电动汽车充电器布置研究

电动汽车充电器布置研究

龚明龙

龚明龙

广州特来电新能源有限公司广东广州510000

摘要：根据2017年四月份工业和信息化部、发展改革委、科技部印发的《汽车产业中长期发展规划》内容显示，计划到2020年，新能源汽车年产销达到200万辆，到2025年，新能源汽车占汽车产销20%以上。电动汽车的在整个汽车保有量中的占比正处于一个快速增长的阶段。本文针对电动汽车充电器布置开展研究。

关键词：充电器；电动汽车；布置

引言

结合充电器布置实例，总结了充电器布置时需要考虑的因素，并对布置位置提出了建议，

1、电动汽车对充电装置的要求

汽车工业可以迅速发展，充电技术是关键因素之一。智能、快速充电技术正在成为电动汽车充电的动力，电池充电设备是电动汽车必不可少的系统之一，它们用于将电网的电力转换为电动汽车的电池。适用以下要求：（1）安全性。给电动汽车充电时，必须确保工作人员的人身安全和电池的安全。（2）易用性。充电装置应智能，无需操作人员过度干预。（3）成本节约。低成本充电器有助于降低整个电动汽车的成本，提高运营效率，促进电动汽车商业化。（4）高效。效率是现代充电器的主要要求之一，它对整个电动汽车的能效具有决定性影响。（5）电源线污染。电子充电器是高度非线性的设备，对供电网络和其他设备造成有害的谐波损害。

2、电动汽车充电的具体方式

2.1快速充电

针对此种充电方式而言，其能够在比较短的时间内，以比较高的电流，为电池进行实时充电，其相比于那些比较传统的充电方式，在具体的安装成本上则比较高。快速充电还可以理解为应激充电、迅速充电，以较短时间完成电动汽车充电为其目的所在。当前，许多比较大型化且系统化的充电站，都是采用的该种充电模式。针对当前比较常见的大型充电站—快速充电这一方式而言，其主要被用作那些需要在较短时间内快速补充电能的汽车，或者是需要长时间行驶的汽车；因此，从根本上，针对其充电而言，在功率上往往会比较大，一般情况下，均超过30kW；另外，还需要指出的是，在具体的供电方式上，大多采取的是比较新型的三相四线制380V。其整体充电所需时间比较短，通常情况下，仅需10～30min便能充满。但需要指出的是，针对此种充电方式而言，其也有不足指出，即会对电池的整体使用寿命造成影响，尤其是普通类型的蓄电池，不能进行快速，如果快充，会出现过热状况。

2.2无线充电

无线充电是近年新研发的一种充电方式，针对其原理而言，相似于车中所用的移动电话，都能根据实际需要，把电能进行相应转换，使之成为一种特殊激光，或者是将其转变成微波束，仅需要将一个专用天线安装在汽车顶部用于接收便可。

2.3常规充电

常规充电为电动车充电主要是利用恒流、恒压的充电方式来完成。有着比较低的充电电流，一般为15A，比如120Ah的蓄电池，充电时间需达8h以上，蛋白却有着比较低的安装与工作成本。小型充电站与家用充电设施便选用的是此种充电方式。针对车载充电机而言，其实为纯电动轿车的基本充电设备。作为标准的配置，充电机固定于车上，或者是安装在后备箱中。因仅需把车载充电器的插头插在电源插座上，或者是停车场便可进行充电，所以，整个充电过程通常仅需客户自己便可完成。直接取电于低压照明电路，有着比较小的充电功率，通常由标准电网电源供电（220V/16A）。此种充电方式对电网无硬性要求，仅需须满足照明要求的供电质量便可。

