电动汽车技术

电动汽车技术（精选12篇）

电动汽车技术 篇1

英国的研究人员开发出了一种新型的无线充电系统, 可以令新一代电动汽车完全实现无线充电。据了解, 目前市场上的一些电动汽车, 如日产聆风和三菱i-Mi EV, 都必须要通过一根电线将汽车与街边汽车充电站或家庭插头相连才可以实现充电。而这种新研发出的感应式电能传输技术则利用感应电荷的原理, 将电源板埋藏于道路的沥青之下, 进行无线充电。同时, 电源板不暴露在外, 既可以得到有效保护, 减少磨损, 又不会受到恶劣天气的影响。

研发此项技术的Halo IPT公司宣称, 他们研发的充电系统还能支持更大的横向感应范围, 这也就意味着, 汽车的电能接收垫并不需要置于电源传输板的绝对正上方, 充电变得更为方便。

据研究人员介绍, 在感应式电能传输系统中, 主电源由交流电提供, 用于给一个集总圈提供电压, 电流范围为5安培到125安培。由于集总圈是感应式的, 必须要利用串联或并联电容器来减小供电电路中的工作电压和工作电流。电能接收垫线圈与主电源线圈通过磁性相连。通过调节接收垫线圈的工作频率, 使其与配有串联或并联电容器的主电源线圈相一致, 从而实现电能传输。另外, 还需要一个开关控制器用来对电能传输进行控制。这种感应式电能传输系统的另一个好处是, 可以让汽车驾驶员根本无需担心忘记为电动汽车充电。这种感应式电能传输技术将于今年开始实现商业化推广应用。

电动汽车技术 篇2

曹丽英1 郑斌2 黄昊1

（公安部上海消防研究所，上海200438；石家庄市公安消防支队，石家庄050000）

摘要：通过对我国电动汽车充电站设计、建设和管理中存在的消防安全问题进行广泛调研，研究分析了存在消防安全管理现状，有针对性对消防安全设计、管理等环节中充电站分类、选址和平面布局、火灾危险性、防火设计、消防设施配置等关键技术提出了相关的建议。关键词：电动汽车；充电站；消防安全

电动汽车产业链包括动力电池、整车、基础设施和运行管理等，以电动汽车充换电站为代表的充电配套基础设施则是主要环节之一，必须与电动汽车其他领域实现共同协调发展。目前我国已有一百多个城市列入新能源汽车示范城市，京津冀、长三角、珠三角等大中型城市先后发布了清洁空气行动计划，均把大力推广新能源汽车作为发展绿色交通的主要任务。节能减排的任务需求以及新能源汽车的推广计划使得我国各大中城市电动汽车基础设施建设刻不容缓。

本文通过对现有充电站建设和管理中存在的问题进行分析，然后有针对性的提出电动汽车充电站建设和管理中消防安全的建议。

1.电动汽车充电站基本情况

电动汽车充电站[1]是指采用整车充电模式为电动汽车提供电能的场所，应包括3台及以上电动汽车充电设备（至少有1台非车载充电机），以及相关供电设备、监控设备等配套设备。

大、中型充电站建设采用配电变压器，两路电源供电；小型充电站采用单路低压电源供电，不设配电变压器。充电设备电气接口、通信规约、电气连接件符合相关技术标准要求，设计规范一致。

一个完整的充电站组成结构[2]包括供电系统、充电设备、监控系统及相应的配套设施四大部分。电动汽车充电站目前有传统型充电站、多层立体充电站、社区简易充电桩、地下车库充电桩、加油站充电站、储能式移动充电设备、无线充电站。据调查，深圳是北上广深四地中已建成并投入运营充电站最多的城市，目前已建成60多个充电站(包括公交车充电站在内)，完成了对全市范围的覆盖。电动汽车作为一种新生事物，充、换电站也是随着电动汽车的发展而逐步发展起来，虽然只有部分城市建立了充换电站，但近年来媒体报道的电动汽车火灾及充换电站火灾也屡见不鲜，2015年4月26日下午，深圳湾口岸中国普天力能加电站内，一辆大巴车内的蓄电池组突然冒烟，随后起火并蔓延至全车。后经专家组鉴定，事故直接原因是：车辆动力电池充满电后，动力电池过充电72分钟，过充电量58kWh，造成多个电池箱先后发生动力电池热失控、电解液泄漏，引起短路，导致火灾。调查组还特别提醒，过充是目前电动车火灾的主要原因，各方面要高度重视，采取有效措施。

基金项目：国家科技支撑计划课题（2015BAG07B00），上海市科委项目（16DZ2292600）作者简介 曹丽英，女，硕士，公安部上海消防研究所，副研究员，从事灭火理论研究，E-mail：clying_0@126.com

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相比于传统汽车火灾，此次电动汽车充电站内的电动大巴火灾的扑救具有一定的特殊性。首先，灭火困难，站内配备的消防设施无法扑灭电动大巴车火灾：站内配置的灭火器均为手提式或推车式水基型灭火器，未设置室内外消火栓，站内充电站控制室外侧设置有两个圆形沙池。火灾发生时，站内人员闻到车尾部有气味并并伴随白烟冒出，使用站内水基型灭火器对冒烟部位进行喷射，均无法抑制火焰，随后车侧面部位开始起火，火势立刻难以控制。消防人员到达火场时，站内人员不同意使用水枪灭火，在将站内的近二十具水基型灭火器和其他车辆上取下的干粉灭火器全部用光也无法控制火势，随后消防员要求使用水枪灭火，否则无法达到降温目的，数分钟后火焰得到控制。最后，消防员将高压线剪短，电池拖出后用沙土掩埋，以防止复燃。整个灭火过程持续约2个小时。其次，消防站结构简单，火灾损失小：充电站为钢筋混凝土框架结构，站内可燃物不多，故未引起大范围的燃烧。顶部的广告牌和顶棚，由于采用的阻燃材料，只有部分被烧毁。

电动汽车充电站建设和投入使用较早的地区，已有一定数量的火灾或爆炸事故发生，随着电动汽车产业的快速发展，充电站等基础设施在全国的大规模建设，电动汽车充电站内消防安全必须引起我们的高度重视。电动汽车充电站消防安全管理现状

2.1现有消防标准规范无法解决防火设计问题

电动汽车充电站建筑结构多样，功能也与传统建筑具有很大的不同，动力电池火灾危险性的存在成为充电站防火设计的难点。目前电动汽车充电站消防设计和审批验收缺乏专门的标准规范依据，导致既有电动汽车充换电站部分陷入停运状态，且新建站点无法通过消防审批就开始投入运营。

以往针对充换电站建设的标准规范多为地方或行业根据需求编制的地方标准或行业标准[3-6]，主要有深圳市地方标准《电动汽车充电系统技术规范 第2部分：充电站及充电桩设计规范》SZDB/Z 29.2（以往时2011版，现在正在修订）和南方电网公司的企业标准《电动汽车充电站及充电桩设计规范》 Q/CSG 11516.2，随着电动汽车的快速发展，2014年住建部发布了国家工程建设标准《电动汽车充电站设计规范》GB 50966-2014，使得电动汽车充电站设计上升到国家标准。然而这些标准规范中对电动汽车充电站设计要求普遍存在如下问题：

1.未正确认识电动汽车的危险性，大多数规范均将供电、充电系统作为充换电站最大的危险源，忽略了车上动力电池危险性的存在。

2.防火设计要求不具体，可操作性差。由于动力电池火灾危险性未被明确，且大多规范编制过程中缺少公安消防专业人士的参与，故对于防火间距、耐火等级无具体要求。

3.消防设施的设置要求不明确。对于室内外消火栓、自动灭火系统、火灾自动报警系统、灭火器的配置等要求不明确，甚至存在互相矛盾的地方，如对室内外消火栓需设置和不需设置即存在不同的要求。

4.现行充换电站建设已与现行规范相矛盾。如《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB 50067-2014中“4.1.8 地下、半地下汽车库内不应设置修理车位、喷漆间、充电间、乙炔间和甲、乙类物品库房”，但由于目前很多城市面临用地紧张的问题，现已投入使用的很多电动汽车充电桩均设置在了地下停车库内，使得消防审批更难得到落实。

2.2 消防设施配置情况复杂，消防安全管理缺失

经调研，目前已经建成并投入使用的充换电站内存在如下的消防安全问题：

1.现有消防设施配置情况复杂，灭火效果不明确。电动汽车充电站内设置主要有室内消火栓箱、推车式或手提式水基型或干粉灭火器、灭火毯、消防沙等。国外相关资料显示，大量持续的消防水是扑灭电动汽车火灾最有效的方法，而目前很多充电站内出于水导电的顾虑，大多未设置室内消火栓，消防员灭火时只能依靠市政供水或消防车供水，给火灾扑救带来一

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定的困难。根据以往的火灾案例来看，灭火器对于扑灭电动汽车火灾效果不明显，甚至无法控制火灾的发展。消防沙池的设置往往距离充电站较远，若车辆发生火灾，消防沙运送过去时间较长，且火势一旦蔓延开来，人员无法靠近，便无法将消防沙释放到火场中。

2.消防安全管理未得到重视，消防设施使用状况不佳。有专人管理的电动公交车充电站，基本都设置了安全管理规定和应急操作规程，站内人员均经过一定的消防安全培训，消防设施配置虽然不统一，但基本都有配置，且有专人管理，均处于可用状态。无人看管的私人电动小轿车充电站往往无消防安全管理规定，且大多未配置消防设施或消防设施处于无法使用状态，存在很大的消防安全隐患。

因此，亟需制定相应的国家工程建设标准，使得充换电站消防安全规定和审批验收要求能够有据可依，以有效控制和降低其火灾风险。电动汽车充电站消防安全关键技术及建议

电动汽车充电站防火设计中，急需解决充换电站分类、火灾危险性、选址、平面布置、防火设计、消防设置配置、火灾事故处置等问题。

3.1 充电站分类

经调研，目前在建的电动汽车充电站选址、建筑面积、运营能力等具有较大的差异，充电站种类多，体量大。周边建筑物有住宅、宿舍、学校建筑或商务楼等，与周边建筑的距离大多较近，有的直接设置在建筑物的外墙，有些毗邻建筑物只有1m的距离。建筑规模从28㎡至6880㎡不等。运营能力从3辆到一百多辆不等。因此，在防火设计中要根据建筑类型、规模、选址、运营能力等进行分类，并有针对性的提出消防安全要求。

3.2 充电站火灾危险性

充电站建筑内火灾危险性主要来自车载动力电池，换电站内大量储存的电池使得火灾危险性进一步增加。动力电池由正极、负极、电解液、隔膜和包装材料等组成，动力电池生产企业中常使用的电池原料主要有溶剂和电解液。电解液和溶剂的闪点都较低，最低的仅16℃，根据GB50016《建筑设计防火规范》，对于液体物质采用闪点来衡量其火灾危险性，电池危险性为甲类。因此，以充电为主的电动汽车充电站，由于锂离子电池数量较少，且危险源不固定的原因，可根据充电站的规模及采取的防火措施来认定具体火灾危险性。

3.3 充电站选址、平面布局

首先应确定不宜设置在地下车库。但由于城市用地紧张，许多城市都把充电站设置在地下停车库中，相比传统车，具有特殊的危害性：电动汽车火灾产生大量有毒有害气体；电动汽车具有爆炸风险。因此，对于电动汽车充电站选址和平面布局应重点考虑如下：

1.宜设置在地面一层，如必须设置在地下时，不应设置在地下两层及以下的楼层。2.充电站应设置在人员密集场所的常年主导风向的下风向。不应设置在人员密集场所的主出入口。

3.4 充电站防火设计

充电站由于存储锂电池的数量和规模的不同，防火设计应分开考虑。《建筑设计防火规范》作为建（构）筑物防火设计的基本规范，应尽量参照此规范，然而，在无法满足的情况下，应根据电池火灾特点对电动汽车充电站采取一些额外措施，以保障充换电站消防安全。如考虑到电池飞溅，现有距离居民区较近的充换电站建议增加防飞溅的铁丝网；储存电池的地方建议增加防撞装置，避免因撞击引起电池短路而发生事故。

3.5 充电站消防设施设置

充电站消防设施应包括灭火系统，自动报警系统、防排烟设施等。

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对于灭火系统，目前关于电动汽车电池火灾的灭火技术研究的文献较少[7-8]，甚至这些少量文献中关于电动汽车火灾灭火技术的描述都存在相互矛盾的地方。但是大量持续的消防水对于电动汽车火灾的降温和隔绝氧气等具有很好的效果，因此，建议在充换电站内设置室内消火栓、室外消火栓，以满足火灾时消防车辆的用水。其次，对各类灭火剂、灭火系统的有效性展开实验研究，研究或开发能够有效扑灭锂电池火灾的灭火系统。

对于自动报警系统，根据动力电池火灾特点，动力电池燃烧前内部温度升高，且伴随有大量的气体产生，电池内部温度升高有电池管理系统（BMS）进行监控，可以辅助报警，因此，应特别要求电池管理系统与消防监控系统进行联动。同时，应采用可燃气体报警装置或感烟报警系统增加火灾的预警。

对于防排烟设施，现有的地面充换电站一般为敞开式建筑，密闭空间较少。而设置在地下的充电站，火灾时的排烟问题也是重点、难点问题，应展开系统研究，尤其是大量有毒有害气体的排烟问题。结论

电动汽车充电站在设计、建设和消防安全管理方面存在一定的问题，但是伴随着国家战略体系的部署，面对电动汽车产业快速发展的现状，电动汽车充电站作为电动汽车行业发展中不可缺少的基础设施，其技术必须紧跟电动汽车的发展步伐。因此，相关产业和部门应加快相关研究，提出具体措施，尤其尽快制定相应的标准规范，使得电动汽车充电站的管理和运行更加规范和有序，满足电动汽车行业快速发展对基础设施的需求，保障电动汽车行业的健康发展。

参考文献

[1] GB50966.电动汽车充电站设计规范[S].[2] 徐海明等.电动汽车充电站运行与维护设计.中国电力出版社, 2012.[3] GB 50016-2014.建筑设计防火规范[S].[4] GB 50067-2014.汽车库、修车库、停车场设计防火规范[S].[5] GB50156-2013.汽车加油加气站设计与施工规范[S].[6] DG/TJ08-2093-2012.电动汽车充电基础设施建设设计规范[S].[7] National Fire Protection Association.Electric Vehicle Emergency Field Guide.Quincy, MA.2014.[8] R.Thomas Long Jr et.Best Practices for Emergency Response to Incidents Involving Electric Vehicles Battery Hazards: A Report on Full-Scale Testing Results: The Fire Protection Research Foundation, 2013.第4 页

