【新能源汽车充电方法的研究9500字（论文）】

绪论1.1研究背景新能源汽车是完全或由新能源进行驱动的汽车，且被我国列入“十三五”期间的“863重大科学技术课题”。中国新能源汽车市场阶段性地从成长期进入产品指导期。另外，减少空气污染和降低碳排放是发展清洁能源汽车的另一个驱动因素。近年来，为了减少能源消耗和减少环境污染，世界各国大力推动了新能源汽车行业的发展，并将其作为主流。目前，许多国家分别制定了停止生产和销售传统燃料车辆的时间限制，并认为开发新能源车辆是实现能源节约和减少运输排放的重要战略。例如，法国、英国和其他国家在媒体上公布了禁止销售传统燃料车辆的目标，这表明它们打算实行节能和环境保护。无害环境和节能的新能源已在世界各地得到广泛研究和应用，这是传统燃料车辆改新换代的一个重要趋势。在目前的资源利用和经济发展情况下，新能源汽车行业符合时代潮流，成为社会的热点和重点行业。新能源技术也被许多国家的战略轴心，并成为新的投资平台。1.2研究目的及意义目前，以电动汽车为代表的新能源汽车作为一种新兴的运输工具，其销量呈现快速增长态势。我国的充电设施从未产生到发展，从小规模发展到发展壮大，建设充电设施的目标吸引了有关部门的更多关注。然而，从已经安装的一些充电设施来看，普遍存在一些的问题，例如人与计算机之间的交流经验薄弱，充电时间过长，缴费流程太过复杂等，甚至是充电过程中机器失效，发生火灾和爆炸等安全问题，严重危及人身安全。电动车辆充电设备的开发、推广和应用是今后大规模开发新电动车辆的重要节点。因此，本文阐述了新能源汽车充电方法的相关模式，通过参考有关价值的成功经验进一步概括总结，在针对新能源汽车的发展现状，采取相对应的充电方法进行概括，对相关充电实例进行求解分析，有利于丰富关于新能源汽车充电方法的研究，可以为之后的研究提供参考价值，具有丰富的学术意义。1.3国内外研究现状1.3.1国内研究现状我国关于新能源汽车充电方法的研究较少，大多学者主要是关于新能源汽车充电基础设施的研究，如赵世佳，赵福全等人在《中国新能源汽车充电基础设施发展现状与应对策略》中，首先介绍了新能源汽车的发展现状，其次分析了新能源汽车充电基础设施的发展现状，然后介绍了新能源汽车充电基础设施存在的主要问题，并进一步提出相对应的应对策略。康泽军，何绍清等人在《新能源汽车无线充电综述》一文中，首先介绍了无线充电的类型，其次介绍了无线充电组成及标准，然后介绍了无线充电的典型企业及技术，最后介绍了无线充电存在的问题，最终进一步提出改善措施。包寿红在《新能源汽车铅酸蓄电池充电方法》研究中，介绍了传统蓄电池的充电方法，在此基础上介绍了新能源汽车蓄电池的充电方法，进一步介绍了新能源汽车蓄电池充电方法的实证。1.3.2国外研究现状美国对新能源汽车的研究主要是对燃料电池和氢能源的研究。JohnR.Wi1son和GriffinBurgh（2003）分析了氢能源在美国战略发展中的作用，通过氢能源研究报告对氢能源运输、氢能源来源和制取等方面进行了研究，认为氢是清洁能源，不会直接对环境造成污染，也不会构成温室效应。但是，要使氢能能源大规模的使用还有一些问题，例如克服氢能使用风险和成本稍微高于其他能源的困难、关于氢能的基础技术还有待发展、基础设施建设无法满足现有的需求等。JosephRomn（2004）在对FreedonCAR项目中估计出，最早到2030年氢能和燃料电池汽车才能开始普及，氢能源的创新技术发展研究应该成为美国能源部的重点。