試論純電動汽車動力電池及充電技術

石雅田

摘 要：隨著人們對環境保護的關注度不斷提高，汽車尾氣排放的污染問題越來越受到重視。新能源車尤其是純電動汽車的發展被認為是一種有效的解決方案，但由于純電動汽車在快速充電等方面存在一些問題，其發展尚未實現質的飛躍。本文旨在對此問題進行初步的分析和探討，希望能夠為解決這一難題提供一些啟示。

關鍵詞：電動汽車 快速充電 動力電池

1 引言

電動汽車的發展對于減少尾氣排放、改善空氣質量具有重要意義。然而，純電動汽車的普及受到了一些瓶頸的限制，其中之一就是快速充電技術。目前，大多數電動汽車的充電方式仍然是通過常規充電樁進行慢充，這使得充電時間過長，影響了駕駛體驗和普及程度。因此，如何突破快速充電技術的瓶頸成為純電動汽車發展的關鍵。

2 純電動汽車動力電池分析

純電動汽車的鋰離子電池是其重要的能源存儲設備，主要由以下幾個組成部分構成：正極材料通常采用鋰化合物，如鋰鐵磷酸鐵鋰（LiFePO4）或鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）。正極材料在充放電過程中負責嵌入或釋放鋰離子，從而實現電池的充放電功能。負極材料通常采用石墨，其具有良好的導電性和嵌鋰性能。負極材料在充放電過程中負責釋放或吸收鋰離子，與正極材料相互嵌鋰，從而實現電池的充放電功能。電解質是正負極之間的介質，通常采用有機溶液或聚合物凝膠。電解質負責離子的傳導，使鋰離子能夠在正負極之間自由移動，從而實現電池的充放電功能。隔膜位于正負極之間，起到隔離正負極的作用，防止短路。隔膜通常采用聚合物材料，具有良好的離子傳導性能和隔離性能。鋰離子電池還包括外殼和電池管理系統。外殼用于保護電池內部結構免受外界環境的影響。電池管理系統負責監測電池的工作狀態、電池容量、溫度等參數，并進行電池的管理和保護，以確保電池的安全和性能。鋰離子電池的主要作用是儲存電能，并通過釋放和吸收鋰離子來實現電池的充放電功能。在純電動汽車中，電池組提供電能給電動機驅動汽車行駛，同時通過回收制動能量將部分能量轉化為電能存儲，以提高能源利用效率。鋰離子電池具有高能量密度、長壽命、環保等優點，是純電動汽車的重要能源選擇。

3 純電動汽車動力電池充電技術

3.1 交流慢充和直流快充技術

純電動汽車的充電技術主要包括交流慢充和直流快充兩種方式。交流慢充是指將電動汽車連接到交流電源上進行充電，通常使用家庭或公共充電樁進行。交流慢充的特點是充電功率較低，通常在3-7千瓦范圍內。充電時間相對較長，需要幾個小時或更長時間才能將電池充滿。交流慢充適合在家或工作地點停車場等長時間停留的地方進行充電，滿足日常使用需求。直流快充是指將電動汽車連接到專用的直流快充設備上進行充電。直流快充的特點是充電功率較高，通常在30-120千瓦或更高。充電時間相對較短，通?？梢栽诎胄r內將電池充滿一部分電量。直流快充適合長途旅行或急需充電的情況，可以快速補充電量以延長續航里程。在實際使用中，純電動汽車通常支持同時兼容交流慢充和直流快充兩種充電方式。充電接口通常包括交流充電口（AC充電口）和直流充電口（DC充電口）。用戶可以根據需求選擇合適的充電方式和設備進行充電。需要注意的是，直流快充設備通常需要專門的充電站進行安裝和操作，而交流慢充設備可以更加普遍地在家庭、工作地點和公共場所安裝。此外，使用直流快充進行頻繁充電可能對電池壽命產生一定影響，因此建議根據實際需求合理選擇充電方式。