电动汽车技术 篇3

由清华大学韩英铎院士等13位专家教授组成的鉴定委员会认为，这一项目提出了集充、换、儲、放于一体的电动汽车充换电技术和建设方案，实现了电动公交车的充换电及乘用车电池配送功能，搭建了电动汽车与电网的互动平台，具备电网调度下的有序充放电、削峰填谷和应急供电等功能。

专家组认为，这个项目建立了国内首个基于统一数据接口的省级智能充换电服务网络运营管理系统，实现了对全省充换电站运营设备和电动汽车的统一监控及管理。

随着青岛薛家岛智能充换储放一体化示范站投运，以及省级电动汽车运营管理系统的建成，山东电网在充换电技术研究应用和网络建设等方面取得了重大突破，并申请充换电专利技术成果340多项。

目前，山东省投运充换电站17座、充电桩545台，充换电服务网络已安全运行552天，服务车辆累计行驶超过600万公里、电量680万千瓦时、充换电46 500次，各项运行指标均达到国内外较好水平。

（来源：新华网）

电动汽车轮毂电机技术 篇4

资源和环境是当今社会和谐发展的永恒主题。电动汽车作为“绿色交通”的主要载体, 在资源与环境可持续发展中发挥着重要作用。

轮毂电机驱动技术是电动汽车的先进方式。这项技术早在20世纪50年代, 由美国人罗伯特发明。早在1900年, 保时捷就首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车, 在20世纪70年代, 这一技术在矿山运输车等领域得到应用。而对于乘用车所用的轮毂电机, 日系厂商对于此项技术研发开展较早, 目前处于领先地位, 包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。

目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术, 在2011年上海车展展出的麒麟X1增程电动车就采用了轮毂电机技术, (见图1) 。

(一) 简化了机械传动机构降低了车载自重

采用轮毂电机直接驱动车轮, 大大缩短了机械传动链, 可实现“零传动”方式, 使电动汽车的结构发生了脱胎换骨的变化, 对纯电动汽车来说, 不仅去掉了发动机、冷却水系统、排气消音系统和油箱等相应的辅助装置, 还省去了变速器万向传动部件及驱动桥等机械传动装置, 这不仅节省了大量的机械部件成本, 还减轻了汽车自重, 有利于提高整车的驱动效率, 对节能减噪都有益, (见图2)

(二) 有利于汽车结构布局

由于省去了大量机械装置, 腾出了许多有效空间便于汽车总体布局, 使所增加的蓄电池可按车辆动力学要求适当分散, 作为配重物按尽可能降低车辆质心高度等要求来进行结构布局, (参见图3)

(三) 提高了对车轮控制的动态响应

按控制理论来说, 整个控制系统中各个环节的动态响应时间常数, 是制约其控制性能好坏的重要因素。通常电气系统的响应速度比机械系统要高出1~2个数量级, 就驱动调速系统来说, 传统汽车需从控制节气门, 经发动机的爆燃过程, 到各个机械传动机构等众多环节传递后的响应时间, 与采用轮毂电机直接驱动车轮的动态响应速度相比, 其整体的快速响应指标要差数百甚至上千倍。从而即可较容易地实现传统高档轿车较难以实现的一些高性能控制功能, 如驱动防滑转控制ASR、车辆动态控制系统VDC、安全测距防撞控制系统、四轮电子差速转向控制系统, 若导入四轮转向技术 (4WS) 减小转弯半径, 还可实现零半径转弯。传动效率提高10% (理论值) , 同时提高了行驶于操纵稳定性、安全性。

(四) 有利于对制动能量的回收

采用轮毂电机驱动, 在汽车滑行、降速制动和下坡过程中实现电磁制动和发电, 其回收的电能比其他方式提高至少一倍多。

(五) 可实现多种复杂的驱动方式

由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性, 因此无论是前驱、后驱还是四驱或多驱形式, 他都可以比较轻松地实现, 全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向, 大大减小车辆的转弯半径, 在特殊情况下几乎可以实现原地转向 (不过此时对车辆转向机构和轮胎的磨损较大) , 对于特种车辆很有价值。

(六) 便于采用多种新能源汽车技术

新能源车型不少都采用电驱动, 因此轮毂电机驱动也就派上了大用场。无论是纯电动还是燃料电池电动车, 抑或是增程电动车, 都可以用轮毂电机作为主要驱动力;即便是对于混合动力车型, 也可以采用轮毂电机作为起步或者急加速时的助力, 可谓是一机多用。同时, 新能源车的很多技术, 比如制动能量回收 (即再生制动) 也可以很轻松地在轮毂电机驱动车型上得以实现, (参见图4) 。

二、电动汽车轮毂电机驱动技术的缺点

(一) 增大簧下质量和轮毂的转动惯量, 对车辆的操控有所影响

对于普通民用车辆来说, 常常用一些相对轻质的材料, 比如铝合金来制作悬挂的部件, 以减轻簧下质量, 提升悬挂的响应速度。可是轮毂电机恰好较大幅度地增大了簧下质量, 同时也增加了轮毂的转动惯量, 这对于车辆的操控性能是不利的。不过考虑到电动车型大多限于代步而非追求动力性能, 这一点尚不是最大缺陷。

(二) 电制动性能有限, 维持制动系统运行需要消耗不少电能

现在的传统动力商用车已经有不少装备了利用涡流制动原理 (也即电阻制动) 的辅助减速设备, 比如很多卡车所用的电动缓速器。而由于能源的关系, 电动车采用电制动也是首选, 不过对于轮毂电机驱动的车辆, 由于轮毂电机系统的电制动容量较小, 不能满足整车制动性能的要求, 都需要附加机械制动系统, 但是对于普通电动乘用车, 没有了传统内燃机带动的真空泵, 就需要电动真空泵来提供制动助力, 但也就意味着更大的能量消耗, 即便是再生制动能回收一些能量, 如果要确保制动系统的效能, 制动系统消耗的能量也是影响电动车续航里程的重要因素之一。此外, 轮毂电机工作的环境恶劣, 面临水、灰尘等多方面影响, 在密封方面也有较高要求, 同时在设计上也需要为轮毂电机单独考虑散热问题, (参见图7~10) 。

三、电动汽车轮毂机的结构类型

电动汽车技术 篇5

1范围

SZDB/Z 29-2010的本部分规定了深圳市电动汽车充电站及充电桩设计应遵循的基本原则。

本部分适用于深圳市电动汽车充电站及充电桩新建、扩建和改建工程的设计和建设工作。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB 3096-2008声环境质量标准

GB 17625.1-2003 电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）

GB/Z 17625.6-2003 电磁兼容 限值 对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生谐波电流的限制

GB 50016-2006建筑设计防火规范

GB 50052-2009供配电系统设计规范

GB 50053-199410 kV及以下变电所设计规范

GB 50054-1995低压配电设计规范

GB 50057-2000建筑物防雷设计规范

GB 50058-1992爆炸和火灾危险环境场所电力装置设计规范

GB/T 50063-2008电力装置的电测量仪表装置设计规范

GB 50229-2006火力发电厂与变电站设计防火规范

GB 50289-1998城市工程管线综合规划规范

DL/T 621-1997交流电气装置的接地

DL 5027-1993电力设备典型消防规程

DL/T 5137-2008电测量及电能计量装置设计技术规程

《关于加强重要电力用户供电电源及自备应急电源配置监督管理的意见》（电监安全[2008]23号）

3术语和定义

SZDB/Z 29.1-2010界定的术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了SZDB/Z 29.1-2010中的一些术语和定义。

3.1

电动汽车Electric Vehicle（EV）

用于在道路上使用，由电动机驱动的汽车，电动机的动力电源源于可充电电池或其他易携带能量存储的设备。不包括室内电动车、有轨电车、无轨电车和工业载重电动车等车辆。

3.2

充电Charge

从外部电源供给蓄电池直流电，将电能以化学能的方式贮存的过程。

3.3

充电站EV Charging Station

具有特定控制功能和通信功能的，将电能量传送到电动汽车的设施总称。

3.4

配电站Distribution Station

在中低压配电网中用于接受并分配电力、将10（20）kV变换为380V电压的供电设施。

3.5

车载充电机On-Board Charger

固定安装在电动汽车上的充电机。

3.6

非车载充电机Off-Board Charger

固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车动力电池提供直流电能的充电机。若无特别说明，本规范所指充电机均为电动汽车非车载充电机。

3.7

直流充电桩DC Charging Point

固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车动力电池提供小功率直流电源的供电装置。

3.8

交流充电桩AC Charging Point

固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车车载充电机提供交流电源的供电装置。

3.9

充电桩Charging Point

直流充电桩与交流充电桩的统称。

3.10

充电机效率Charging Efficiency

充电机的直流输出功率与交流输入有功功率之比。

3.11

充电区Charging Area

在充电站内为电动汽车进行充电的停车区域。

3.12

谐波Harmonic

电力系统的电流和电压中非正弦周期分量所含的频率为基波频率整数倍的正弦周期分量。

3.13

TN系统TN System

电源系统有一点直接接地，负载设备的外露导电部分通过保护导体连接到此接地点的系统。

3.14

IT系统IT System

电源系统的带电部分不接地或通过阻抗接地，电气设备的外露导电部分接地的系统。

3.15

脉波数Pulse Number

在一个基波周期内，换流器的换相次数。

3.16

谐波含有率Harmonic Ratio(HR)

周期性交流量中含有的第h次谐波分量方均根值与基波分量方均根值之比（用百分数表示）。

3.17

总谐波畸变率Total Harmonic Ratio（THD）

周期性交流量中谐波分量方均根值与其基波分量方均根值之比（用百分数表示）。

4总则

4.1充电站和充电桩设计应贯彻执行国家有关法律、法规、技术标准和节能环保政策，做到技术先进、安全可靠、经济合理、使用便利。

4.2充电站和充电桩设计应立足电动汽车产业的技术现状，同时兼顾未来发展，做到远近结合、适度超前，并留有发展余地。

4.3充电站和充电桩设计应积极采用节能、环保、免维护或少维护的新技术、新设备和新材料，严禁采用国家技术监督检验部门明令禁止的淘汰设备和材料。

4.4充电站选址应符合深圳市政府关于深圳市电动汽车发展总体规划的要求，做到统一规划、统筹安排、逐步实施。

4.5充电站和充电桩设计应根据工程特点、负荷等级、设备容量、站址环境和节能环保等因素，合理确定设计方案。

4.6编制电动汽车充电站规划时，应开展对充电站电能充储一体化的可行性研究，并适时对V2G的可行性进行技术论证。

4.7充电站建设前期，应开展对充电站的环境和安全评价。

5充电站和充电桩

5.1充电站组成和功能

5.1.1充电站主要由行车道、充电区、供配电设施、充电装置、监控装置等组成。公共充电站还应包括营业场所。

5.1.2具有电池更换功能的充电站应包括备用电池存储，电池更换的设施及场所。

5.1.3充电站供配电设施由高压开关柜、变压器、低压开关柜及其电力、控制线路等组成。

5.1.4充电站的基本功能应包括供配电、充电、监控、计量和通信。扩展功能包括计费。

5.2充电桩组成和功能

5.2.1充电桩由桩体、电气模块、计量模块等部分组成。

5.2.2充电桩包括交流充电桩和直流充电桩。

5.2.3充电桩通常以成组的型式进行设置，以提高其利用率。

5.2.4充电桩基本功能为供电或充电、计量和通信，扩展功能为计费。

5.3充电站类型

5.3.1充电站类型

充电站类型如下：

a)公共充电站：为社会电动汽车服务的充电站；

b)专用充电站：为特定范围的专用电动汽车设置的充电站。

5.3.2充电机配置

充电机配置如下：

a)公共充电站：宜按照社会使用的电动汽车类型进行配置；

b)专用充电站：宜按照相应使用的电动汽车类型进行配置；

c)站内充电区停车位占地面积宜按电动汽车类型进行布置。

5.4充电站选址

5.4.1充电站选址应符合深圳市政府关于深圳市电动汽车发展总体规划的要求。

5.4.2充电站是中低压配电网的重要组成部分，其站址选择应兼顾电网规划的要求，并与电网规划、建设与改造密切结合，以满足电力系统对电力平衡、供电可靠性、电能质量、自动化等方面的要求，并结合变电站的建设、改造进行科学、合理的选址。

5.4.3充电站选址应便于供电电源的取得，宜接近供电电源端，并便于供电电源线路的进出。

5.4.4公共充电站应选择在进出车便利的场所。进出口宜设置在支路或有辅道道路的辅道旁，不应设置在主干道或快速路主道旁，不应设置在交叉口附近。

5.4.5公共充电站入口和出口应分别设置车道与站外道路连接，充电站与站外市政道路之间应设置缓冲距离或缓冲地带，便于电动汽车进出和充电等候。

5.4.6专用电动汽车数量较多时，宜设置专用充电站。

5.4.7电动公共汽车使用的专用充电站宜设置在公交汽车枢纽站、公交专用停车场附近。

5.4.8充电站应充分利用临近的道路、交通、给排水、消防等公用市政设施。

5.4.9充电站应满足消防安全的要求，与其他建筑物、构筑物之间的防火间距应参照GB 50016-2006、GB 50229-2006的要求。

5.4.10充电站不应设在有爆炸危险环境场所的正上方或正下方，当与有爆炸危险的建筑物毗邻时，应满足GB 50058-1992的要求。

5.4.11充电站不应设在有剧烈振动或高温的场所。

5.4.12不宜设在多尘、水雾或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在上述场所风向的下风侧。

5.4.13充电站不应设在厕所、浴室等场所的正下方，安装电气设备的功能用房不应与上述场所贴邻。

5.4.14充电站不应设在室外地势低洼易产生积水的场所和易发生次生灾害的地点。

5.4.15充电站应预留一定的备用场地。

5.5充电站布置

5.5.1一般要求

充电站总体布置应满足便于电动汽车的出入和充电时停放，保障站内人员及设施的安全。

充电区的入口和出口应至少有两条车道与站外道路连接，充电站应设置缓冲距离或缓冲地带便于电动汽车的停发和进出。

充电区单车道宽度不应小于3.5m，双车道宽度不应小于6m。转弯半径按照电动汽车类型确定且不宜小于9m；道路坡度不应大于6%，且坡向站外。

充电设施应靠近充电区停车位设置，电动汽车在停车位充电时不应妨碍站内其他车辆的充电与通行。

充电区应考虑安装防雨设施，以保护站内充电设施、方便进站充电的电动汽车驾乘人员。

5.5.2电气要求

电气设备的布置应遵循安全、可靠、适用的原则，并便于安装、操作、搬运、检修、试验。电气设备的布置应符合GB 50053-1994和GB 50054-1995的要求。

