充电机原理与应用技术：车载与非车载充电机

充电机是与交流电网连接、为动力电池等可充电的储能系统提供电能的设备，一般由功率单元、控制单元、计量单元、充电接口、供电接口及人机交互界面等部分组成，实现充电、计量等功能，并扩展具有反接、过载、短路、过热等多重保护功能及延时启动、软启动、断电记忆自启动等功能。

充电机技术涉及以下两个方面：

①充电机的集成和控制技术。主要是通过研究充电过程对动力电池使用寿命、温度、安全性等方面的影响，选择合理的拓扑结构，采取合适的充电方式，实现充电过程的动态优化及智能化控制，从而实现最优充电。

②充电监控技术。主要是规范充电机和充电站监控系统之间的通信协议，实现对多台充电机状态和充电过程的实时监控，并达到和其他监控系统、运营收费等系统通信的功能。

1.充电机的类型

电动汽车充电机根据不同的分类标准，可分成多种类型，见表8-1。

表8-1 电动汽车充电机的类型

（1）车载充电机

车载充电机（图8-1）安装于电动汽车上，通过插头和电缆与交流插座连接。车载充电机的优点是在动力电池需要充电的时候，只要有可用的供电插座，就可以进行充电。其缺点是受车上安装空间和重量限制，功率小，只能提供小电流慢速充电，充电时间一般较长。

按照连接方式的不同，车载充电机可分为传导式充电机和感应式充电机两种。其中传导式充电机的供电部分与受电部分有着机械式的连接，即输出电能通过电力电缆直接连接到电动汽车充电接口上，电动汽车上不装备电力电子电路。这种充电机结构相对简单，容易实现，但操作人员不可避免地要接触到强电，所以容易发生危险。感应式充电机（图8-2）利用了电磁能量传递原理，采用电磁感应耦合方式向电动汽车传输电能，供电部分和受电部分之间没有直接的机械连接，二者的能量传递只是依靠电磁能量的转换，这种充电方式结构设计比较复杂，受电部分安装在电动汽车上，受到车辆安装空间的限制，因此功率受到一定的限制，但由于不需要充电人员直接接触高压部件，其安全性高。

图8-1 电动轿车车载充电机

图8-2 感应式充电机示意图

（2）非车载充电机

非车载充电机一般安装于固定的地点，与交流输入电源连接，直流输出端与需要充电的电动汽车充电接口相连接，如图8-3所示。非车载充电机可以提供大功率电流输出，不受车辆安装空间的限制，可以满足电动汽车大功率快速充电的要求。(www.xing528.com)

图8-3 电动轿车直流非车载充电机

2.充电机的性能要求

为实现安全、可靠、高效的动力电池组充电，充电机需要达到如下的基本性能要求：

①安全性：保证电动汽车充电时操作人员的人身安全和动力电池组的充电安全。

②易用性：充电机要具有较高的智能性，不需要操作人员对充电过程进行过多的干预。

③经济性：降低充电机的成本，对降低整个电动汽车使用成本、提高运行效益、促进电动汽车的商业化推广有重要的意义。

④高效性：保证充电机在充电全功率范围内效率高，在长期使用中可以节约大量的电能。提高充电机能量的转换效率对电动汽车全寿命的经济性有重要的意义。

⑤对电网的低污染性：由于充电机是一种高度非线性设备，应减少在使用中对电网的污染。

3.充电技术发展趋势

随着电动汽车技术的不断发展，对充电系统的要求也越来越高，为了适应电动汽车的快速发展，充电系统需要尽量向以下目标靠近：

①快速化：在目前动力电池比能量不能大幅度提高、续驶里程有限的情况下，提高充电速度，从某种意义上可以缓解电动汽车续驶里程短导致的使用不方便的问题。

②通用性：电动汽车应用的动力电池具有多样性，在同种类电池中由于材料、加工工艺的差异也存在各自的特点。为了节约充电设备投入，增加设备应用的方便性，就需要充电机具有充电适用的广泛性和通用性，能够对不同种类的动力电池组进行充电。

③智能化：充电系统应该能够自动识别电池类型、充电方式及电池故障等信息，以降低充电人员的工作强度，提高充电安全性和充电工作效率。

④集成化：目前电动汽车充电系统是作为一个独立的辅助子系统而存在的，但是随着电动汽车技术的不断成熟，本着子系统小型化和多功能化的要求，充电系统将会和电动汽车能量管理系统以及其他子系统集成为一个整体，从而为电动汽车其余部件节约出布置空间并降低电动汽车的生产成本。

⑤网络化：对于一些公共场合，例如大型购物中心及办公场所的停车场、公交车总站等，为了适用数量巨大的电动汽车充电要求，就必须配备相当数量的充电机，如何对这些充电机进行有效的协调管理是一个不可忽视的问题。基于网络化的管理体制可以使用中央控制主机来监控分散的充电机，从而实现集中管理、统一标准、降低成本的目的。