日本学者YoichiKaya根据全球变暖和环境破坏的数据，在研究了燃料电池和氢能源的环境保护功效和能量效率之后，认为作为将氢能作为清洁能源的氢能来说具有非常大的发展潜力，然而加强对氢能源的基础设施建设和其他能源转换为氢能的效率是关键。1.4研究方法1.4.1文献分析法通过“知网”、“维普”、“百度文库”等多种渠道，收集国内外的研究文献，阅读相关学者的研究成果，对国内外与新能源汽车、充电基础设施，充电方法的有关理论文献、典型案例、评价体系、数据、研究报告等进行整理和归纳，对国内和国外的新能源汽车行业发展动态进行研究分析，构建本文的理论基础，据此提出相应的研究模型。1.4.2实例研究法通过研究国内外运用无线充电的实例，以及国内外运用太阳能充电方法的实例，进一步提供该论文的理论基础，完善新能源汽车充电方法的相关研究。

2新能源汽车现状分析2.1新能源汽车的主要类型新能源指使用非常规车辆燃料作为能源（或传统车辆燃料，但车辆的动力装置为新能源）、将先进的车辆能量控制与驾驶技术相结合、以及先进的技术原则和新技术的形成。新能源汽车包括：混合动力车辆、纯电动车辆、燃料电池车辆、氢发动机车辆、天然气车辆、醇醚汽车。2.1.1混合动力汽车混合动力车指使用传统燃料并配备发动机/电动马达的汽车，以提高低功率输出，按燃料类型可分为混合汽油和混合柴油。2.1.2纯电动汽车正如名字所示，纯电动汽车主要是电力。大多数车辆直接由电动马达操作。有些车辆在发动机室有电动发动机，有些车辆使用轮子作为四个电动发动机的旋转。燃料电池车辆（FCV）是一种电动车，使用氢和甲醇作为燃料，通过化学反应产生电流。它的电能是通过氢和氧的化学反应而不是通过燃烧直接转换成电。燃料电池的化学反应工艺不产生有害物质，因此燃料电池车辆是无污染的，燃料电池的能源转换效率是内燃机的2-3倍。因此，就能源使用和环境保护而言，燃料电池车辆是理想的手段。2.1.3氢动力汽车氢动力的汽车实际上是无排放的，排放出纯净的水。它们有不污染、零排放和大量储备的好处。因此，氢动力车辆是传统车辆最理想的替代品。2.1.4气体汽车指使用压缩天然气（CNG）、液化石油气（LPG）和液化天然气（LNG）作为燃料的化合物。天然气化汽车被定义为世界上最理想的替代燃料汽车，因其排放性能、可调节的燃料结构、低运营成本、成熟技术、安全和可靠性，也可以被称为酒精车。在汽车中使用乙醇可以增加燃料氧化物的数量，增加氧气含量，并使缸内的燃烧更加完整。2.2发展新能源汽车的主要障碍新能源汽车可有效减少城市地区的有害气体排放和烟尘浓度，也可减少二氧化碳排放。许多国家和制造商正在积极开发纯电动车辆、混合电动车辆（包括PHEV）和燃料电池车辆。然而，在开发和使用新能源车辆方面仍然存在许多障碍和困难。主要有以下方面：2.2.1充电基础设施少世界各地的许多制造商和政府目前正在启动电动汽车辆基础设施项目，以评估建造货运基础设施的方法。然而，建设新能源汽车充电设施的工作仍然面临许多困难，导致充电基础设施不足。首先，充电基础设施建设是一个庞大的工程。制氢本身就是一项非常重要的业务，现在的制氢过程都是通过蒸汽甲烷产生的气体，还有一些崭新技术，包括煤炭、高温水分解等，例如：利用光伏将氢气从水中分解而来的光解技术。科研人员正在研究加氢汽车和加氢站的建设，基本快已建成。而且，在加氢站存放氢燃料仍然是一项极大的挑战。其次，建设成本高昂。羊毛出在羊身上。首批大规模销售的PEV和PHEV的研发成本必将由消费者承担。通用汽车认为，PHEV电动续航里程增加16公里的成本将增加约1500美元，而丰田普锐斯的续航里程增加16公里将花费5000美元。2.2.2充电桩和充电站数量不足与新能源汽车的迅速发展比较，充电设施的建设远远不足。