车载充电机或成新能源汽车主要充电方式
时间：2021-02-13 08:00:41 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
近年来，随着我国新能源汽车行业迅猛发展，实际运营过程中，大功率直流充电桩临停式充电、换电站电池离车充电、车载充电机泊车充电，这三种主要的新能源汽车充电方式均得到不同程度采用。这三种充电方式各有长短，行业论述繁多，但并无定论。
以动力电池安全充电理论为基础，对三种充电方案进行深度分析，能够为新能源汽车充电设施产业的发展厘清方向。
在行业界，动力电池安全充电问题受到广泛关注。
动力电池的充电过程主要表征为在外加驱动电势差的作用下，正/负极发生氧化还原反应，电子/带电离子脱离正极，经电解介质迁徙至负极并镶嵌于负极，从而实现电池荷电（当电池加有外回路，负极电子经外回路回流至正极从而完成放电）。
因此，正极氧化反应，负极还原反应，带电离子迁徙是电池充电的三大伴生反应现象。
但是这三种反应并不能完全同步，若正极带电离子脱嵌迁徙速度快于负极受嵌，电池将会受损，包括电池内部升温导致电池循环寿命骤减以及极端情况下产生恶性破坏等。
关于马斯定律与马斯曲线。1967年美国人J.A.Mas（马斯）发现蓄电池恒流充电过程中，其电池容量只能充到某个确定值，而且恒流值越大，能充到的容量上限越低。
为保证电池不因充电受损，在充电过程中充电电流要以指数形式下
降。
我们将马斯曲线的时间变量用即时充电电压代替，从而得出了可以直观评价充电核心参数的拟合马斯曲线。
通过分析拟合马斯曲线，我们认为电池充电动态电压越高，充电电流应该越小，不同的电池，其马斯曲线的函数特性参数不同，但曲线图形基本相似。
目前，新能源汽车充电领域存在某些技術误区与安全隐患。
当下，几乎所有的新能源汽车动力电池都采用单一恒流恒压方式进行充电。
单一恒流恒压充电方法最明显的特质是“被动减流”，亦即由于充电过程中负极空穴变少后，带电离子嵌入速度变慢，使得电池视作内阻变大，充电电流被迫减少。恒流升压阶段后，充电开始进入受损区，初始设定充电率越高，受损越严重。（充电桩1.0C～2.0C直充，对电池损害严重）
相比马斯拟合充电，我们提出了君盘标准充电曲线。我们根据国内外众多品牌动力锂离电池厂家公布的充电曲线以及大量的试验数据，对动力锂电池马斯拟合曲线进行了概化。
电池充电过程中任一时刻充电电流与多个因素相关，这些因素包括电池特性参数（指电池能充至最高充电耐受电压而不损害电池的最大恒流，动力锂电池大多为0.25C～0.30C）、充电过程中任一时刻充电电压、电池最高充电耐受电压（又称充电恒压，三元材料正极型通常为4.15V～4.2V/S，磷酸铁锂正极型通常为3.60V～3.65V/S）、自然数（由电池特性决定，动力锂电池自然数通常为6～8，铅酸动力电池自然数通常为2～4）。
在此基础上，我么又将马斯拟合曲线离散化进而形成了8阶段阶梯式的君盘标准锂电池曲线。
从安全充电的理念出发，我们分析了之前提到的三种充电方案。
首先，大功率充电站（充电桩）临停式充电方案下，即使采用最大恒流2.0C阶梯式减流安全充电，充满一辆新能源汽车也需要耗时90分钟，单桩24小时仅能为15辆左右的车辆提供充电服务。
假如我们预设充电程序仅为短时应急快充，充入80%电量也需要30～40分钟，单个桩24小时也仅仅能充40～50辆电动汽车。
如果我们分析一下单个充电桩的建设成本就会发现，比如占地30㎡，大致需要费用20万～30万元，加上设备本身10～15万元的成本，单个充电桩的成本或将高达40～45万元。
在此情况下，仅仅依靠每天为50辆左右的电动汽车提供充电服务则很难分摊建桩成本，更难实现盈利。
因此，我们认为充电站、充电桩只能承担应急快充任务，并带有明显的社会公益性质，它需要政府对其进行扶持，不能作为新能源汽车的充电主体方案。
其次，换电式充电站即动力电池离车充电方式只适用于电动汽车动力电池可通用互换的公交、市政、物流等特定行业的新能源汽车。
目前，换电站采用电池一充至满方案，被动减流使得电池受损严重。南方某些一线城市的公交换电站，电池使用寿命不足一年，仅实现了200余次的充放电循环，电池分摊成本极高。
换电式充电应改变成2～3级，8阶段充电，以便提高电池使用寿命，提升电池出力。此种方案按快充、平充、缓充对充电进行划级，按各级充电时长进行设备搭配，使快充、平充、缓充实现流水作业，从而能够减少大功率充电机的数量，减少配电容量，减小换电站占地。
再次，车载充电机停泊满充方式下，车载充电机采用0.5C以下小倍率变流慢充，能确保新能源汽车动力电池充满电，而且多出力，不发热，不减寿。新能源汽车采用快速充电桩充电造成的长期低电位运行会影响新能源汽车的性能，增加充电的频度，第三种充电方式则可以避免这种现象。
而且车载充电机的体积小、重量轻、价格低、易推广。以乘用车普遍使用的3.3KW车载防水充电机为例，它的价格大致为2500～3000元/台，体积约为300mm×200mm×100mm，重量仅约10kg。
此外，车载充电机配合交流充电桩实行谷电期充电，充当电网基荷，减少电站轻荷停机，相当于若干抽水蓄能电站，此种方式不仅不增加电网容量，还能获得电网谷期1/3优惠电价。
同时，车载充电机可以在任何有市电的场所进行充电，避免了频繁光顾充电站的繁琐与空驶。
由此来看，车载充电机应是新能源汽车的主要充电方式，充电站/充电桩仅可以作为应急快充手段。