充电机、监控室、营业厅应布置在建筑物首层，高压开关柜、变压器、低压开关柜等宜布置在建筑物首层。

变压器、高压开关柜、低压开关柜、充电机及监控装置宜安装在各自的功能房间，以利于电气设备的运行、便于维护管理。

当成排布置的低压开关柜长度大于6m时，柜后应有两个出口通道。当两个出口之间的距离大15m时，其间应增加出口。

当受到条件限制时，低压开关柜与充电机可安装在同一房间。或采取变压器与低压开关柜设置同一房间，但变压器应选用干式，且外壳防护等级不低于IP20。

当受到条件限制时，变配电设施与充电机可设置在户外组合式成套配电站中，其基础应适当抬高，以利于通风和防水。

变压器室不宜与监控室贴邻布置或位于正下方，不能满足时应采取防止电磁干扰措施。

高压开关柜、变压器、低压开关柜、充电机、监控装置宜安装在各自的功能房间内。

5.6充电桩设置

交流充电桩为车载充电机提供交流电能，直流充电桩为电动汽车电池组提供小容量直流电能。

新建建筑物、居住小区等场所的配建停车场，以及社会公共停车场，应设置供电动汽车停放的专用停车区；已建建筑物、居住小区等场所的配建停车场以及社会公共停车场，宜通过技术改造措施，设置供电动汽车停放的专用停车区。

办公、生产等场所的停车场宜根据深圳市电动汽车发展总体规划的要求，按照停车位数量设置一定比例的充电桩。

电动汽车专用停车区应设置靠近临近的配电站。

充电桩宜实行“一位一桩”，即一个电动汽车停车位设置一个充电桩，以便于使用和管理。

室外充电桩应安装在距地面至少200mm以上的基础上，其基础底座四周应采取封闭措施，防止小动物从底部进入箱体，以满足防雨、防积水要求。

室外的充电桩外壳防护等级宜不低于IP54，其外壳宜选用绝缘材料。

6充电站和充电桩电气部分

6.1负荷及负荷等级

6.1.1主要用电负荷

充电站主要用电负荷包括充电机、监控装置、通风装置、站内其他动力设备及照明等。

6.1.2负荷等级

根据GB 50052-2009和《关于加强重要电力用户供电电源及自备应急电源配置监督管理的意见》（电监安全[2008]23号）中对电力用户性质划分的有关规定，按照充电站在经济社会中占有的重要程度，划分为下列两类电力用户：

a)在政治上具有重大影响，或中断供电将对社会公共交通产生较大影响，在一定范围内造成社会公共次序严重混乱、造成企事业单位较大经济损失的充电站属二级电力用户；

b)不属于二级电力用户的其他充电站为三级电力用户。

充电桩为三级电力用户。

6.2供电电源要求

属于二级电力用户的充电站宜由两回路中压供电电源供电，两回路中压供电电源宜引自不同变电站，也可引自同一变电站的不同母线段。每回供电线路应能满足100%用电负荷的供电要求。

属于三级电力用户的充电站由单回路中压供电电源供电。

充电站应采用10（20）kV电压等级供电。

交流充电桩应采用380V或220V电压等级供电。

直流充电桩应采用380V电压等级供电。

6.3主要电气设备选择

6.3.1一般规定

主要电气设备应选用经国家质量监督检验检测部门检验合格的产品，电气和电子设备应具有3C认证标志。

6.3.2变压器

变压器应采用节能环保型变压器。

在满足消防条件下，宜优先选用油浸式变压器。

单台变压器的额定容量不宜大于1600 kVA。

装有两台及以上变压器的二级电力用户充电站，当其中任意一台变压器退出运行后，剩余的变压器容量应能满足全部二级用电负荷的用电。

变压器宜选用整流变压器。绕组结线宜采用D d0 yn11。也可采用Y d11 yn0。

经技术经济比较合理时，可采用移相式变压器。

属于三级电力用户的充电站，可选用两台绕组结线分别为D yn11和Y yn0的配电变压器，以减小谐波对公用电网的影响。

6.3.3开关柜

宜选用小型化、无油化、紧凑式、免维修或少维护的电气设备。

高压配电装置宜采用组合电器开关柜。当单台油浸式变压器额定容量为630kVA及以下、干式变压器额定容量为800kVA及以下，变压器回路宜采用负荷开关-熔断器型式。当单台油浸式变压器额定容量为630kVA以上、干式变压器额定容量为800kVA以上，变压器回路应选用带保护功能的断路器单元。

低压开关柜宜采用金属封闭抽出式开关柜。

6.4充电机和充电桩选择

6.4.1一般规定

充电站内的充电机宜选用室内型，以改善充电机的工作条件，减小外部环境对充电机的影响，便于运行维护。

充电机应采用“一机一车”充电方式，即一台充电机在同一时间内，仅对同一辆电动汽车进行充电。不应采用主从充电模式。

充电机应采用电缆下进线方式。

室外充电桩应采用电缆下进线方式。

室内充电桩应根据现场的情况，选用落地式或壁挂式。落地式充电桩宜采用电缆下进线方式。壁挂式充电桩可采用下进线方式，也可采用侧进线方式。

6.4.2技术参数

充电机技术参数应符合SZDB/Z 29.3-2010。

充电桩技术参数应符合SZDB/Z 29.5-2010。

6.4.3充电机容量的计算

6.5充电站配电系统

10（20）kV宜采用单母线接线或单母线分段接线；380V宜采用单母线或单母线分段接线。

向同一台充电机供电的两回低压线路应分别接入变压器两个低压移相绕组。其他三相用电设尽量均衡分配在低压侧两个绕组中，照明等单相用电设备应接于星形结线的绕组侧，各单相负荷应尽量平衡设置。

接于变压器星形绕组的低压配电系统采用TN-S接地系统，接于整流变压器三角形绕组的低压配电系统采用IT接地系统。

两台及以上变压器低压进线和联络断路器之间应设置机械闭锁和电气联锁装置。

低压进线断路器宜具有短路瞬时、短路短延时、长延时三段保护功能，并具有接地保护功能。低压进线断路器宜设置分励脱扣装置，不宜设置失（低）压脱扣装置。

充电站内容量较大或重要的用电设备，宜采用放射式供电。

低压配电设备及线路的保护应满足GB 50054-1995的规定。

6.6充电桩配电系统

充电桩接地系统宜采用TN-S。

向充电桩供电的电源侧低压断路器宜具有短路保护和剩余电流保护功能，其剩余电流保护额定动作电流为30mA，动作时间不大于0.1秒。

成组布置的充电桩宜采用链式供电。交流充电桩的配电系统应尽量做到三相负荷平衡、各相负荷矩相等。

充电桩负荷应纳入配电站变压器计算负荷中。

在已建成的建筑物、居住小区等场所停车场设置充电桩时，应对现有配电站配电设施进行校验。当不能满足要求时，应采取相应的技术改造措施。

6.7配电线路

中低压配电线路和控制线路宜采用铜芯导体。

中压电缆线路宜选用交联聚乙烯绝缘类型，充电站内的低压电缆线路宜选用交联聚乙烯绝缘或聚氯乙烯绝缘类型，照明及插座线路宜选用聚氯乙烯绝缘护套电线。

移动式电气设备等经常弯移或有较高柔软性要求的回路，应使用橡皮绝缘等电缆。

低压电缆中性线截面应与相线截面相同。

低压直流供电回路，宜选用两芯电缆；也可选用两根单芯电缆。

用于三相负荷的电力电缆，其外护套宜采用钢带铠装类。用于单相负荷及直流负荷的电缆，其外护套不应采用导磁性材料作为铠装。

低压电缆截面应满足最大电流工作时，导体能够满足载流量的要求，并应校验线路允许电压降，以满足电气装置的正常工作状态。

为便于低压供电线路引入和引出充电桩，低压线路的截面不宜大于120mm2。

向充电桩供电的低压电缆总长度应满足电缆线路正常泄露电流不使剩余电流保护装置发生误动作。

6.8线路敷设

充电站站内的中压供电线路应采用电缆进线方式，中压电缆在站内的敷设路径尽量避免通过充电区等有振动和压力的场所。如无法避开时，应采取穿保护管等措施。

变压器二次侧至低压开关柜之间宜采用密集型母线槽连接。

低压开关柜至室内充电机之间的电缆线路宜采用沿室内电缆沟敷设。

室外敷设的电缆线路宜采用穿保护管埋地敷设，保护管应满足抗压要求和耐环境腐蚀要求。

直流单芯电缆不宜单根穿钢管，当需要单根穿管时，应采用非导磁管材，也可采用经过磁路分隔处理的钢管。

在配电室内电气设备、母线槽的正上方，不宜布置灯具和明敷线路。

埋地敷设的地下电力管线严禁平行敷设于现有地下管道的正上方或正下方。各电力管线、电力管线与其他市政管线之间的平行或交叉距离，应满足GB 50289-1998的要求。

7电能质量的要求

7.1电压偏差要求

供电电源电压偏差。充电站受电端的电压偏差值，应符合以下要求：

a)10（20）KV及以下三相供电的电压偏差不得超过标称电压的±7%；

b)220V单相供电的电压偏差不得超过标称电压的+7%、-10%。

7.2频率偏差要求

在系统正常运行情况下，频率偏差不得超过±0.2Hz。

7.3公用电网谐波限值要求

充电站在设计时应重视非线性用电设备对公用电网电能质量产生的影响，并应采取积极有效的防范措施，减小或消除谐波分量。如不能达到国家有关标准规定的谐波控制要求,应采取有效的谐波治理措施。

减小谐波的常用技术措施如下：

a)增加充电机整流装置的脉波数；

b)加装交流滤波装置；

c)三相用电设备平衡；

d)由容量较大的系统供电。

电动汽车充电机产生的谐波分量，应满足GB 17625.1-2003和GB/Z 17625.6-2003中的规定。

公用电网谐波电压的限值（相电压）要求见表1。

当公共电网连接点的短路容量不同于表2中的基准短路容量时，谐波电流允许值应进行换算，换算的计算公式见附录A。

当公共电网连接点的用户不止一个时，谐波电流允许值应按协议容量与其公共连接点的供电容量之比进行分配。公共连接点各用户谐波电流允许值计算见附录A。

当不能满足公用电网谐波限值的要求时，应在充电站低压母线侧或向充电桩供电的配电站加装滤波装置。

7.4无功功率补偿

无功补偿装置应进行优化配置，采用自动投切。应保证在最大负荷运行时变压器10（20）kV侧功率因数不低于0.95。

充电站的无功补偿装置宜安装在低压侧母线上。

无功补偿装置中的有关电气参数应合理设置，能有效消除谐波对电网的影响和电力系统谐波电压的放大作用，同时避免产生谐振。

8电气照明

8.1照度标准

充电站各场所照度标准见表3。

8.2照明光源

照明光源的选择应符合国家现行标准的相关规定。

一般场所宜采用细管径直管形荧光灯，营业厅宜采用细管径直管形荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率的金属卤化物灯，不应采用白炽灯。空间较高的场所，宜采用金属卤化物或高压钠灯，也可采用大功率细管径荧光灯。

直管形荧光灯应采用电子镇流器或节能型电感镇流器，金属卤化物或高压钠灯应采用节能型电感镇流器。

8.3照明要求

照明种类有工作照明和疏散照明。

照明灯具布置时应满足各场所的工作、应急、标识等要求。

应急疏散照明的备用电源连续供电时间不应少于30min。

充电室、变压器室、高低压配电室、监控室、营业厅和疏散通道应设置应急疏散照明。

8.4电气照明

照明配电系统中，照明和插座回路不宜由同一回路供电。插座回路的电源侧应设置剩余电流动作保护装置，其额定动作电流为30mA。

9防雷与接地

9.1一般要求

充电站防雷与接地要求应满足GB 50057-2000、DL/T 621-1997中的规定。

独立建设的充电站属于第三类防雷建筑物。如与其他建筑物共同建设时，应综合考虑建筑物的性质并经计算确定其防雷级别。

充电站应采取防直击雷、防雷电波入侵和防雷电电磁脉冲的措施。

9.2防直击雷要求

防直击雷的措施，宜采用装设在建筑物屋顶上设置避雷带作为接闪器（金属屋面）。避雷带沿屋角、屋背、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。并组成不大于20m×20m或24m×l6m的网格。

金属屋面可作为接闪器，但应与防雷装置相连。

防直击雷的引下线宜利用建筑物柱混凝土中的钢筋，引下线不应少于2根，间距不应大于25m。宜利用基础和地梁混凝土中的钢筋作为接地网。且钢筋的直径不应小于12mm。

避雷带及引下线宜采用圆钢，圆钢直径不应小于12mm。垂直接地极宜采用角钢；水平接地带宜采用扁钢。扁钢截面不应小于120mm2，其厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm。