2016年上半年，中国新能源汽车的销量为17万辆，而建成的充电桩却仅有10万桩，新能源汽车和充电设施的比例相差较大。根据新能源汽车和充电设施1：1的标准而言，充电设施存在巨大差距。例如，大多数正常的运输是电流充电，且为220伏电压，完成一次电约10个小时。如果发电厂有10个充电站，它每天可以运送多达30辆车，10万辆车将需要大量的充电站，并占据大片城市土地。2.2.3国际上接口标准难以统一新能源汽车的充电接口共有5套，其中有国际电工委员会、美国、欧洲、日本和中国。目前，我国的新能源接口主要采用国家和美国标准，两者之间不能够完全兼容。其次，所使用国家标准的公司收费接口标准也不尽相同，参数也会有一定的差异。如果没有统一的标准，每辆车都需要配备自己的充电桩，如果想换车，需要一起更换充电桩。如此一来，充电桩就不能普遍使用，这不仅制约了新能源汽车的普及，也增加了使用成本。2.2.4有限数量的车辆在快速充电的同时充电，大多是直流充电。给一个35千瓦的电池充电需要10-20分钟。35千瓦的电池在10分钟内充电大约需要250千瓦，是办公楼用电负荷的5倍。这不可能是家庭收费！如果一个充电站打开4个充电器，功率能达到“兆瓦”级，是个问题！2.2.5电缆充电桩易损充电桩的功能与加油站的功能相似。它在使用电动汽车方面扮演着重要的角色。为了缩短用户的充电时间，充电桩一般采用高压电和高电流的工作方法，从而对安全提出了很高的要求。然而，在实际充电过程中，大多充电桩完全暴露在外面，无法避免受到风雨和阳光的照射。另外，充电桩的产品质量和标准参差不齐，潜移默化地增加了一些安全隐患。3新能源汽车充电桩方法3.1充电桩类型3.1.1直流充电称为“快速充电”，是一种安装在电动汽车外的电源设备，连接到电流网络，它可以为汽车外的电动车电池提供连续电源。直流充电的电流是采用的三相四线制AC380V±15%（统称380V），频率为50Hz，输出是可调节的直流，可通过电力电池直接输送汽车。因为直流电源通过三相四线的方式，可提供足够的能量,可以调整输出的范围内满足快速充电的需求。对社会客车而言，额外的电力供应能力为12V，汽车电池充电通常需要1至2小时。具体位置也取决于不同型号的能量和实际充电能力。3.1.2交流充电称为“慢充电”，它被安装在电动车外并连接到交流流网络。根据国家标准，车载充电器（即安装在电动车上的充电器）将使用一个220伏的单向电源，以提供电流动力。交流充电点只提供能量，没有充电功能。充电汽车需要运送一个充电器。3.2交流充电与直流充电的区别交流和直流充电之间的区别在于大规模调整输出电流，从而使电动汽车能够快速充电。以一组充电电流180千瓦为例，假设汽车中的电池容量为每小时60kw（即电池容量约为60kwh），这取决于车辆的充电时间。另外，考虑电池充电的速度，充电时间约为40分钟。交流充电经常被称为“缓慢充电”。对于汽车，整个充电大约需要6到8小时。其次，两者在充电桩的形式上也不一样。交流充电桩需要使用车载充电器来完成汽车充电，而直流充电桩不需要这种设备，它可以直接通过电容器输送相应的电力。快速充电桩是安装在电动车外的一种供电装置，连接到电流网，以便为电路板以外的电动车电池提供不间断电源。连续通量可以提供足够的能量，输出和通量可以在广泛范围内调整，以满足快速充电的需要。3.3充电模式3.3.1预充电当某些电池长时间不使用或首次购买新车时，充电点不会对电池快速充电。一般来说，它是预先收费的。这是为了保护电池的使用寿命。用小电流开始充电会使新电池或长期闲置的电池满足正常充电的条件，一般称为“充电点”预充电。