宁磊 梁乾

宁磊

毕业于西安建筑科技大学，硕士研究生，现就职于汉中职业技术学院汽车与机电工程学院，任讲师，主要研究方向：车辆底盘的CAD与CAE、优化设计、新能源汽车，已发表论文4篇。

摘要：慢充是最适合电动汽车充电的模式。但现充电设备布置情况存在布线麻烦、成本高、充电不方便的缺点。针对上述缺点，本文提出区域性充电桩投放布置、移动式充电桩布置和机器人无线充电桩布置三种模式来有效的解决电动汽车充电的便携性、经济性、高效率和可操作性，對推动电动汽车行业的发展有一定的意义。

关键词：电动汽车;充电设备;布置途径

中圈分类号：U270.2 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（ 2021） 06-0090-04

Research On the Arrangement Of Electric Vehicle

Charging Equipment

NING Lei， LIANG Qian

（ Hanzhong Vocational and Technical College， Hanzhong 723000， China）

Abstract： Slow charging is the most suitable charging mode for electric vehicles。However， the current arrangement of charging equipment has some disadvantages， such astroublesome wiring， high cost and inconvenient charging.ln view of the above shortcomings，this paper proposes three modes of regional charging pile placement， mobile charging pileplacement and robot wireless charging pile placement to effectively solve the portability，economy， high efficiency and operability of electric vehicle charging， which has a certamsignificance for promoting the development of electric vehicle industry.

Key Words： Electric Vehicle; Charging Equipment; Decorate AWay

纯电动汽车因其环境污染小、噪声污染小、能量转换效率高、结构简单维修方便等优点已然成为汽车发展的重点车型。然而，动力电池制造与使用成本较高，续驶里程不理想、充电不方便且充电时间长是制约着电动汽车快速发展。随着技术的革新，动力电池的续航里程会逐渐增加，成本也会降低，充电速度也会变快，但是充电设备的布置问题仍然亟待解决。本文就电动汽车充电设备的布置途径进行探究，提出三个合理有效的解决方案。

1 电动汽车现有的充电方式

快充充电与慢充充电是现有的两种充电模式。

快速充电通过AC-DC变换将高压大电流通过高压母线直接给动力电池进行充电，以实现电动汽车较短时间完成充满电的目标。快充系统主要由动力电池、高压配电盒、快充接口、供电设备等构成，如图1所示：

慢充通过AC/DC变换将220伏交流电转化为高压直流电充人动力电池进行储存。慢充系统又称为车载充电装置，利用市电和随车携带的适配器对车辆进行充电。慢充系统主要由动力电池、车载充电机、高压配电盒、慢充口、供电设备等构成，如图2所示：

对于这两种充电方式而言，慢充充电的优点在于：

1）充电器便于携带，充电区域灵活，智能充电，无需人工职守;

2）车载充电机具有过热、过流、过（欠）压、短路、输出反接等保护功能;

3）充分利用电力低谷时段充电，充电成本降低，充电电压稳定;

4）根据电池特性设计充电曲线，可对电池深度充电，提升其充放电效率，延长寿命。

其最主要的缺点在于充电时间较长，一般需要8小时左右。

快充充电方式优点在于充电速度非常快，较短时间可以充电80%，偶尔的快充可适当激增电池容量，提高启动性能。缺点在于：

1）充电设备安装要求和成本非常高;

2）充电电流电压较高，短时间内对电池冲击较大，会造成电池发热甚至电池活性物质脱落。

因此，再优秀的电池，快充终究会影响其使用寿命。因此慢充应该是电动汽车充电的主要模式。

2 充电设备布置途径的探究

慢充是最适合电动汽车充电的模式，但是充电设备的布置直接影响到电动汽车充电的便捷性、效率和可操作性。现有慢充充电桩采用一车～桩模式，这样的缺点是接线麻烦，成本高，而且必须有固定车位，对于没有固定车位的用户来说慢充充电着实成为一个难题。本文针对问题提出3种可行的解决方案。

2.1 区域投放充电桩布置

区域性投放充电桩布置指的是多个电动汽车厂商联合以小区、社区或工作单位为区域进行慢充充电装的投放布置，用户可以通过移动客户端根据自己车辆的电量情况提前预约充电。

该方法需要解决的问题是：

1）电动汽车生产厂商能够通过自己品牌的用户的大数据信息来规划投放区域，当然如果放在战略发展层面，可以多多益善;

2）厂商需要做好客户充电的移动客户端APP，客户通过APP既可以预约充电，还能随时看到自己的充电状态并能提醒充电结束。通过APP厂商还需要搜集每个用户的充电规律，以利于对本区域充电桩的数量的布置进行及时调整，彻底做到设备利用效率最大化，用户都能方便及时的充电;

3）小区要规划出专为电动汽车充电的区域;

4）用户要能够按照预约有序充电。

这种方案的优点在于：

1）联合的电动汽车厂商可以以此来给自己的电动汽车做品牌塑造，锁定客户群体;

2）多家厂商联合可以降低各自投放充电桩的成本，进而多区域覆盖;

3）提高了车主的便捷性和购车成本。

2.2移动式充电桩布置

移动式充电桩布置是指通过在车位（可以是固定车位，也可以是公用车位）周围建立充电桩移动轨道，通用的充电桩可以在轨道上移动，给需要充电的车辆进行充电。如图3为移动式充电桩设计示意图：