避雷带、引下线、接地极、接地带应采取热镀锌。

9.3防雷电波入侵要求

防雷电波入侵的具体措施如下：

a)在电缆线路的进线端，将其金属外皮、金属保护管与接地网相连。架空线路转换为电缆时，电缆在地中的敷设长度不宜小于15m；

b)在低压架空线路的进线端，设置避雷器，与绝缘子铁脚、金具共同接于接地网；

c)进出建筑物的架空金属管道，在进出处应就近接到接地网。

低压配电设备浪涌保护器的安装位置和绝缘耐冲击过电压额定值宜按表4选用。

9.4接地要求

充电站电气设备的工作接地、保护接地、防雷接地共用一套接地装置。共用接地装置的接地电阻不大于4Ω。

充电站下列电气装置外露导电部分，均应进行接地。

a)变压器、高低压开关柜、充电装置、照明配电箱、监控设备、照明灯具的金属外壳；

b)变压器星形结线的二次绕组的中性点；

c)安装有电气设备的门。

利用混凝土中钢筋作为引下线时，其下部在室外地坪0.8m～1m处引出一根镀锌钢导体，作为人工接地体的外引点。

为降低跨步电压，接地装置距建筑物入口处、充电区的距离不宜小于3m。当小于3m时，应采取下列措施之一：

a）水平接地极局部埋深不应小于1m；

b）水平接地极局部应包以绝缘物；

c）宜采用沥青碎石地面或在接地网上面敷设50mm～80mm沥青层，且其宽度不宜小于接地网两侧各2m。

成组布置的充电桩采用TN-S接地系统，其PE线与供电侧的接地装置连接。

10电气测量和计量

10.1一般要求

电测量装置和各类电能计量装置准确度要求应符合GB/T 50063-2008和DL/T 5137-2008的规定。

电测量装置和各类电能计量装置的电流、电压及附件、配件的准确度要求应符合GB/T 50063-2008和DL/T 5137-2008的规定。

表计的测量范围和电流互感器变比的宜选择在额定运行时标度尺的2/3左右处。

电能表的标定电流应根据实际用电负荷选择，应保证最大电流不超过电能表的额定最大电流，经常性负荷电流不低于电能表标定电流的20%。

10.2表计的设置

测量和计量表计的设置见表5。

10.3表计的类型

电能表宜采用电子化、低损耗电子式电能表，也可采用长寿命机械式电能表。

中性点直接接地系统应选用三相四线电能表，中性点非直接接地系统应选用三相三线电能表。

电能表规格宜选用过载4倍及以上。

11监控系统

11.1监控系统的组成

充电站监控系统由网元层、站级监控层和网络管理层组成。

11.2监控系统的功能

监控系统将充电站的充电机、充电车辆、配电设备、谐波监测、视频监视、火灾自动报警及站内其他设备的状态信息、参数配置信息、充电过程实时信息等进行集成，应用微机及网络通信技术，构成完整的自动化及管理系统，实现站内设备的监视、保护、控制、管理和事故情况下的紧急处理；

充电桩的相关信息宜通过专用通信网上传至配电站终端，并由该终端上传至相关系统。

11.3监控系统电源

充电站宜设置一套交流不间断电源，以满足站内监控系统的需要。其容量宜按3 kVA冗余配置。

11.4其他

充电站监控内容与要求详见SZDB/Z 29.6-2010。

12充电站安全防护

12.1消防安全

充电站的建筑物构件燃烧性能、耐火极限、站内的建（构）筑物与站外的民用建（构）筑物及各类厂房、库房、堆场、储罐之间的防火间距应符合GB 50016-2006的规定。

充电站电力设备的消防安全要求应符合DL 5027-1993的规定。

属于二级电力用户的充电站宜设置火灾自动报警系统，且应满足GB 50016-2006的规定。

充电站应设置灭火剂，灭火剂的选用应能提高灭火有效性、降低对设备和人员的影响。

充电站内应设置消防砂坑（库），消防用砂应保持充足和干燥。

电缆在室外进入建筑物内的入口处，以及电缆在穿越各房间隔墙、楼板的孔洞在线路敷设完毕后，应采用防火封堵材料进行封堵。

充电站防治白蚁的措施应按照国家及深圳市相关标准执行。

12.2噪音限值

充电站的噪音限值应满足GB 3096-2008的有关规定，具体见附录B。如不能达到上述规定要求时，充电站应采取相应的降噪技术措施。

12.3标志标识

充电站内的各类设备、设施及场所进行标识，识别与配置的标识包括功能识别类、禁止类、警告类、指令类和公共导向类。

电气设备的所有标识的颜色代码、尺寸、内容等应符合深圳供电部门标识管理工作标准中的有关要求。

13对其他专业的设计要求

13.1土建专业

充电站建筑外观应与周围环境相协调，建筑物内外侧装修材料应选用节能环保型产品。

高压配电室宜设不能开启的自然采光窗，窗台距室外地坪不宜低于1.8m；低压配电室可设能开启的自然采光窗。高、低压配电室临街的一面不宜开窗。

变压器室、高低配电室、充电机室、监控室门应向疏散方向开启。相邻配电室之间有门时，应能双向开启。上述场所的门宜采用甲级防火门。

充电站各房间应设置防止雨进入室内的措施。

充电站各房间应设置防止小型动物从窗、门、电缆沟等进入室内的设施。

站内所有电气设备室门口，宜加装高度为600mm的挡板。

室内电缆沟，应采取防渗水、排水措施。

当配电室、监控室、充电机室的长度大于7m时，应设两个出口，并宜布置在的两端。

监控室地面宜采用不产生静电或尘埃的材料，也可采用抗静电阻燃材料活动地板或水磨石地面。

充电站屋面应采取隔热、防水措施。

充电机室、监控室的窗户应有良好的气密性，以保证电气设备工作的清洁度要求。

监控室不宜与高压配电室和变压器室毗邻布置，如毗邻时应采取屏蔽措施。

充电站建筑耐火等级：

a)可燃油油浸变压器室耐火等级为一级；

b)非燃或难燃介质变压器室、高压配电室耐火等级不应低于二级；

c)低压配电室耐火等级不应低于三级。

13.2通风专业

充电站的机械排风应优先选用低噪音通风装置。

变压器室宜采用自然通风。夏季的排风温度不宜高于45℃，进风和排风的温差不宜大于15℃。

变压器室、配电室当采用机械通风时，其通风管道应采用非燃烧材料制作。在进出风口宜加装空气过滤器。

配电室宜采用自然通风和机械排风相结合。

通风百叶窗应加装可拆卸的金属防尘网。

配电室、变压器室、监控室、充电机内，不应有与其无关的管道和线路通过。

电动汽车技术 篇6

从“八五”时期算起，电动汽车在中国的发展已经历了5个五年计划，可如今在最可能接受它的北上广，人们仍然保持着谨慎的态度。而业内对于补贴资金拨付形式、电池等硬件技术等仍然存在极大争论。

对于中国电动汽车行业发展现状以及如何促进电动汽车行业的发展，近期本刊专访了中国工程院院士陈清泉。

作为世界电动车协会创始人和轮值主席，陈清泉也被誉为“亚洲电动车之父”、世界“电动车三贤士”之一。他同时也是多家世界著名企业这一领域的顾问。

此次专访中，陈清泉院士认为，中国电动汽车的发展已经深陷非技术原因造成的泥潭之中。

不该拿纳税人的钱补贴汽车老板

《瞭望东方周刊》：你如何评价目前中国的新能源汽车发展形势？

陈清泉：中国的电动汽车从“八五”开始列入国家计划，从“十五”开始明显加大投入，直至现在。在我看来，中国电动汽车发展正处在产业化的前夕，或者说处于孵育期走向成长期的重要转折点。

此时，最重要的是中央政府应有一个正确的政策，真正从中国国情出发，代表老百姓的利益。电动车的发展对中国的能源、环保有好处，当然，这需要电动汽车发展到一定数量。

电动车的功能、生产过程、产业链和传统汽车不一样，不能用传统汽车的眼光来看。

电动车不只是交通工具，也是移动的储能器，如何充分发挥它的储能效果，对电网、电池寿命有利，非常值得思考。

同时，与传统汽车相比，电动汽车的产业链与制造过程也不一样。传统汽车有上万个零部件，是封闭式的生产；而电动汽车只有几千个零部件，可以采取开放式、装配式的生产。

另外，电动车的能源是储能电池，电池的能量密度比汽油低很多，而价钱比汽油贵很多，这样造成电动汽车初期成本较高。但是，电动汽车的运行费用很低，并且没有污染。所以，购买电动车后要尽量多使用，可以从运行费用中得到回报。

目前，中国汽车生产、销售量世界第一，但人均保有量不是第一，所以汽车数量还将持续增长。而大城市已基本饱和，购买车辆是以旧换新为主，今后发展的重点要放在二三线城市和农村，在这些地方会增加大量首次购车者。

大城市车辆行驶距离较长，二三线城市与农村则有所不同，更多的是从家里到集市、乡镇、工作单位的短距离行驶。所以这就决定了发展中国的电动车一定要符合国情，高中低端、大中小型都要发展。

我不反对发展高档电动汽车，但是不能封杀低端市场。实践证明，在山东省老百姓对电动车的需要旺盛，不少没有政府补贴的电动车型号产量都上万辆。而工信部批准的六七百种型号的电动车，很多型号的产量只有几十辆、上百辆。

国家已将电动车上升到战略新兴产业，在经济上的补贴也是全世界最高的，这样高额的补贴会造成很大的副作用，值得检讨。

补贴要有助于技术的进步，有助于电动车行业的产业化。目前补贴太高造成车企过度依靠政府补贴，而不是靠提高核心技术争取更大的市场。拿到补贴的车企过得很舒服，拿不到的就难以为继。

工信部公布的数百种型号的电动车销量很少，市场不认可，这就值得分析。不应该直接拿纳税人的钱补贴那些汽车老板，补贴给谁要好好考虑：是补贴给车厂、零部件厂，还是直接补贴给用户。

另外，地方政府对本地生产的电动车补贴过多，也容易造成不正当竞争。

很多人做动力电池是政治投资

《瞭望东方周刊》：从技术上讲，中国发展电动汽车的挑战是什么？

陈清泉：主要是电池。中国有几百个电池厂，但很多都是低级重复。国外在整个电池包、电池评价体系方面都下了很多功夫，不少国外的电池厂都到世界上高温、酷寒的地方做实验，他们对电池安全有更深层次的理解。这就需要我们组建“国家队”，加强对电池原材料的研究，比如中科院物理所、中科院化学所等单位就做了不少工作。

特别是在电池包方面，我们和国外的差距很大，并且还在进一步加大。

中国的生产、安全标准很多，但大多浮于表面，没有深层次的标准，这方面应该有“国家队”或者产业联盟去努力。我们现在的产业联盟更多的是作为互相收集对方情报的机构，不是共同攻克技术难关。这说明激励机制有问题，不能鼓励行业技术创新。

在完善电动汽车的评价体系时，要广泛收集意见，要鼓励电动汽车多做数据采集，而不是急于把车卖出去。比如，开车去西藏、海南长距离行驶，在考察中收集车辆的相关数据，以利于提升电动汽车的性能。

《瞭望东方周刊》：中国已经有了很多电动车电池厂，提升电池水平的关键是什么？

陈清泉：现在国内有很多电池厂，但真正做动力电池能赚到钱的不多。一些人做动力电池，很大程度上是为了捞政治资本。有些电池厂老板就跟我说，知道做动力电池赚不到钱，但电动车是国家战略新兴产业，上级评估当地政府的时候，可以拿出来当政绩。电池厂则是用做手机电池、平板电池、电脑电池赚来的钱补贴动力电池。

中国的动力电池缺乏创新，很难满足电动车需求，国内车企在技术创新上无法和韩国的LG、三星相比，他们有国家支撑，有强大的技术研发团队。外国大的企业、好的产品，都是十几年、几十年研发积累的成果。而中国无论是政府官员、还是企业家，很多人都急功近利。

目前来看，中国基本上还是跟随国外，不过也有一些突破，比如复旦大学的教授，拓展使用了电解水技术，这个理念来自国外，但他有新突破。在原材料基本跟着外国走的现状下，需要鼓励国内的科学家进行技术突破。

现在国内有上百个电池厂，单纯做电动车电池盈利的不多，有些厂商非常迷茫，不清楚中国未来的电动车市场有多大，也有人预测说，国内电池产能已经过剩。

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当务之急不在电池的数量，而是要深层次地分析问题，改变粗放式发展的模式。这就要从政府入手，调整补贴政策，优化产业结构。

尽快让经济型电动汽车上路

《瞭望东方周刊》：面对这样深层次的问题，你对我国电动汽车的发展有何建议？

陈清泉：重要的是改变政府官员的理念，不能总是用传统汽车的眼光来看电动汽车。

同时，一切政策和补贴应该有助于车企攻克技术。有些国家电动汽车行业发展很好，如韩国、日本，他们的补贴不是太高，但是有较为合理的宏观政策。

中国有几百个电池厂商，韩国主要抓住两三个，如LG、三星，政府鼓励他们研发电池材料，鼓励他们装备较好的生产设备。他们早期从日本引进更高级别的生产装备后，不断学习吸收日本技术，在此基础上研发新技术。现在韩国知道中国的原材料非常便宜，他们一些技术性不是很强的材料打算要在中国开厂生产。

企业家、老百姓的理念也要改变。企业家，特别是民营企业家，他们用很多精力忽悠政府，获取政府补贴，而不是把精力放在攻克核心技术上。这种投机取巧的观念要转变。

至于老百姓，很多人认为汽车是身份的象征，外国最好的跑车来中国参加车展，很快就会卖掉。老百姓的观念也要转变，要适度消费，环保消费。

《瞭望东方周刊》：国家应该出台怎样的政策，才能有效促进电动汽车行业的发展？

陈清泉：现在的政策比较笼统，都是口号性的政策。因为各部委之间争论不休，意见不一致，只能采取大家都能够接受的政策，只能是笼统的。

希望以后颁布的法规能够更加细化、具体化。现在尤为迫切的，是让政府放开经济型电动车市场，为其发放牌照，让其上路。

要与中国能源状况更好结合

《瞭望东方周刊》：企业现在面临的挑战是什么？

陈清泉：最大的挑战还是市场、生存问题。主流车企生产出来的电动汽车没人买，有的电动车有市场，但得不到政府认可。

面对困难和挑战，不同性质的汽车厂商有不同的态度。有些主流央企只是做个样子，确保在车展上有自己的电动汽车型号，而不积极想办法拓展市场。

汽车厂商最关心的问题应该是怎样才能掌握核心技术，有些央企干脆直接去买。我不反对直接购买技术，不过买了以后要学韩国，要消化吸收，变成自己的技术。

主流车企，尤其是央企，应该更大程度地解放思想。在营销模式上一定要“开放”，在政策上鼓励风险资金、私人资金进入，而不是完全依靠政府补贴。

我对中国电动汽车行业的预期是乐观的，这是由市场需求决定的。现在国内电动汽车即将走向产业化阶段，这就产生了利益平衡的问题。实际上，各种矛盾集中体现在四部委意见不一致，以及央企之间的竞争。不少央企都想在电动汽车行业分一杯羹，但没人愿意攻克关键技术，进而拉大了和外国的差距。

《瞭望东方周刊》：从长远来看未来如何协调新能源汽车与传统汽车的比例？

陈清泉：电动汽车不能全部担任目前汽车所能做到的，要有选择性地发展，集中在公交、出租车、短期物流领域。这些车占总量的3%。但消耗的能源、排出的污染物，超过总量的30%。