3.3.2快速充电顾名思义，就是用很快的速度给电池充电，用大电流充电，可以快速地把电池充满。充电率通常在1摄氏度以上，一些客户可能会问为什么其他人充电速度比我快，因为充电时间取决于电池容量和充电速度。快速充电分为连续电流和脉冲充电。连续充电是指电池以恒定电流充电；脉冲充电是为了用脉冲充电电池。3.3.3补充充电快速充电后，为了保证电池充满电，我们会补充充电，确保电池真正充满。这种充电模式的充电速率一般小于或等于0.3C。3.3.4滴流充电电池充电时，温度可能超过电池的极限温度，从而转变为滴流充电状态。3.4新能源充电注意事首先，要使用符合国家标准的车辆和桩；其次，充电前确认充电设备是否正常；再次，避免充电电缆直接连接到墙端插座；然后，尽量避免使用线板；最后，要防止充电电缆暴晒、大功率充电。3.5新能源汽车充电的优缺点3.5.1新能源汽车充电的优点首先，新能源车辆对环境友好，新能源车辆主要使用非燃料能源装置，不需要燃烧汽油或柴油，但使用清洁能源，如电力、太阳能和氢。这样，二氧化碳和其他气体的排放将得到减少，环境保护的目的将得到实现。其次，达到省钱的效果。每公里燃油燃料成本约为0.6-0.8元，而电力消耗仅为0.2元。此外，发动机结构简单，不易损坏，不需要经常维修。最后，有效和多用途。新能源汽车采用新的技术和结构，使其更有效率。3.5.2新能源汽车充电的缺点首先，充电速度较慢，充电情况较为复杂。许多城市或地区还没有完全推动新能源汽车的使用，因此也就缺少充电桩，当需要充电时就存在较大的麻烦。此外，新能源的发电厂系统不太成熟，充电相对缓慢，通常需要几个小时，这非常不方便。其次，电池的寿命很短。对于使用电力的新能源车辆，汽车电池的储存能力有限，因此，持续驾驶车辆的行驶距离也很有限，一般而言，不能长途旅行。然后，作为汽车行业的“新星”，它还没有成熟，新能源汽车仍在探索和改进。而且，新能源汽车的维修人员较少，因此无法及时维修，给业主造成很大不便。最后，成本很高。为了能够让电池得到长时间的使用，锂电池的额外成本是必要的。目前，锂电池的成本约2000元/千瓦小时。行驶500公里的汽车需要一个超过90度的电池，且购买费用为18万，即使将来可以大幅度降低成本，铅酸电池的成本仍将需要8-9万。

4新能源汽车无线充电方法4.1新能源汽车无线充电方法简介无线电源是一种新型的动力传输技术，它可以通过无物理连接的非物理接触电力传输来驱动电器。它可以应用于消费电子、电动汽车等领域开。电动的能量补充不需要使用电源线和插座。4.2无线充电方式4.2.1磁感应式当新能源汽车进行磁感充电时，会生成一个交错的电磁场。此时，磁场线将经过接收线圈的一定距离，接收线圈将产生相应的驱动力和输出能量，其工作原理和松散耦合变压器相似。由于一次线圈和二次线圈的气隙比较，所以漏感比传统变压器大得多。互感耦合系数K在0.1～0.3之间。当一次线圈和二次线圈采用适当的补偿拓扑结构时，只要两种线圈的品质因数大于100，就可以有效地进行能量传输。4.2.2微波辐射型微波辐射无线充电通过微波的定向辐射传输能量。微波首先将电力转换成微波，然后将微波束从传输天线中释放出来。接收天线负责微波束的双向接收。最后，接收的微波包在整流环节中被转换为电力。微波辐射和微波辐射耦合的主要方法是将微波辐射与人体磁场相结合，在这种情况下，辅助动力文件将无线电力传输到负载。4.2.3磁场耦合无线充电系统框架如图所示。工频交流电流在调试后转化成直接电流，然后以20～200khz的频率转换成高频电流。高频率交流传输在初始侧传输线圈中产生高频频率流，向高频率交磁场耦合到二级接收线圈。