3、充电器的布置

3.1布置要求

充电器布置过程中的总体原则是满足充电器本身性能要求，考虑零件装配可行性。基于经济性考虑，在充电器布置过程中需要综合考虑周边能够提供的空间环境以及充电口位置、大电池接线位置以及其他充电器相关零部件的布置位置，从而选择一个连接线束总长度最短，经济可行的充电器布置方案。感应式充电器的布置位置受到能量传递效率的要求，从而对车载端和地面端之间的距离（气隙）有要求，一般要求距离为不超过150mm。为了提高充电效率，车载端和地面端的中心线偏差要求小于±100mm，这要求工程师在布置过程中考虑顾客的使用过程中如何对准车辆的场景。通过以上的约束条件，需要总布置工程师在整车上寻找满足充电器功能和性能要求的位置，并且避免或减少对车辆性能指标和外观品质的影响，如离地间隙，接近角和离去角度以及前后轴荷比等。同时需要一并考虑充电器对其他系统要求，例如采用需要冷却系统的支持，如水冷管路及充电器水位高度需要在布置中考虑。

3.2布置环境匹配及分析

随着电动汽车技术的发展和车型的更新，现在越来越多主机厂采用专门的电动汽车项目全新开发，而不是根据传统动力车型改型来上电动汽车项目，这样的好处就是能够有更大的自由度来布置电动汽车的相关零部件，使得车辆的集成程度更高，提高布置效率，减少空间浪费，使得电动汽车整体的外观质量更好，消除了明显的更改痕迹。但是，全新开发也对工程师提出了更高的要求，在大量未知和不确定的情况下，如何安排零件的布置位置，如何规划三电系统的合理布局，实现高压线束总长度的最小化，拓扑结构简单化等都提出了新的挑战。从传导式充电器的布置要求来看，针对充电功率较小，例如3.3KW风冷的充电器，在布置过程中需要考虑风道的布置位置以及风道长度对压降的影响，如果是考虑布置在舱内，一般布置位置优先考虑布置在后备舱内车身泄压阀附近，这样能够利用泄压阀门作为排风口，同步可以让风道尽量短，从而减轻风道的重量，降低成本。如果考虑布置在前舱内，则可以借助冷却风扇来冷却充电器，布置位置考虑布置在风扇工作覆盖区域内。针对功率相对较高的需要水冷的充电器，布置位置选择过程中需要考虑连接到冷却管路的形式，是采用串联还是到主回路还是和其他零件并联到冷却管路，不同的联接形式会对冷却系统水路的整体阻力产生影响。感应式充电器车载端在整车上的布置位置受到气隙要求，布置区域只能选择在下车体区域，一般电动汽车动力电池布置在下车体前后轴中间，所以车载端布置选择基本在动力电池以外的前副车架或者后副车架区域，但是该区域又有驱动单元存在，这对感应式充电器的布置提出了更大的挑战。以上两类三种充电器的布置位置选择，都受到充电口以及大电池连接线束端口位置的影响，在高压线成本较高的情况下，各个相关零件之间的连接长度，是布置工程师需要考虑的问题。一般情况下充电口位置的选择会根据大电池线束端口位置选择，可以是布置在车头区域如进气格栅和翼子板，或者是布置在车尾区域如加油口或尾灯附近。而大电池线束端口的确定则根据动力总成位置确定，四驱车型则建议高压线束端口靠近主驱动力单元附近。综合考虑以上因素及电动汽车上有可能的布置空间，针对传导式充电器而言，可能的布置位置是前舱、后备箱和座盆下方，而感应式充电器车载端的布置位置则集中在前后副车架下方。

结束语

为了应对环境问题的挑战，世界各国都投入大量资源到新能源汽车的研发工作，尤其是电动汽车，并且取得了显著的成果。特斯拉的ModelS和ModelX、日产的Leaf已经在世界范围销售并得到用户的广泛认可，大众、丰田、通用等各大主机厂也在积极投入电动汽车的技术研发。国内的各大主机厂也投入资源研发并推出各自的电动汽车。另外，国家政策对新能源汽车积极扶持，客户对电动汽车的接受程度也日渐提高。

参考文献：

[1]顾腾飞，张勇.基于电池交换的电动汽车充电设施规划方法研究[J].山东科学，2018（04）：89-99.

[2]本刊编辑部.有关电动汽车充电桩的标准及要求[J].电气工程应用，2018（03）：10-14.

[3]李新强，琚丁力，陈建兵.电动汽车充电设施及其标准现状探讨[J].电器与能效管理技术，2016（1）：56-60.