要树立“三好两结合”的理念，即好的产品、好的基础设施、好的商业模式，电动汽车和电网、移动物联网相结合。

同时，不管是否有政府补贴，都要尽力引进创业基金、风险资金，并由政府协调担保，目的是要解决成本的问题、方便程度的问题、可靠性的问题。

现在中国工程院正在做这方面的研究，2013年8月启动了“推动能源生产和消费革命的战略研究”项目，从中国能源的状况，考虑怎样更好地利用新能源，就考虑到了新能源与电动汽车的结合，这涉及能源的生产与消费问题。这个项目到明年1月才能完成。

从长远来看，传统汽车不可能全部淘汰，长距离行驶还是需要内燃机车，不过可能不再使用汽油，而是使用天然气，或者其他新型液体燃料。

电动汽车充电技术综述 篇7

关键词：电动汽车,无线充电,充电模式

近年来, 随着国家对节能减排项目的政策与扶持力度加大, 电动汽车呈现了爆发式增长, 同时对充电方式多样化和方便性提出更高的要求。目前电动汽车的充电方法主要有两种:一种是有线充电, 也叫传导式充电;一种是无线充电, 也叫无接触式充电。

1、传导式充电

传导式充电以电缆为传输介质, 通过电缆和耦合器连接, 进行直接的接触式电能传输。优点是技术成熟, 产品开发简单, 但是由于有外露的导电点, 频繁插拔的操作导致设备增加损耗, 安全程度有一定的局限。

2016年1月充电新国标的实施, 规定了传导式充电连接装置的定义、要求, 充电接口的物理尺寸、电气性能以及充电控制通信协议, 有助于进一步完善传导式充电系统性能指标, 提高充电的兼容性和安全性。

1.1 交流充电

交流充电是单相或三相交流电通过车载充电机整流、滤波、功率因数校正, 转换为合适电压的直流电, 对电动汽车动力电池进行充电的方式。交流充电方式需要在电动汽车上装配车载充电机, 常见的形式为:使用家用电三孔插头的缆上控制盒 (GB/T 18487中充电模式二) 以及使用充电插头的通过交流充电桩。

交流充电使用单相交流电220V时, 最大充电电流为32A, 三相交流电380V为63A。电动汽车受限于车载充电机的功率、质量、空间、体积和成本, 目前市场上大部分采用单相的交流充电[1], 充电电流较小, 为动力电池0.1C~0.3C, 通常在16A以下, 充电时间6~10小时。电动汽车一般配备缆上控制盒、便携式充电桩, 可以方便连接电网, 实现及时充电。

1.2 直流充电

直流充电通过地面充电装置 (直流充电桩) 将交流电网电能转化为直流电后, 通过充电连接装置直接对电动汽车动力电池进行充电。主要针对长距离旅行或需要进行快速补充电能的情况进行充电。

直流充电采用三相四线制380V供电, 充电电流一般为100~200A, 典型充电时间是0.5~2小时。由于充电电流较大, 为动力电池0.5C~2C, 对动力电池使用寿命有一定的影响, 同时短时间接受大量的电量会导致电池系统过热。

1.3 换电充电

换电充电通过直接更换电动汽车的动力电池组来达到为电动汽车补充电能的目的, 并对替换下的电池组进行集中充电的模式。在动力电池更换时间方面, 普通车的电池组可以在5分钟内完成更换, 电动公交车也仅需要8分钟, 更换时间基本与传统燃油汽车的加油时间持平。

换电充电模式需要在专门的换电站进行, 由于电池组重量较大, 更换动力电池的专业化要求较强, 需配备专业人员来快速完成电池的更换、充电和维护, 并且要求电动汽车和车载电池系统实现标准化。换电充电实现了电动汽车和动力电池的技术分离, 更换下的电池可以进行集中充电管理, 可避免大规模电动汽车随机充电对电网运行带来的不利影响[2]。

三种传导式充电模式优缺点都比较明显, 如表1所示, 从充电便利性、安全性、对电池系统和电网的影响等方面进行了对比分析。

1.4 传导式充电研究现状

1) 交直流充电模式对比。电动汽车保有量一定的条件下, 车桩比较小时, 直流一体机的社会总投入成本明显高于大功率交流车载充电机;随着车桩比的增加, 两种充电模式的社会总投入成本均呈下降趋势;当车桩比大于3.5:1, 充电机的利用率显著提升, 直流一体机的优势也更加突出, 社会总投入成本明显低于大功率交流车载充电机[3]。

FARMER C通过压降、能量损失和线路负载参数对比了常规充电和快速充电对电网性能的影响[4]。分析结果表明, 大量电动汽车的不协调充电接入电网, 严重影响了电网的工作性能, 并且可能超过配电网负荷能力。同时, 快速充电方法较常规充电对于电网的系统压力和能力损耗更大。SORTOMME E.等人对协调充电理论进行了研究[5], 确定了充电过程中的支路损耗、负载因数和负载变化的关系, 提出了三种优化算法:损耗最小化算法、负载因数最大化算法和负载变化最小化算法。实验表明, 结合三种算法, 充电过程中对电网配电网的影响得到了最小化。

2) 对电网的影响。电动汽车充电会造成新的负荷高峰, 在一定程度上给城市供电网络带来冲击;且这种冲击随着电动汽车的普及和推广会越来越大[6]。文献[7]指出电动汽车充电设备有利于电网的峰谷平衡, 但会对电网造成谐波污染, 影响电能质量, 并对谐波污染提出了治理意见。文献[8]提出了电动汽车常规慢充能效链模型, 给出影响电动汽车常规慢充能效的关键因素, 配网、变压器、充电桩。

3) 充电站的建设。充电站的建设包括充电站的外部接入方式 (影响因素为供电可靠性、建设规模、建设成本) 、内部布局、资金投入等内容[9]。电动汽车充电站监控系统作为充电站站内设备的集中监控设施, 应具备以下四大基本功能:充电监控功能、配电监控功能、电池维护监控功能和快速更换设备监控功能[10]。

文献[11]针对集中型充电站接入电网的规划问题, 综合考虑电力网络和交通网络因素, 建立了集中型充电站的定址分容模型, 并从新建线路传输容量和待选站址地价两方面对模型进行了灵敏度分析。文献[12]采用层次分析法处理充电便利性、交通流量、征地代价等不确定性较强的因素, 在此基础上建立了电动汽车充电站选址定容的最优经济模型, 使包括充电站的运行费用、网损费用和配电变压器投资等在内的充电站运营收益最大化。

2、无线充电

无线充电技术是基于非接触式电能传输技术的充电技术。主要通过电磁感应、电磁共振、微波和激光等方式实现非接触式电能传输的。虽然无线充电技术有多种形式, 但一般认为适用于动力电池充电只有电磁感应式和电磁共振式两种[13]。

相对于传导式充电, 无线充电具有使用方便、安全、可靠, 没有电火花和触电的危险, 无积尘和接触损耗, 无机械磨损, 没有相应的维护问题, 可以适应雨雪等恶劣的天气和环境等优点[14]。其缺点是:设备的经济成本投入较高, 维修费用大;实现远距离大功率无线电磁转换, 能量损耗相对较高;无线充电设备的电磁辐射会对环境造成污染。

2.1 电磁感应式无线充电

电磁感应式无线充电的工作原理如下:将电网的工频交流电经过整流、逆变转化为高频交流电, 在信号控制电路的控制下经过一次侧补偿电路后注入原边绕组, 在在线圈中产生高频电磁场;位于电动汽车底盘的副边绕组在靠近原边绕组空间通过感应耦合高频交变磁通获取感应电动势, 同时在信号控制电路的控制下经过整流滤波以及功率调节, 从而实现为电动汽车动力电池提供电能。如图1所示。

电磁感应式无线充电是松散耦合结构, 相当于可分离变压器;其一次侧、二次侧之间通过电磁感应实现电能传输, 因气隙导致的耦合系数的降低可以由提高一次侧输入电源的频率加以补偿。

感应式无线充电技术的工作频率相对较低, 一般为几十到几百k Hz之间, 可以实现k W级功率无线传输, 近距离传输效率一般在90%以上[15]。

2.2 电磁共振式无线充电

电动汽车谐振式无线充电系统的工作原理为:将电网的工频交流电经整流滤波、高频逆变后产生高频交流电, 再经功率放大电路和阻抗匹配电路送至发射线圈, 当位于电动汽车侧接收线圈的固有频率与收到的电磁波频率相同时, 发射线圈的电流最大, 产生的磁场最强;此时接收线圈若有相同的自谐振频率, 则会通过磁场产生很强的耦合, 从而实现电能的高效传输。接收线圈中的电能经整流滤波和调节电路给负载电池进行充电。同时整个系统通过反馈控制环节来保证系统的稳定性和高效性。如图2所示。

电磁共振式无线充电优点是, 传输距离较远 (一般可达几米) , 对小范围位置变化不敏感, 传输效率高等, 但易受到周围磁性物质的影响;频率相对较高, 一般在MHz以上, 电路器件要求高;对人体健康影响有待研究等。

2.3 研究现状

1) 充电效率提升

无线充电效率较低, 目前主要通过阻抗匹配, 调整系统发射部分和接收部分的阻抗匹配;开关变换器, 选用适合电动汽车充电的电路拓扑, 利用软开关技术降低开关损耗, 如Si C和Ga N等新型器件;高Q值线圈, 如使用超导材料;线圈的优化设计, 根据实际的汽车底盘高度设置合适的线圈间距, 然后设计这个距离下传输效率最高的线圈参数。

2) 无线充电安全性

电动汽车无线充电技术的安全性需要进行试验验证, 尤其是人身安全、电池充电、电磁辐射对人类及环境的影响等问题。

文献[16]定量地分析了发射线圈产生电磁场对于人体的辐射影响。由于电动汽车无线充电传输功率很大, 一般超过10k W, 必须采取一定的措施来降低对人体的危害。比如使用特殊的屏蔽材料铺设于电动汽车的座位下, 或者让发射线圈与接收线圈的电磁耦合区域尽量远离人体。

3) 无线充电标准

2016年5月, 国际自动机工程师学会发布了混插式以及全电动汽车无线充电技术的行业标准, 《纯电动/插电式混合动力及相关新能源汽车无线充电技术规范 (SAE TIR J2954) 》, 标准制定了低速充电方面的无线能量传输协议, 并通过附录的方式为其他问题, 比如高速充电模式等留足了补充空间。明确了乘用车方面无线充电使用频段, 使汽车制造商生产的无线充电器就能够兼容其他不同生产商、充电站的无线充电设备, 有助于电动汽车无线充电技术的大范围推广和应用。

4) 无线充电技术应用

在2014年2月, 丰田汽车联合美国Wi Tricity公司, 搭载了电磁共振无线充电系统的Prius混合动力电动汽车, 采用2k W的充电功率, 只需90分钟电池即可将4.4k Wh的电池组充满。

博世与Evatran Group合作开发了他们的无线电动汽车充电系统, 该系统由地面发送器、车载适配器及地面操控面板组成, 220V交流市电输入, 额定功率为3.3 k W。

中国科学院电工研究所对比研究了基于感应耦合方式的非接触充电技术和基于磁共振耦合方式的非接触充电技术, 在电动汽车用无线充电系统线圈设计、电容参数设计、磁场分析与屏蔽等方面进行了深入研究[17], 设计了基于磁共振耦合方式的无线充电系统。该系统额定功率为3.3k W, 传输距离为20cm, 与轿车底盘高度相当。实验室条件下, 该系统达到了94%的DCDC效率。

3、结论及展望

本文主要对电动汽车传导式充电和无线充电模式的分类、优缺点、研究现状、无线充电的原理及应用研究进行了总结。

传导式充电技术成熟, 占主流地位;电动汽车无线充电技术具有方便、快捷, 是未来的发展方向, 但目前还处于研发和探索阶段, 随着无线电能传输技术的成熟, 无线充电技术将得到更多的应用和推广。关于电动汽车充电技术需要考虑的问题有以下几个方面。

1) 大功率车载充电机的开发。现有电池技术及充电便利性的限制, 交流充电具有不可替代的优势, 车载充电机是其关键部件。

2) 绿色充电设备的研究与应用。要求充电设备充电功率因数高, 并且有效抑制谐波, 对电网质量影响小。

3) 换电充电模式已成为电动汽车的重要能源供给模式, 是否能取得突破性进展, 关键在于电池技术与投资成本、安全性与责任界定、标准体系建设等众多问题。

4) 无线充电功率、效率的提升, 制约着商业化应用。

电动汽车电池技术发展综述 篇8

能源短缺、大气污染和气候变化等问题是全球汽车产业共同面临的巨大挑战,交通能源转型势在必行。在实现能源转型、制定车用能源可持续发展战略的过程中,我国与世界主要发达国家都毫无例外地选择电动汽车作为本国汽车行业发展的主要方向之一。电动汽车采用电能取代石油等化工燃料作为动力,是未来交通的长远解决方案[1]。对于电动汽车而言,其动力电池的主要性能指标有比能量、能量密度、比功率、循环寿命和成本等。为了保证电动汽车具有竞争力,就要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池[2]。目前的动力电池主要有蓄电池和燃料电池,在蓄电池的选择上,有铅酸电池、镍基电池、锂离子电池、空气电池和钠电池等。本文将针对铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和空气电池这4种电动汽车电池进行介绍。

1 动力电池的发展历史

第1代电动汽车EV1由美国通用汽车公司在1996年制造,采用的是铅酸电池技术。通用汽车公司1999年研发第2代的电动汽车以镍氢电池为动力源,一次充电的行驶里程是前者的1.5倍,同样因无竞争力而退出市场。同期,日本丰田汽车公司利用镍氢电池技术制造了将内燃机和电动机相结合的第3代电动汽车,即混合动力车。2006年锂离子电池技术的迅速发展,特别是在安全性方面的大幅提高,使之逐步被应用于纯电动汽车和混合动力汽车,成为镍氢电池强劲的竞争者[3]。2014年12月初,西班牙研发出石墨烯电池,也叫做“超级电池”,引起整个电池行业的关注。2015年,剑桥大学攻克了锂空气电池开发中的技术难关,使这项技术向前迈出了重要一步,预示着研究领域全新的发展。

2 动力电池的工作原理及特性

2.1 铅酸电池

铅酸蓄电池(RLAB)的正极材料为Pb O2,负极材料为Pb,电解液为稀硫酸溶液。其反应机理是:

铅酸电池因价格便宜,材料来源丰富,比功率较高,技术和制造工艺成熟等综合因素被广泛运用在动力电池上。但铅酸电池也存在一些不足,主要有以下几点:1)比能量低,所占的质量和体积太大,一次充电行驶里程较短;2)使用寿命短,经常更换导致长期使用成本高;3)由于铅是重金属铅酸电池还存在污染问题[5]。所以,铅酸电池作为动力电池,其未来研究重点是解决比能量低以及高倍率部分荷电状态时寿命严重缩短的问题。

