充電技術,其中小鵬汽車120kw充電樁已投入運營。
隨著技術的進步,電池的充電倍率特性、電池容量、續駛里程會逐漸增加,因此大功率充電也將快速發展。
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