3.1.1 交流慢充充電技術

（1）技術應用的要點。

交流慢充充電技術是指使用普通家用電源進行充電，充電功率通常較低，時間較長，適用于日常充電。首先，需要選擇安全可靠、功率穩定的充電器，最好是具有過流、過壓、過溫保護等安全功能的充電器。使用普通家用電源進行充電，需要確認電源是否穩定，電源線路是否符合要求，以確保充電的安全。其次，需要正確連接充電器和電源，確保接口穩固，并避免接觸不良、短路等情況發生。在充電前需要檢查車輛狀態，確保車輛處于停車狀態，關閉電源開關和電器設備，避免故障發生。根據車輛型號和電池類型等因素，選擇正確的充電模式，避免過充或欠充等問題。最后，需要根據車輛電池容量和充電功率等因素，控制充電時間，避免過長的充電時間造成電池壽命的縮短。在充電過程中，需要注意安全用電，避免電器設備過載、過熱等問題發生。

（2）技術應用流程。

純電動汽車動力電池交流慢充充電通常采用的是交流充電模式，也稱為AC充電模式，在充電過程中首先將充電設備（如充電樁、充電線）的交流插頭連接到車輛的充電接口上。將充電設備的插頭插入家庭或公共的交流電源插座上。確保電源插座符合安全標準，電路正常。在充電前，需要檢查車輛和充電設備的狀態，確保車輛處于停車狀態，關閉電源開關和電器設備，同時檢查充電設備是否正常工作。根據車輛和充電設備的兼容性，選擇適當的充電模式，如單相交流充電或三相交流充電。充電設備會根據車輛需求進行電流和電壓的調整。確認充電模式設置正確后，啟動充電設備，開始充電。充電設備會根據車輛電池的容量和當前電量進行充電策略的調整，以達到最佳充電效果。在充電過程中，可以通過車輛顯示屏或充電設備的顯示屏來監控充電狀態，包括充電電流、電壓、充電時間等信息。當電池電量達到預設的充電目標或者達到充電設備的設定時間時，充電設備會自動停止充電。此時可以拔出充電設備的插頭，完成充電。需要注意的是，交流慢充充電的速度相對較慢，通常適用于日常充電，充電時間會根據車輛電池容量、充電設備功率和當前電量等因素而定。在充電過程中需要確保充電設備的安全性和充電環境的安全性，避免過載和過熱等問題的發生。

3.1.2 直流快充充電技術

（1）技術的要點。

直流快充充電技術是指使用直流充電樁進行充電，充電功率較高，充電速度較快，適用于長途充電和急需充電的情況。首先，需要選擇具有資質認證、符合安全標準的正規充電樁，確保充電設備的安全性和充電效率。在選擇充電樁時，需要確認充電樁的電源信息，包括電壓、電流、功率等，以確保匹配車輛需求。需要正確連接充電樁和車輛，確保連接穩固，并遵循正確的連接順序和操作流程，避免操作錯誤。其次，在充電前需要檢查車輛狀態，確認車輛處于停車狀態，并關閉電源開關和電器設備，以確保充電的安全。根據車輛型號和電池類型等因素，選擇正確的充電模式，確保充電電流和電壓等參數符合要求。直流快充充電速度較快，需要根據車輛電池容量和充電功率等因素，合理控制充電時間，避免過長時間的快充對電池壽命造成影響。在充電過程中，需要注意安全用電，避免電源過載、電壓異常等問題發生，確保充電過程的安全性。

（2）技術的流程。

純電動汽車動力電池直流快充充電通常采用的是直流充電模式，也稱為DC快充模式。將充電設備（如直流快充充電樁）的直流插頭連接到車輛的充電接口上。在連接充電設備之前，需要確認充電設備的電源信息，包括電壓、電流和功率等，以確保與車輛的兼容性。在充電前，需要檢查車輛和充電設備的狀態，確保車輛處于停車狀態，關閉電源開關和電器設備，同時檢查充電設備是否正常工作。直流快充充電通常只有一個模式，即直接以最大功率進行充電。充電設備會根據車輛需求進行電流和電壓的調整，以達到最佳充電效果。確認充電模式設置正確后，啟動充電設備，開始充電。直流快充充電的特點是充電功率較高，充電速度相對較快。在充電過程中，可以通過車輛顯示屏或充電設備的顯示屏來監控充電狀態，包括充電電流、電壓、充電時間等信息。當電池電量達到預設的充電目標或者達到充電設備的設定時間時，充電設備會自動停止充電。此時可以拔出充電設備的插頭，完成充電。需要注意的是，直流快充充電速度較快，適用于長途充電或急需充電的情況。在充電過程中，需要確保充電設備的安全性和充電環境的安全性，避免過載和過熱等問題的發生。此外，直流快充充電設備通常需要專門的設備和電源，因此在使用之前需要確認設備的兼容性和可用性。