在高频校正后，高频频率电流转换成直接电流，然后发送至汽车有效载荷。由于一次侧和二次侧的能量线圈密不可分，存在重大的泄漏事件，因此相应的补偿网络必须添加到一次侧和二次侧。以降低无功损耗。根据互感系数K的大小（用来表示磁耦合程度）和品质因数Q值（Q值越高，线圈损耗越小），可分为磁感应型和磁共振型。4.2.4MRIIt（磁共振式）被称为WiTricity技术。两个谐振频率线圈产生了强烈的共鸣，能传输无线电力。从交叉感应模型的角度来看，相互感应耦合系数K可能小于0.02，谐振线圈品质因数Q大于500。因此，与传统的磁感应相比，有效传输距离提高了一倍。然而，随着线圈Q值的增大，谐振元件的应力也随之增大，这就增加了系统调谐控制的难度。4.2.5无线电波类型无线电波传输技术被用作传输电力的载体。在电路调节电力后，以微波方式从发射天线发送，通过接收天线接收，然后通过过滤器电路转化为电力，储存在电池中。然而，无线电设备不适合发送小型无线电波，也不适合发送高功率无线信号。4.3新能源汽车无线充电实例4.3.1日本无线充电混合动力汽车电磁感应电源线圈嵌入充电站混凝土中。车辆开始给无线电台充电后，当汽车线圈与电源文件对齐时，汽车仪表板上的指示灯将亮，司机将按充电按钮，启动充电。4.3.2韩国感应充电观光车新型有轨电车在韩国首尔的一个游乐园投入试运行。这种有轨电车在道路上行驶时，“无线”充电感应带可以用于传统的有轨电车或高轨电线。4.3.3日产魔方电动车电磁感应法用于在电力供应线圈和接收器之间提供电力，即在汽车车架上安装一个接收器，另一个安装在地面上的电源。当电池和线圈收到能量时，电源由电池和线圈进行供电。目前该装置的额定输出功率为10kW，电动汽车可在7至8小时内完成充电。4.4无线充电技术存在的问题4.4.1高成本无线充电技术难度大，行业附加值较大，尚未形成大规模量产，其成本高于电缆充电。以商业化较为成熟的无插电系统的销售价格为例，7.2kw宝马i33499，7.2kw特斯拉车型：4120元。不过，购买7KW电缆充电桩的价格只有300-500美元。因此，无线充电设备的成本仍然是其推广应用的巨大障碍。wevc的应用将首先在高端车上进行。随着航空燃油收费标准的提高，航空燃油收费标准将逐步降低。不统一的收费标准限制了无线充电的应用和普及，增加了无线充电的难度。未来技术标准将逐步统一。4.4.2充电效率和充电距离限制由于传输环与接收环之间存在一定的间隙，能量传输过程中会产生很大比例的能量损耗，造成功率损耗，传输效率低下。目前，无线充电技术的传输效率可以达到90%，而传统充电桩的传输效率在95%左右。无论是磁感应还是磁共振，其传输距离都是有限的，这限制了车辆底盘的高度，也对驾驶员的停车精度有一定的考验。目前，减小传动距离和位置偏差的方法很多。例如，奥迪采用升降式无线充电系统，电源线圈可以提升，可以尽可能靠近接收线圈；特斯拉通过自动泊车功能，采用自动泊车或app控制，结合智能驾驶，它可以精确地对准车辆电源线圈和接收线线圈。4.4.3安全隐患安全隐患主要是指充电时电磁波的高频辐射、异物的存在和生物体的侵入。电源线圈和接收线线圈之间有间隙。如果在无线充电过程中有带电体（如小动物）或异物（如金属），设备会突然中断，造成故障，影响设备的使用寿命。当前，高通公司的无线充电系统采用停止充电和报警的方式。当充电板上有硬币等金属物体时，该系统将及时发现，并立即停止充电。并及时通知客户；当生命体离充电板太近时，系统会停止工作并发出报警。