2.2 镍氢电池

镍氢电池以金属氢化物为负极活性材料,以Ni(OH)2为正极活性材料,以氢氧化钾水溶液为电解液。镍氢电池在充放电过程中的电化学反应如下:

相比铅酸电池,镍氢电池在能量体积密度方面提高了3倍,在比功率方面提高了10倍。镍氢电池独特的优势包括:更高的运行电压、比能量和比功率,较好的过度充放电耐受性和热性能[3]2。但镍系电池有记忆效应,且电池单体的电压较低,不易组成大容量电池组,为了达到一定的功率和电压等级需要大量的串联电池,随之带来的一致性问题会限制其应用[6]。并且,镍氢电池价格高,均匀性较差,特别是在高速率、深放电情况下,电池之间的容量和电压差较大,自放电率较高,性能水平和现实要求还有差距等问题,这些都影响镍氢电池在电动汽车上的广泛使用[7]。

2.3 锂离子电池

目前锂离子电池中已经投产的有液体锂离子电池(Li B)和聚合物锂离子电池(PLi B)2种。锂离子电池的正极材料有Li Co O2、Li Ni02、Li Mn02、Li Fe PO4等化合物,负极材料一般采用能嵌入锂的石油焦碳、纯石墨和层状混合碳等材料[4]75。以Li Fe PO4为例,锂离子电池的充放电的化学反应式为:

锂离子电池在能量密度和充放电性能等方面均优于其他类型的电池,其工作电压高(3.6 V~3.9 V)、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长[6],因此它几乎占据了动力电池整个市场的半壁江山。但锂离子电池技术已经沉寂了20年没有大的技术革新,最大的障碍在于锂离子电池功率密度有限,其大量能量无法快速接收或释放[8],并且在安全性、循环寿命、成本、工作温度和材料供应等方面也存在缺点[3]4。而磷酸铁锂电池由于热稳定性好、循环寿命较长和安全性好等优势,如今已经成为下一代动力电池最有力的竞争者。并且我国有丰富的锂矿,铁的价格也十分便宜,这就大大降低了磷酸铁锂电池的成本,使其在动力电池的选择上占有优势。

为了解决锂离子电池的缺点带来的问题,锂离子电池也尝试了多种正极材料的改进,比如石墨烯。2004年,安德烈·海姆博士和康斯坦丁·诺沃肖洛夫博士2人共同发现石墨烯这种物质,它很薄,是超导体,透明度高,非常坚硬[9],重要的是它的结构可以改变锂电池技术长期没有突破的障碍。2014年12月,西班牙Graphenano公司和西班牙科尔瓦多大学合作研发出石墨烯电池[8]。这种电池的优势在于:储电量高,使用寿命长,供电持续时间长,充电速度快,质量轻,成本低。这些优势使研究者们对石墨烯产生了极大的兴趣。

目前石墨烯的研究总体上分2块:一是在传统锂电池上进行应用,着重的是改进、提升锂电池的性能,这类电池不会产生颠覆性的改变;二是依据石墨烯制造一个新体系的电池,这是一个崭新的系列,在性能上是颠覆性的,称作“超级电池”。

2.4 空气电池

1)锌空气电池

锌空气电池主要由空气电极、锌电极、电解液和隔膜组成,以空气中的氧气作为正极活性物质,金属锌作为负极活性物质,使用碱性电解液[8]1303。放电时电化学反应如下:

锌空气电池原材料价廉、质量比能量较高、工作电压平稳、电池的生产过程对环境没有明显的影响[9]、无污染、不燃爆、可循环利用等优势,但是也存在诸多问题制约着它的发展,如:使用寿命不高,空气电极在催化剂选择上要兼顾效用和成本两方面的因素,锌电极的更换再生过程比较繁琐等。总的来说,锌空气电池作为一种清洁能源,虽然有以上问题需要解决,但仍非常适宜用作电动汽车的动力电源,具有很大的开发潜能。

2)锂空气电池

锂空气电池采用了电负性极低且最轻的金属锂负极与空气中氧为正极的组合设计,质量和电压优势最为突出[10]。它的化学反应原理十分简单,其放电时化学反应如下:

和目前的可充电电池中盛行的锂离子技术相比,锂空气电池理论上有能量密度可能要高10倍的巨大优势,以至于全球的研究人员都在开展锂空气电池的研究。而锂空气电池至今都未普及的原因在于它存在致命缺陷,即固体反应生成物氧化锂(Li2O)会在正极堆积,使电解液与空气的接触被阻断,从而导致放电停止。目前,适合长寿命高功率锂空气电池使用的电解质系统设计和高效空气电极的开发,是发展锂空气电池的两大重要课题[11]。

2015年11月,化学教授克莱尔格雷和她的团队攻克了锂空气电池开发中的技术难关,尤其是化学上的不稳定问题。研究人员使用了氢氧化锂而不是过氧化锂作为锂空气电池的制造原料,锂空气电池选用石墨烯制作电极,使得锂空气电池更稳定、更高效,可以充电2 000次以上,能源效率达到了93%左右。这种电池可大大拓展电动汽车的续航里程,并大幅改观电力存储的经济效益。不过,锂空气电池仍处于进一步研究阶段,目前锂空气电池的充电、放电水平依旧非常低,距锂空气电池技术成形、大规模实用阶段可能需要10年以上时间。

克莱尔格雷和她的团队取得的成就使这项技术向前迈出了重要一步,预示着全新的研究领域,相信未来锂空气电池技术的成熟会为电动汽车市场注入新的活力。

3 结语

电动汽车的发展与动力电池有着直接关系,所以动力电池的研制十分重要。近两年,动力电池技术的发展取得了不少的进步。目前看来,铅酸电池价格较低,比较适合我国的消费水平。镍氢电池已被列为近期和中期电动汽车首选动力电池,但很多问题会影响镍氢电池在电动汽车上的广泛使用。锂离子电池有着较好的性能,目前磷酸铁锂电池在动力电池的选择上占有很大优势;随着对石墨烯电池研究的发展,未来锂离子电池可能会成为普遍的电动车用动力电池。而空气电池目前有了新的突破,但仍然处在研究阶段。如果能研制出性能与经济性兼得的动力电池,并能生产出被消费者接受的电动汽车,将大大缓解我国的环境和能源压力。

参考文献

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[2]李秀芬,雷跃峰.电动汽车关键技术发展综述[J].上海汽车,2006(01):8-10.

[3]宋永华,胡泽春,阳岳希.电动汽车电池的现状及发展趋势[J].电网技术,2011,35(4):1-7.

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[6]谢旺.基于Thevenin等效电路模型的锂离子电池组SOC估算研究[D].上海:上海交通大学,2013.

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[10]闫宇星,张英杰.碳材料选择对锂空气电池放电性能的影响[J].功能材料,2015(1):105-109,114.

试论混合动力电动汽车技术 篇9

1. 现状及发展前景

近几年来, 随着世界各国关于环境保护的各项举措变得越来越严格, 汽车行业中用新能源替代燃油发电机的有关方案也在逐渐增多。新能源汽车主要技术包括混合动力、纯电动、清洁柴油以及燃料电池技术等, 其中混合动力电动汽车技术逐渐获得人们的青睐。

1.1 混合动力电动汽车技术的现状

在我国, 混合动力电动汽车技术的研究与开发工作始于20世纪90年代。在“十五”期间, 我国科技部组织国内多所高校、多家企业以及科研机构进行联合探索, 确定了“三横三纵”的研发格局。该研发布局以燃料电池汽车 (FCEV) 、混合动力电动汽车 (HEV) 、纯电动汽车 (BEV) 车型为“三纵”, 动力蓄电池及其管理系统、多能源动力总成控制系统和驱动电机及其控制系统为“三横”。在研发的过程中, 虽然小有成就, 但是还是存在制造成本高、能源利用率低等问题, 需要相关工作人员不断对该技术进行修改和优化。

1.2 混合动力电动汽车技术的发展优势

在我国的汽车行业中, 混合动力电动汽车技术将在未来获得广大的发展空间。混合动力电动汽车HEV, 顾名思义, 是指安装有两个及两个以上的动力源, 目前最常使用的是汽油 (柴油) 和电力两种能量形式。该技术具有以下优点:第一, 由于内部安装电池, 在制动、下坡以及怠速时能量可以很方便地进行回收;第二, 采用混合动力后, 汽车可根据平均需要的功率来确定内燃机的最大功率, 有效降低油耗, 减少污染;第三, 内燃机的存在可有效解决空调、取暖、除霜等设备能耗大的问题, 有效节约资源;第四, 在繁华市区, 可关闭内燃机, 实现“零”排放;第五, 可利用现有的加油站进行加油, 不需要额外的设备, 减少投资;第六, 可将混合动力电动汽车内部安装的电池在良好的工作状态下运行, 延长其使用寿命。混合动力电动汽车技术还可以应用在大型车辆上, 拓宽混合动力系统的应用范围, 这也是今后该技术发展的一大方向, 对于混合动力系统的批量化大生产帮助很大。

2. 研制开发过程的要点

我国关于混合动力电动汽车技术的研究现状, 其汽车尾气的排放和对环境带来的影响等已经达到了我国能源利用率和汽车尾气排放等方面的标准, 但是在实际的使用过程中仍然会存在一些不足之处。在研发的过程中, 除了注重降低混合动力电动汽车的制造成本以外, 还应该注意以下要点:其一, 混合动力电动汽车还应具备汽车行业对于动力性能的要求, 以求变得更好;其二, 混合动力电动汽车应具备良好的燃油效益, 可达到节约资源的目的;其三, 在设计的过程中应使其具有清洁环保和经济实用等优点。在研发过程中, 根据上述几点要求, 我国的科研人员需要对混合动力电动汽车进行不断地修改和完善, 并借鉴国外优秀的技术, 增强自主创新能力, 不断提升混合动力电动汽车的可靠性, 解决其内部电池的使用寿命和节约性等问题。

3. 需要解决的问题和关键技术

在国内, 混合动力电动汽车技术的研发还不是很完善、很到位, 因此在研制开发过程中仍然存在很多问题。为了降低汽车尾气排放对大气造成的污染, 保护我们赖以生存的环境, 下面将针对混合动力电动汽车在研发的过程中需要解决的问题和关键技术进行分别论述。

3.1 混合动力电动汽车需要解决的问题

具体来讲, 混合动力电动技术在发展的过程中, 仍然需要解决的问题主要包括以下几个方面:其一, 混合动力系统本身是一项难度系数较高的研究项目, 相对于其他技术而言, 制造成本也高, 在使用的过程中出现故障的话维修起来比较困难, 有关设备的售价较高, 成本较高;其二, 在运行的过程中, 车况随时可能发生变化, 这就要求混合动力电动汽车的电池需要经受不同程度的电流充放电循环, 内部安装的电池必须具备较高的能量密度、功率密度以及比功率, 以满足混合动力电动汽车在加速和爬坡时对大功率的需要;其三, 混合动力汽车的能量管理系统和动力分配装置是对各种可能出现的运行状况进行管理控制的环节, 其要求较高, 具有技术难度大和加工精准度高等要求, 因此需要先进的配备设备, 以提高整个系统的转化效率, 满足我国关于环境标准的排放要求;其四, 混合动力汽车为了满足购车人的需求, 在研发的过程中应建立一套比较先进的驱动系统的数学模型, 模拟各类可能出现的突发状况, 保障驾驶人员的生命安全, 进行计算机仿真并不断根据结果进行修改和完善。

3.2 混合动力电动汽车需要研究的关键技术

据相关资料调查显示, 我国的混合动力电动汽车还处于发展阶段, 虽然已经取得了进步, 但是在研发的过程中还存在很多技术问题。当前, 我国的混合动力电动汽车技术还存在成本较高、难度较大等问题。具体而言, 我国的相关技术人员要针对下面几项关键技术进行具体研究:

(1) 控制策略技术

混合动力电动汽车技术在研发的过程中, 最关键的环节是根据不同的混合动力驱动系统制定不同的控制策略并不断对其进行优化。该环节根据汽车在行驶的过程中对动力系统的能量要求, 按照不同的程度, 对发电机和电动机系统的输出功率进行动态分配。在该技术的研发过程中, 如何在动力源之间实现能量合理分配是混合动力技术的关键。能量的合理分配, 不仅能保证汽车性能质量良好、降低发动机的燃油消耗, 还能保证内部安装的电池状态良好。因此, 混合动力系统的研发不仅在电力电子技术、软件技术和计算理论与算法, 而且在执行元件的设计难度系数都比较大。

(2) 混合动力单元技术

在混合动力电动汽车技术的应用过程中, 其混合动力单元即为混合动力电动汽车的热力发电机。混合动力电动汽车又分为串联和并联两种方式, 其中, 在串联汽车上, 混合动力单元通过驱动一台发电机产生电能, 也能采用小型高效的发动机;在并联汽车上, 混合动力单元可通过转动轴驱动车轮使得混合动力单元的热力发电机能够适用尺寸更小并且效率更高的发动机。

(3) 能量存储技术

在混合动力电动汽车的研发过程中, 其内部蓄电池的开发和充放电过程是混合动力电动汽车研究的关键。能量储存技术的研究应包括以下几个方面:第一, 内部电池的热能管理和剩余电量管理;第二, 在电池的设计和制造方面, 不断降低制造成本, 改善电池的性能并且逐步提高电池寿命;第三, 研究电池内部的链接、检测、监控以及如何将整个电池子系统安装在汽车上等。由于现在路况不明确, 为了保证汽车在行驶过程中能提高汽车的续驶里程, 现在汽车行业对混合动力电动汽车内电池的要求变得越来越高。为了保证电能能更多地被储存、输出和利用, 在研发过程中不仅要求电池具有高能量密度, 还需要电池具有高功率。随着科学技术的进步, 离子电池逐渐在市场取得一席之地, 据相关数据显示, 在未来的几年里, 离子电池所占的市场份额将会逐渐扩大。

结语

综上所述, 在我国关于混合动力电动汽车技术的研究过程中, 在现有技术的基础上已经实现了提高能源利用率和减少汽车尾气排放等目标。针对混合动力电动汽车技术存在的一些问题, 需要我国科技部组织专门人员进行进一步地研究, 并安排相关人员定期进行培训, 积极学习国外先进的关于混合动力电动汽车的技术, 取长补短, 逐步降低汽车的耗油量和污染物的排放。尽管从长远来看, 混合动力电动汽车只是一种过渡车型, 但是在近十年内发展会很快。我国汽车行业应抓住这块市场, 在国外产品涌入之前, 组织科研人员进行研究和攻关, 迅速开发出属于我们自己的产品, 提高我国混合动力电动汽车的行业竞争力。

摘要：随着我国社会经济的发展和科学技术水平的提高, 我国的环境污染问题变得越来越严重, 治理环境污染中的大气污染问题、改变目前石油等能源短缺的现状成为亟待解决的一大难题。因此, 这个问题成为关乎我国汽车行业领域发展前景的一大难题。就现状来讲, 关于混合动力电动汽车技术, 相关技术人员还应该着重进行研发, 并不断攻坚克难, 在过程中克服一些技术上的难题。本文主要论述了混合动力电动汽车的发展现状及发展前景、研制开发过程的要点以及在当下亟待解决的问题和关键技术。

关键词：混合动力电动汽车,现状,发展前景,关键技术

参考文献

[1]科技部863计划联合办公室.国家高技术研究发展计划 (863计划) (能源技术领域电动汽车专项) 指南[EB/OL].http://www.863.org.cn, 2001-10-22/2003-05-04.