对于移动式充电桩需要解决的问题是：

1）轨道的开发，能够安全、精准地的将充电桩送到目的地。

2）充电桩、轨道和车辆之间完美的电气连接。将需要充电的车辆的充电线提前插好，当移动充电桩移动到充电口时对该车辆的充电需求进行检测，当检测到充电需求时，充电桩会自动连接充电口，完成电器对接。当检测到不到充电需求时，直接跳过。

对于慢充而言，一个充电装最多负责3个电动汽车的充电任务，所以在布置充电桩数量时，可以根据轨道覆盖区域车辆的数量来决定充电桩的数量。为了提高效率，设计充电桩控制系统，具有收集充电信息的功能。当充电线插好后给充电桩控制系统一个信号，充电桩控制系统会收集到需要充电的充电口位置信息，然后合理的安排此軌道上各个充电桩运动的轨迹，保证充电效率，充电桩控制系统逻辑示意图如图4所示：

3）建立行业标准，使得各个品牌的电动汽车的充电口统一;

4）充电桩轨道的建设，需要车位管理单位统一建设。

这种方案的优点是：

1）减少了充电桩的数量，降低成本;

2）充电方便简单，只用插上充电线即可，实现无人换充;

3）降低了车主购车成本;

4）有效地解决充电问题。

2.3 机器人无线充电桩

机器人无线充电桩是指充电机器人沿着地面预定的轨道给需要充电的电动汽车进行无线充电，无线充电机器人充电桩设计示意图如图5所示：

在车位（可以是固定车位，也可以是公用车位）上设计深槽轨道，轨道里边布置充电控制系统（图中没有标出）、电气线路与移动的充电机器人连接。每个轨道上移动机器人的数量根据轨道覆盖区域车辆的数量来决定。当车辆进入车位后，车主可以通过移动客户端发送充电请求给充电控制系统，充电控制系统接收到充电请求后查询此区域充电机器人的工作状态。如果充电机器人此时在待命状态，充点控制系统会给充电机器人下发充电指令，充电机器人接到指令后移动到需要充电的电动汽车地下进行无线充电，并给充电控制系统反馈信息，充电控制系统再给用户移动客户端反馈开始正常充电信息。倘若充电机器人都在充电状态，充电控制系统会将待充电的电动汽车信息按照发送请求的先后进行排序，并给车主反馈等待时长，车主可以根据充电时长选择继续排队等待还是选择放弃。机器人无线充电桩充电控制系统逻辑示意图如图6所示：

对于机器人无线充电桩需要解决的问题：

1）充电控制系统、轨道及机器人的开发，能够安全、精准地的将充电桩送到目的地。

2）机器人充电桩与车辆之间完美的无线充电模式的开发。当机器人充电桩移动到有充电需求的车辆底部时，判断充电条件具备时，开始无线充电，并给充电控制系统反馈充电状态。一个机器人充电桩也最多负责3个电动汽车的充电任务，所以在布置充电桩数量时，可以根据轨道覆盖区域车辆的数量来决定充电桩的数量。

3）建立行业标准，使得各个品牌的电动汽车的无线充电模式统一;

4）充电桩轨道的建设，需要车库管理单位统一建设。

这种方案的优点是：1）减少了充电桩的数量，降低成本;2）充电方便简单，只用在移动客户端发送请求即可知道自己充电等待时长，从而选择继续等待还是选择放弃，实现智能充电;3）降低了车主购车成本;4）有效地解决车主充电问题。

3 结论

慢充是最适合电动汽车充电的模式。但现充电设备布置情况存在布线麻烦、成本高、充电不方便的缺点。针对上述缺点，本文提出区域性充电桩投放布置、移动式充电桩布置和机器人无线充电桩布置三种模式来有效的解决电动汽车充电的便携性、经济性、高效率和可操作性，为推动电动汽车行业的发展有一定的意义。

参考文献：

[1]吴彤，浅谈新能源汽车充电系统问题研究[J].石河子科技2021，（2），31-32.

[2]孙智，新能源汽车产业发展规划将促进充电桩进驻小区[J]新能源科技，2021（ 03）：20.

[3]刘雨薇.[1]刘雨薇.江苏在全国率先实现充电桩乡镇全覆盖[J]新能源科技，2021（ 03）：2.

[4]田大烈，王信锐.新能源汽车充换电站商业化运营模式研究[J]内燃机与配件，2021（ 13）：171-172.

[5]张朱让，尤元婷.电动汽车维护保养[M].机械工业出版社，2018.04.

专家推荐语

孙立清

北京理工大学中关村校区机械与车辆学院

副教授 博士后

论文基于现有充电设备布置情况存在的布线麻烦、成本高和充电不方便等缺点，提出了区域性充电桩投放布置、移动式充电桩布置和机器人无线充电桩布置三种能有效的解决电动汽车充电的便携性、经济性、高效率和可操作性的新模式，文中观点对推动电动汽车行业的发展有一定的借鉴意义。论文有新意，体现了一定的创造性，有一定学术水平，论述科学，设计合理，方法可靠，理论结合实际，有实用价值，文字流畅，条理清楚，合乎逻辑。