5新能源汽车太阳能充电方法5.1太阳能充电原理太阳能充电器是将太阳能转换为电力的原则。太阳能转换为电后，它们储存在电池中。电池可以是任何形式的电源储存设备。并通过控制电路将其储存在内置电池中，它还可以直接用光能产生的电力充电。但是，需要通过太阳的强度来确定。在没有阳光照射的情况下，通过控制电路将其转换成直流电，储存在内置电池中。5.2太阳能技术的效益太阳能充电技术的好处不容置疑。它不仅满足保护绿色环境、节约能源和减少排放的要求，而且也不占用多余的土地。它还可以为沿线的居民提供电力，这也是减轻贫困的一项重要措施。5.3国内外太阳能公路试验路段通车2017年12月28日，山东省济南市太阳能道路测试科完成并开放供交通使用，公路总长度为1080米，在两条车道上总共安装了5184个光电装置。光电发电装置的综合面积为5874平方米，复合容量为817.2千瓦。网络连接的发电完全以网络方式进行。每年发电估计为110万千瓦。根据媒体报道，过去25年中，国家平均每年生产93万千瓦小时的电力，提供了124吨标准煤，970吨二氧化碳排放，24吨二氧化硫和32吨氮化合物，还有5磅的尘埃排放。这一光电高速公路的电网电价由政府补贴和标准电价组成，总价为0.85元/千瓦小时。换句话说，这部分光电电池的年度销售收入为85.85万元。根据光电循环中的发电，每平方米每年发电约为172千瓦小时。2016年12月，世界上第一个太阳能高速公路在法国西北部的图卢浮宫－欧佩尔什投入运行。高速公路耗资500万欧元，宽2.8米，长1000米，每平方米约2万元。我国第一个太阳能测试部门的费用估计约11506万。5.4太阳能充电站众所周知，电动汽车的普及必须取决于建立一个充电站网络。在已经人满为患的城市中心，大多数充电站在现有停车场建造，并得到网络公司的支持。然而在大城市郊区、中小城市、高速公路和其他不拥挤的地区，必须建造太阳能充电站。中国近80%的电力来自煤炭，在低碳经济时代，我们不大可能建造很多的燃煤发电厂。这不仅增加了城市地区的电力负荷，而且背离了能源保护和环境保护的性质。如果能够在全国各地建造几十万甚至几百万个太阳能发电厂综合服务站，电力供应不足和电力车辆基础设施不足的问题可以同时解决。与其他能源充电相比，太阳能电池桩具有无与伦比的优势：低碳、提供能源和环境保护、土地贫乏或无法使用、充足的太阳能资源、低运费（低77%的燃料车辆）和获得某些好处的充电。此外，在学校、企业、社区、停车场等公共场所可以安装太阳能电池板，它们也可以与建筑物合并，形成太阳能充电机库，不需要占用单独的区域，也可以利用现有加油站的屋顶将太阳能转换成综合燃料服务。因此，从开发的角度来看，建造太阳能发电桩是目前最好的选择。这不仅降低了网络负荷压力，而且还提高了对环境污染和不可再生能源的有效控制。5.5太阳能充电桩2011年，世界各地建立了太阳能充电站，用于电动汽车运输。据报告，已建造的大部分充电站（桩）位于城市和高速公路沿线，少数几个国家的郊区和高速公路（主要是一级高速公路）。在城市和高速公路沿线，特别是在高速公路上，由于有足够的能源，在服务区或收费摊位附近建造充电站（桩）很容易。因此，在未来，充电站（桩）的建设必须集中在城市的外部表面，特别是在国家高速公路附近。太阳能充电桩设备的配置，光伏发电系统由太阳能电池板、电池、不间断电源、DC/DC变换器，逆变器组成。作为该系统的基本组成部分，太阳能电池板直接将太阳能转化为连续电流形式的电力。转换为380ac充电容量，如果剩余能量连接到电网，则可以将剩余能量返回电网，从而节省电池。如果纯电动汽车的充电，可删除其简化结构，不用逆变器和/或DC/DC，从而可以减少成本更大。

总结新能源汽车的建设，使我们