[2]郭广超.混合动力电动汽车技术的发展与现状分析[J].科技创新与应用, 2014 (15) :109-109.

电动汽车与轻量化技术 篇10

汽车轻量化是改善燃油经济性、减少污染物和碳排放的重要措施, 世界汽车行业为此做出了诸多努力, 取得了很多轻量化的技术成果。但是, 相比于传统汽车, 电动汽车对于轻量化的要求更为迫切。因为电动汽车目前能够使用的动力电池的单位比能量与传统汽车使用液体燃料的单位比能量差距巨大 (见表1) , 动力系统 (主要是电池) 通常占整车总质量的30%-40%。这就决定了电动汽车在与传统汽车同等排放量的单位能耗 (电耗量/100 km) 下, 不能象传统汽车那样靠一次补充能量来实现长距离的行驶。因此, 电动汽车必须在电气化的同时采取比传统意义上的轻量化技术更先进的方法和措施。

W·h/kg

注:按照热力学第一定律内燃机的转换效率最高为33%, 此处汽油机按25%。

汽车轻量化技术方法有很多, 是一个系统工程。就电动汽车的轻量化而言笔者认为要从两个重点方向开展工作。一是实现整车30%-40%以上的轻量化——抵消动力系统净增加的质量 (适应现有可用的能量比较低的商品化电池) ;二是实现电池的轻量化——提高现有电池的能量比或开发新的动力电源。只有这样, 才能有效解决电动汽车续驶里程短的问题 (见表2) 。本文就此进行一些探讨, 文中的电动汽车指的是电功率100%的电动车, 包括纯电动汽车、增程型插电式电动车和燃料电池电动车。

2 电动汽车的整车轻量化及相关技术

2.1 整车轻量化

整车轻量化的重点在车身和底盘, 见表3。电动汽车整车为车身、底盘、非簧载质量构成 (制动系统、轮胎) 、空调系统、转向系统、动力传动机构、电池、电机及相应的管理系统等构成。整车轻量化需要各个系统的轻量化并有效集成, 重点突破应该是车身和底盘的轻量化。

kg

由表3可以看出, 车身、内外饰和底盘约占整车总质量的2/3, 通过底盘和车身的轻量化可以最有效达成电动汽车整车的轻量化。

相对于传统汽车的轻量化技术, 电动汽车整车的轻量化重点应该放在轻量化材料的应用上。因为, 在原来钢制材料的基础上采取的所有产品、工艺技术手段和措施最多能减轻质量10%-12%, 不能满足电动车减重的需要。

这也是当前世界上的纯电动汽车大多是选择A及A0级的小型化汽车为载体的原因。虽然车小了, 但续驶里程却仍然不理想。当然, 也有选择B、C级车为电动车载体的号称能一次充电跑几百公里的例子, 但是单位电耗量严重超标, 没有实际运用价值。

而采用以复合材料为车身材料和以轻质金属或碳纤维为车体、底盘材料并辅以相应的结构设计、制造技术为核心的轻量化技术, 目前是最现实的选择, 见图1。

2.2 车身轻量化

电动汽车车身轻量化的重点应该放在新材料的应用及其结构设计、模具设计和相应的工艺制造技术上。新的高强度、低密度的轻质车身材料很多, 最适合电动汽车的应该是复合材料。

(1) 铝合金车身

ASF全铝车身具有安全、可回收、质量轻的特点。轻质的铝合金车身使车体质量大大减轻, 与相同体积的钢铁相比, 质量可减轻30%-40%, 这意味着更低的油耗和更佳的动力性能。此外, 铝合金车身几乎可以百分之百地回收再利用, 合乎环保要求, 框架结构还可以提高车体的安全性, 保护车内设施。我国铝资源丰厚, 作为国家战略, 应该全力研发并推广全铝车身在电动汽车上的应用, 降低对铁矿石资源的依赖。

(2) 高强度钢车身

采用高强度钢可以降低钢板厚度, 达到减轻车身质量从而实现轻量化目标, 高强度钢因冶炼和加工技术复杂而导致目前其成本居高不下, 同样不适宜于入门级的电动车。部分采用高强度钢加强电动汽车的结构件部分 (整车除电池、电机外部分) 是一个轻量化的途径, 采用高强度钢比例的大小对于轻量化车身和降低车身制造成本是相互矛盾的。

对于采用TRB和TWB变截面钢板技术的车身, 其应用效果和高强度钢车身相似。

(3) 改性塑料车身

可生物降解的改性塑料将越来越多地应A用到轻量化车身上, 塑料车身的热膨胀系数B (CTE) 难题得到解决之后, 对比金属车身将C显现出明显的技术和市场优势。预计改性塑料D会很快应用到车身, 尤其是电动车车身上。见E图2。

(4) 碳纤维增强复合材料 (CFRP) 车身

碳纤维车身比钢质车身可减轻50%的质量, 比铝车身轻约30%。见图3。

碳纤维作为汽车材料, 质量轻、强度大, 质量仅相当于钢材的20%-30%, 硬度却是钢材的10倍以上。汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展, 实现整车减重效果可以达到50%以上。宝马汽车公司宣布2013年批量生产“超大城市”电动车的意义不仅在于它是高档品牌推出的电动汽车, 更在于它将成为世界上第一款采用碳纤维车身的大批量生产的车。在其他交通工具 (包括高档赛车和跑车) 上成熟使用碳纤维材料预示着在电动汽车轻量化车身制造上也会有规模化的应用。碳纤维增强复合材料在电动汽车上的应用效果见表4、表5。

kg

kg

毫无疑问, 碳纤维复合材料在下个阶段的发展将会瞄准传统汽车和电动汽车, 特别是降低环境污染的需求及寻找化石燃料的环保替代产品已经变得更迫切。通过采用碳纤维部件减轻车身质量后, 可以使汽车具备更长的行驶距离。

2.3 底盘轻量化

实现轻量化底盘的主要技术途径为采用轻质金属或碳纤维并配以先进结构设计, 以达到底盘更轻同时更坚固的目的, 从而减轻整车质量并改善电动汽车的安全性和操控性。

(1) 全铝合金的汽车车体

采用铝合金材料的底盘比钢铁材料为主的底盘其质量减轻幅度较大。以A0级尺寸的电动汽车为例, 通常采用铝合金技术的底盘其质量仅为数十kg。

(2) 轻量化轮毂

采用镁合金或铝合金锻压轻量化轮毂以减轻非簧载质量, 可改善加速和操控性能。

2.4 车用热塑性复合材料

(1) 玻璃纤维毡增强热塑性复合材料 (GMT)

GMT是以玻璃纤维 (毡) 为增强材料、热塑性树脂为基体, 通过加温、加压制成复合材料, 是国际上极为活跃的复合材料开发品种, GMT片材在汽车工业中的应用达40多种, 主要有座椅骨架、保险杠、仪表板、发动机罩盖、电池托架、脚踏板、地板、护板、后背门、车顶棚、行李托架、遮阳板、备用轮胎架等部件。

(2) 长纤维增强热塑性复合材料 (LFT)

LFT的组成材料可以是玻璃纤维、芳基纤维、碳纤维、钢纤维和其他能够形成连续纱的纤维, 现在广泛应用在汽车工业中。

(3) 天然纤维增强热塑性复合材料 (NMT)

NMT具有价廉、可回收、可降解、可再生等优点, 在汽车工业中的应用目前还局限在汽车内饰件上。

(4) 碳纤维增强复合材料

该材料已开始用于制造汽车底盘, 具有强度高、耐久性好、可靠性高和减重的优点。

2.5 整车制造新工艺

(1) 片状膜成型 (SMC) 、树脂转移成型 (RTM) 、挤压、注射、液态或半固态等新型成型工艺取代传统冲压工艺。

传统汽车成形技术为冲压、锻造, 主要应用于汽车车门、壳体等部件。这种工艺特点是产品的一致性好、效率高, 但需要非常昂贵的设备与模具投入, 整车产品投资在1亿元人民币左右。在一定程度上制约了新能源汽车产业的发展。

通过国外技术应用与试验证明, 实施轻量化技术工艺是最为有效的解决方法, 见图4、图5。

(2) 粘接、铆接工艺取代传统焊接工艺

焊接是传统四大工艺之一, 它将汽车不同的冲压件按要求精确定位在专用的的工装夹具上, 采用大功率的机器人焊接线拼焊成形, 其一次性的设备、工装投入仅次于涂装工艺, 在工厂面积、作业环境、操作安全方面都有规范要求。特点是工艺复杂、投入大。电动汽车在采用轻量化材料和工艺后, 必将带来连接工艺的革新, 这便是粘接与铆接技术, 其效果不仅超出焊接的强度要求, 同时可节省投入成本。国内现在部分车型的车门、发动机罩盖、后备箱盖等均采用两次模压成型粘接工艺完成, 见图6。

(3) 简化的涂装工艺取代传统钢板材料的涂装工艺

传统汽车生产涂装工艺是酸洗、水洗、表调、磷化、电泳、烘干等, 其耗能高、投资大, 同时伴有环保排污的后顾之忧。轻量化技术特点是充分利用复合材料本身的优点, 直接模内涂装或只做表面喷涂, 可节省磷化、电泳工艺的巨大投入。

(4) 模块化组装取代传统的总装工艺

新的整车结构设计是利用复合材料本身的优点实现汽车零部件的集成化和模块化, 减少整车装配工位和工时, 大大减少自动化输送设备的投资。

(5) 天然纤维在汽车零部件上的应用

天然麻纤维几乎可以使用在汽车大多数的内饰件上, 可以有效减轻零部件的质量, 增加强度, 降低成本, 降低噪声, 还可以减少车内挥发有机物 (VOC) 含量。见图7。

3 电池的轻量化

电池的轻量化换言之就是要提高现有电池的比能量或者是开发更先进的电池 (电源) 。

电池的质量比能量和体积比能量是决定电动汽车性能的关键指标。当然, 电池的寿命、一致性和安全性肯定更重要, 但是就电动汽车长远的发展和与传统汽车竞争的需要以及满足用户长途运行的要求来说, 提高电池的比能量是必须要尽快解决的问题, 见图8。

从图8可以看出, 整车轻量化和提高电池比功率是相辅相成的关系。

一方面, 现有的电池 (包括铅酸系列、镍系、锂系) 实际比能量与理论比能量均还有不小的差距 (见表1) , 说明还有提升空间, 如在提高极板材料比表面积、电池结构设计、工艺水平、工艺方法、电解质等方面均有可能改善, 需要联合所有的力量、资源加以突破。同时, 系统的比能量更低, 管理系统的优化也是重点改善方向之一。希望科学家们和实业家们尽快开发提升现有电池的比能量。

另一方面, 全世界都在寻找大于200 W·h/kg的新电池, 也有说法称这个指标是电动汽车能否与传统汽车性能相抗衡的临界值。氢氧燃料电池是目前公认的终极电源, 但是独立“氢”的获取成本、储存技术、铂催化剂的替代、氢气站的建设成本和安全性等经济技术问题的解决似乎还很遥远, 若干年后才可以考虑其商品化。

近两年, 世界上围绕金属燃料电池的研究论文发表数量是前若干年的总和, 这是一个值得注意的动向。认真分析一下, 在化学元素表中, “氢”位列第一, 氢的理论比能量最高, 比液体燃料高 (而且氢氧燃料电池的转化效率高) 。但是元素表中“氢”下面的轻质金属都可以与“氧”结合成“燃料电池”, 也有比液体燃料的高或接近于液体燃料的比能量 (见表6) 。

W·h/kg

最差的金属燃料电池的理论比能量也要比磷酸亚铁锂电池的350 W·h/kg要高得多。这就为我们提供了找到实际比能量 (含系统) 大于200 W·h/kg电池的可能性。事实上, 国外很多机构都在研究锂空气电池、铝空气电池、镁空气电池及锌空气电池等金属燃料电池 (或叫金属空气电池、金属氧化电池) 。我国北京和上海都有锌空气电池汽车的应用。金属燃料电池可能比氢氧燃料电池更早商品化, 同时在制造、使用成本、安全性等方面甚至比锂电池更具优势。金属燃料电池见图9。

金属燃料电池与其他电池相比具有如下独特的优点。

a.效率高。燃料电池发电不经过从热能到机械能再到电能的转换过程, 因而没有中间环节的能量损失。目前, 火力发电或原子能发电最高效率只40%;燃料电池的发电效率一般为40%-60%;金属燃料电池的综合利用效率可达70%-80%。

b.机动灵活。燃料电池发电装置是由许多基本单元组成的。1个基本单元由2个电极夹、1个电解质板组成。将上百个基本单元组装起来就构成一个电池组, 再将电池组集合起来就形成了动力电池。燃料电池质量轻、体积小、比功率高, 特别适用于电动汽车动力单元。与铅酸电池对比, 装备相似质量和体积的燃料电池的汽车行驶里程数倍于以铅酸电池为动力的汽车, 充电间隔行驶里程接近甚至超过传统汽油或柴油车的加油间隔行驶里程。

金属燃料电池的开发和应用极有可能是电动汽车轻量化的最重要方向之一。此外, 插电式增程型电动汽车在基础设施不能普及的情况下, 也将是解决纯电动汽车续驶能力差的方案之一。