在進行純電動汽車動力電池交流慢充和直流快充充電的過程中還需注意，確保使用符合國家標準的充電設備，如充電樁、充電線等。購買設備時要選擇正規渠道，避免使用質量不合格的充電設備。按照車輛和充電設備的操作手冊執行正確的充電步驟，遵循安全操作規程。不要隨意更改充電設備的設置，避免錯誤操作導致安全問題。確保充電環境通風良好，避免充電設備和電池過熱。不要在封閉的空間中充電，避免發生火災或爆炸的隱患。定期檢查充電設備的外觀和連接部分，確保設備沒有損壞或松動。如果發現問題，應及時維修或更換設備。避免長時間過度充電或充電過程中電池電量過低，這可能會對電池的壽命和安全性造成影響。充電完成后應及時拔出充電設備。充電設備和電源插座應符合安全標準，電線要有足夠的絕緣保護。充電設備的接頭要正確插入，避免接觸不良或短路。

如遇火災、爆炸或其他緊急情況，應立即切斷電源并報警。遵守相關的應急處理程序，確保自身和他人的安全。

3.2 電磁感應技術

電磁感應充電技術是一種便捷、高效的充電方式，但它也需要考慮一些具體的應用措施，以確保其順利實施并發揮優勢，如圖1所示。

（1）接收器與發送器的對準設計：由于電磁感應充電依賴于接收器與發送器之間的感應磁場，因此精確的對準是確保高效能量傳輸的關鍵。在車輛設計和地面設施設計中，需要考慮到接收器與發送器的對準方式，以確保它們在充電過程中能夠穩定地連接。（2）抗干擾能力設計：電磁環境中的干擾可能會影響電磁感應充電的效率。為了提高充電的可靠性和穩定性，需要采取抗干擾措施，如使用屏蔽材料、優化電路設計等[4]。

3.3 柔性充電技術

柔性充電技術是一種靈活的充電解決方案，可以根據不同的應用場景和需求進行定制。（1）定制化設計：根據不同的應用場景和需求，需要進行定制化設計。例如，對于某些特殊場景，可能需要特殊的充電設備或電池更換流程。通過與用戶進行深入溝通，了解其具體需求，可以開發出符合其要求的充電解決方案。（2）多種充電方式實現：柔性充電技術可以通過多種方式實現充電，如更換電池、利用太陽能等。這些不同的充電方式可以根據具體的應用場景和需求進行選擇。例如，在某些偏遠地區，可以利用太陽能進行充電，以降低對傳統電網的依賴[5]。例如：佛山九龍公園快充站采用純電動車柔性充電技術，主要為：柔性充電堆可以根據電動車的電池狀態和充電需求，動態調整充電功率輸出。

3.4 無線電波充電技術

無線電波充電技術是一種基于無線電波進行非接觸式充電的技術。通過在車輛上安裝接收器，接收地面上的無線電波并將其轉化為電能，為車輛提供電力。這種技術的充電效率較高，可以在任何時間、任何地點進行充電，具有很大的便利性。然而，無線電波充電技術也存在一些問題。首先，建設無線電波充電設施需要較大的設備投資，需要在地面安裝大量的無線電波發射器，成本較高。其次，無線電波充電過程中可能會產生電磁輻射，對人體健康和環境造成影響，因此需要采取相應的安全措施，如選擇低輻射的設備、優化發射功率等[6]。

4 結語

總而言之，解決純電動汽車的快速充電問題需要多方面的研究和努力。通過提高電池充電接受能力、發展高功率充電技術以及建設快速充電網絡等措施，有望在未來突破這一瓶頸，推動純電動汽車的普及和發展。

參考文獻：

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