另据2010年7月30日中国经济网报道, 欧洲科学家正在开发一种可以存储和释放电能, 能够用于汽车部件的复合材料。有朝一日, 汽车车身的部件也可以作为车用电池。英国伦敦市帝国理工学院及其欧洲合作伙伴的研究人员目前正在开发一种可以存储和释放电能, 并且足够坚固和轻质, 能够用于汽车部件的原型材料。正在开发的复合材料是由碳纤维和一种聚合树脂制成的, 可以比传统电池更高速地存储和释放大量电力。此外, 这种材料不利用化学过程, 使其可以比传统电池更快速地充电。另外, 充电过程几乎不会造成复合材料的老化, 因为它不涉及到化学反应, 而传统电池则会在使用一段时间后老化。未来的汽车可以从其车顶、发动机罩盖及车门获得电力, 这也将得益于采用轻量化技术措施的新型复合材料。

4 结束语

汽车线束修理技术 篇11

关键词：汽车 线束 修理技术

中图分类号：U463.62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0087-01

所谓汽车线束，是按照汽车各部分结构和电路设计将汽车各部电源和电线相连接的电线集合，本质上是一个电路网，如果汽车中没有线束，则汽车内部各种零件和结构就只是一个个独立的设备。由于线束的主要作用是导电，所以通常情况下，线束的材质是铜制的，将铜材制成接触器并与线缆压接，用金属外壳将其包裹捆扎后形成的可以用来链接各部零件和设备的组件。线束不仅应用在汽车中，更广泛应用于厨卫家电、计算机等现代设备中，区别在于汽车中的线束是多蕊软质铜线，而一般家电中的线束是单蕊硬线。由于汽车行业的特殊性和汽车本身结构的复杂性，所以要求汽车线束应该选用质地较软的铜线。

1 汽车线束的概况

1.1 汽车线束的规格和功能

对于汽车的线束规格，我们通常采用电线的标称截面积来界定，常用的规格有0.5～6.0不等，例如指示灯等耗电量较小的电设通常采用0.5规格的电线就可以，而搭铁线则应选用4.0规格的电线。由于汽车中的线束相当于人大脑中的神经和血管，起着传输信号的作用，加之现代汽车行业的快速发展使得汽车中电子电气元件越来越多，相应的线束也越来越密集，一旦出现问题，必然修理困难。

1.2 焊接技术介绍

优良的焊接技术在汽车线束的修理中十分重要，焊接通常需要注意很多细节问题，例如，实际应用中，通常使用香芯焊锡条来焊接电路和原件，还要注意不要使油制品及油漆等接触到焊接处，以保证焊接的牢固性，焊接时要先将焊接处预热，以便实现良好的焊接，移开烙铁时需等焊锡完全冷却再进行且不要移动与其连接的导线。

2 汽车线束的修理

2.1 剥线与扎线

剥线与扎线是两种不同的线束修理工具，二者都是由剥线区、扎线区、线区3部分构成的，并在接头处用不同的颜色来标识加以区分，黄色代表1～12号，绿色代表14～16号，红色代表18～22号。进行扎线时，金属材料比较容易受到损伤，为避免这种情况发生，我们可以选用适当的剥线孔。对于导线的绝缘部分，尤其需要注意接头工作，必须用绝缘胶布将其包裹，否则，会使接头暴露于空气中。焊接完成后，可以试着拉扯接头两端，以检验焊接好的导线是否牢靠。

2.2 硬壳接头

硬壳接头的线端接头大部分是可以更换的，当然也有例外，一部分硬壳接头由于其线段的模压在硬壳内，不能取出和更换，那么一旦出现接头外壳被融化的现象时，由于其不能更换的特点会造成材料的报废，增加了维修成本。更换线端接头需要注意的是，先要将线端接头取出，然后就近切断导线，再使用合适的工具将导线的绝缘层剥离，最后将导线伸入到线端接头的适当位置，通常我们将这个位置选择在超出导线接头片约1/16英寸的地方。

2.3 安培式接头

安培式接头的典型特征就在于它有一个“桥”和一个“扣脚”，位置分别在插头一侧的硬壳上和插座的一侧。其硬壳内有销头以及套管靠锁，更换时需注意通过控制两个扣脚的后端进而使接头分离，使用合适的工具将其插入需要更换的销头套管的插线孔内，再向内轻推导线进使其进入硬壳内，就可以使锁条松开，利用专用工具将锁条送入销头或套管内并锁住，此时再向外拉线可以使销头或套管与壳体分离，然后就可以置入新的销头或套管了，并将其扎在导线上，最后，在硬壳中插入销头或套管。

2.4 楔锁式接头

我们可以从楔锁式接头硬壳上的小孔中看到红色或棕色的凸起，将接头壳上的定位挡卡在凸起之间，在将楔子安放落座后，使接头壳体的小窗与弹簧链接，其修理步骤较为繁琐，首先将接头一分为二，向内压楔子的同时用一只1/8型号的螺丝刀使挡指与销头或套管分开，然后向外拉导线，将接头从销头或套管中拉出，最后置入适当规格的销头或套管，并使新的接头的销头或套管与壳体相连。

2.5 柄舌式接头

汽车中线束与点火开关的连接一般是用柄舌式接头，它的典型特征就是它拥有两个塑料弹簧。柄舌式接头的修理应注意控制弹簧一端的锁舌使其与接头分离，用1/8型号的螺丝刀将线端与接头相接近，同时用螺丝刀按下锁柄，使锁柄与插座处在同意水平线上，再向外拉导线，使插座与壳体分离，在进行销头或套管的更换，使锁柄与壳体的狭槽平齐后，把线端插座送入壳体的唇瓣上。

2.6 片式接头

壳体插座有两侧结合端，对于其中一侧结合端，其T行插孔与一侧插头有明显的片式接头，线端接头需要与壳体上的塑料挡指相连接并固定，由插头内壁的两端接触插头片的两端，从而保证接头的牢固性。

3 结语

随着汽车工业的不断发展，那么线束的修理难度也进一步增大，为更好地解决汽车行业的线束修理难度大的问题，就需要更多的专业人才进行汽车线束的修理，而且维修时应按照一定的方法和标准，尽量减少线束问题的出现，

参考文献

[1]李向明，卢红阳.有关汽车线束的修理技术分析[J].黑龙江科技信息，2012（19）：17.

[2]杨邦明.汽车线束修理技术[J].汽车维修，2011（9）：42-44.

电动汽车技术 篇12

(一) 现代汽车技术发展现状

汽车发明至今已经百年, 汽车的开发技术已经十分成熟。随着中国的改革开放, 国外高技术含量的汽车大批涌入国内市场。首先受到冲击的是汽车维修行业, 电子点火、电控化油器、机械喷射系统装置、机械液力自动变速器、差速锁止装置、负载阀、PT泵、动力转向等大量新技术、新产品、新系统猛烈冲击着传统汽车维修工艺和技术。进入21世纪后, 随着电子和信息化技术的应用, 汽车技术逐渐由单件的组装向集成化发展, 技术的多功能化、智能化、一体化等特点愈加突出。

随着世界汽车技术的发展和我国汽车交易市场的逐步繁荣, 世界上更多负载最先进技术的汽车以更快的速度进入国内市场, 也促进了我国汽车维修行业的快速发展。但分析我国汽车推修行业的现状, 无论是从技术手段、人员素质, 还是人才储备, 在世界汽车发展水平层面上, 仍远远赶不上汽车技术变革的速度。如今, 世界能源危机和环保问题日益突出, 20世纪末, 世界各国的各大著名汽车品牌公司、国内各大科研机构及高等院校纷纷致力于开发既清洁又节能的汽车, 能源、新能源技术以及新能源汽车成为未来汽车发展的大趋势。这就给本来就落后的汽车职业教育带来了机遇, 也带来了更大的挑战。

(二) 汽修维修人员成为中国四种技能型紧缺人才

根据教育部等部门调查研究和分析预测, 我国劳动力市场技能型人才短缺问题在数控技术应用、计算机应用与软件技术、汽车运用与维修、护理等四个专业领域尤为突出。技能型人才短缺已经成为制约现代服务业发展的重要因素。

汽车维修人才紧缺的原因是: (1) 快速变化的汽车和汽车技术; (2) 快速变化的用户; (3) 快速变化的维修设备; (4) 快速增长的汽车和维修企业以及越来越多元的社会选择。

有资料显示, 在发达国家汽修企业里, 高级技工占35%, 中级技工占50%, 初级技工占15%, 而我国高级技师仅占1.5%, 高级技工仅占3.5%, 中级技工占35%, 初级技工却占60%以上。不难看出, 我国汽车维修人员数量与素质远远不能满足当前飞速发展的汽车市场发展的需求。

(三) 当代汽车业对汽车维修技工的能力要求

汽车维修工程是一个实践性非常强的工程。特别是在市场竞争日益激烈的今天, 除了技术之外, 对从业人员的综合素质要求越来越高, 理论基础知识要求越来越高。有以下几方面要求: (1) 具有极强的逻辑推理能力; (2) 具有一定的英语基础; (3) 能机电一体化有机结合; (4) 计算机一般软件的使用与掌握; (5) 具有挑选和使用并延伸设备的功能; (6) 对汽车的性能了如指掌, 对汽车发展的历史及其形成的文化了然于心。

按照2000年7月1日起施行的国家劳动保障部《招用技术工种从业人员规定》, 技术工种从业人员必须持证上岗。因此, 目前职业院校所有相关专业的学生, 上岗前都必须经过考核, 取得汽车维修技术职业资格证书, 并达到相应的能力标准。

汽车技术教育滞后于汽车技术发展的主要问题

(一) 体制与机制方面

目前, 汽车维修技术赶不上汽车技术发展的速度, 汽车技术教育赶不上汽车维修技术发展。与此关系相应的, 汽车技术教育存在的最大的体制与机制问题是院校、整车制造及售后服务三者脱节。局部的校企合作是有的, 但远没有形成三者有序的合作与互动。社会现阶段依然没有完全摆脱重学历、轻技能的传统观念, 在实施职业教育的过程中, 教育者和被教育者往往都不能很好地处理两者的关系, 难免顾此失彼。

(二) 教师与教材方面

汽车维修专业是实践性非常强的专业, 要求培养的学生具有很强的动手能力, 要能解决汽车维修的实际问题。这里的关键是要有适合的教材与良好的师资。当前, 各类职业院校的汽车维修专业的教师在实践动手能力方面普遍是弱项。汽车维修职业教育能否适应汽车维修行业的需要, 重要的是首先要建立一支理论和实践都过硬的师资队伍。但是, “十年树木, 百年树人”, 师资培养不是短时间就能见效的。

汽车技术日新月异, 而汽车技术教育却由于教材内容陈旧, 除了最基本的东西之外, 几乎全是被淘汰了的内容, 这成为汽车技术教育的最大障碍。笔者了解到, 目前很多学校都还将发动机电控燃油喷射系统、电控自动变速器、ABS等作为新技术选修, 殊不知这些东西在汽车上早已经是广泛应用且十分成熟的标准配置了。而许多在新车上广泛使用的系统, 像可变气门正时系统、无级自动变速器 (CVT) 等内容, 却在当前使用的教材中几乎找不到。

(三) 实验与实训方面

实验实训教学中存在的问题可以简单概括为: (1) 实验实习设备与车辆维修实际差距太大; (2) 检测诊断设备少且落后; (3) 实验实训设备不能同时满足每位学生实训的需要 (一般指汽车电子电气) ; (4) 实习工厂不能满足学校实训的要求; (5) 由于软、硬件不到位, 学生很难将理论与实验实训联系起来, 实验实训当中原理、步骤繁琐, 费时费力, 达不到理想的教学效果。

汽车技术教育适应汽车技术发展的解决方案

(一) “双元制”模式, 一体化教学

应将学历教育与职业教育分清。这不是说要分开它们, 而是进一步推广职业教育的“双元制”模式并改革“双元制”模式, 使其适应我国职业技术院校中职业教育教学的需要。将在企业里进行的技能培训与职业院校进行的专业理论知识学习以及文化知识传授紧密结合;强调企业教学的主体性与强调实践教学的主导性的协调配合;将职业分析与课程开发密切联系;明确专业内容适应职业需求的针对性, 将能力教育与技能培训同步进行。最终, 形成汽车运用工程职业技术教育的多元化机制和一体化教学。

(二) 双师型, 双向式

“双师型”教师队伍的建设如果不是与企业一线工程技术人员双向交流就很可能变成一句空话。因此, 应在现有职教师资培训基地的基础上, 院校要制定专业教师到企业挂职锻炼的要求, 鼓励企业选派工程技术人员、管理人员和有特殊技能的人员到职业学校担任专、兼职教师, 并将这种交流制度化, 让教师同时有技术人员身份、技术人员同时有教师身份。在管理上, 院校和企业同时对教师的双重身份进行考核。

(三) 动态教材, 动态课程

职业教育应该避免使用统一的统编教材。如汽车维修专业要由院校和企业组织教师和工程师根据车辆技术的最新发展, 编写与汽车维修实践相结合的动态教材。根据汽车运用知识与技能体系的发展, 不断更新、补充教材内容, 使之成为动态的教材, 以适应汽车技术的快速变化。因此, 电子教材理应作为教材改革首选方式。

动态的课程也应如此。例如, 有相当多的职技院校汽车维修专业对汽车文化课都没有给予足够的重视, 有的根本没有设置, 有的设置也只是讲座式的一带而过。其实, 汽车技术的创新很大一部分来自汽车文化, 不了解源远流长的汽车文化, 而能很好地掌握现代汽车技术, 是很难想象的事情。要想汽车技术教育适应汽车技术的变化发展, 重点应改变旧有的汽车维修技术的思维模式, 构建新的甚至超前的思维方法, 并走出理解上的误区, 以求进一步改进和完善理论教学以及实验实训教学。解决进一步改革的问题, 需要动态课程来实现, 需要呼唤电子课程, 而电子课程对于更全面深入地了解汽车文化的源流脉络是非常必要的。

在汽车技术专业教育教学中, 无论是机制和体制的改革、教师队伍整合, 还是课程教材的电子化创新, 国家政策、行政指令和利益驱动一个都不能少, 这些都是需要我们继续深入研究、继续实践的新问题。

摘要：当前汽车产业高速发展, 职业院校的汽车技术教育滞后于汽车技术发展。本文从现代汽车技术发展和维修技术人才状况的分析入手, 探析导致汽车技术教育滞后的主要原因以及适应性的解决方案。

关键词：汽车技术教育,汽车技术发展,职业院校,人才状况

参考文献

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