电动车，电池充电器，充电站和标准的论述外文翻译资料

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电动车，电池充电器，充电站和标准的论述

摘要：电动车是一种在运输和电力部门新兴的技术，在经济和环境方面有很多好处。本研究对各种类型的电动车及其相关设备，特别是电池充电器和充电站进行了全面的回顾和评估。本文在续航范围，电池尺寸，充电器功率和充电时间方面对商用和原型电动车辆进行比较。本文概述了电动车辆充电的各种类型的充电站和标准，并且还讨论了电动车辆充电对公用配电系统的影响。

关键词：电池充电器，充电站，电动车，标准

1 介绍

鉴于高能量使用，环境污染和不断上升的化石燃料价格，我们目前必须减少对内燃机（ICE）技术的依赖，并且使用可解决环境污染的替代燃料；我们也必须讨论全球变暖和能源可持续发展的问题。有人建议，在考虑风险，排放，可用性，可维护性，效率和可靠性的情况下，电力是在未来交通运输行业30年内最合适的能源载体（Chan和Chau，2001）。汽车和内燃机的发明始于19世纪末，汽车工业从此开始渐进式的变化。内燃机仍是以化石燃料为主要燃料的汽车的主要动力。电气化的范式转变推动基于电的新型推进系统的发展。图1显示了从ICE车辆到先进电动车辆的模式转换（Emadi，2011）。运输1.0和汽车1.0是指运输和汽车使用化石燃料作为主要燃料的阶段或时间，交通2.0和汽车2.0是指预期车辆电气化程度增加的模式转换阶段。

由于道路排放量低，电动汽车是非常引人瞩目的，可以通过提供辅助服务来加强电力系统；与化石燃料相比具有更低的操作成本并且更节能。高级电动车辆可以分为混合动力电动车辆（HEV），插电式混合动力电动车辆（PHEV）和纯电动车辆（EV）。混合电动汽车通常可以分类为串联，并联和串并联（混合）（Maggetto和Van Mierlo，2000），如图2~4所示。在串联式电动汽车中，牵引功率由电动机传递，而内燃机驱动发电机，如图2所示，其产生用于对电池充电和驱动电动机的功率。然而图3向我们展示了并联式电动汽车，其中发动机和电动机联接以驱动车辆，其允许内燃机和电动机同时高速运行。图4示出了串联平行配置，其中两个电机用于为功率提供并行和串联路径。这意味着内燃机可以用于与电动机一起驱动车辆，或者根据操作条件和设置用于发电以存储在电池中。根据混合因子，混合动力电动车可以进一步分为微混合，轻度混合，功率混合和能量混合。混合因子定义为车辆电功率的峰值与总电气和机械功率的比值（Zeraoulia等，2006）。微混合具有5-10％的混合因子；轻度混合有10-25％而功率混合具有高得多的因子。能量混合动力车具有比动力混合动力大的能量储存系统。其中混合动力车型有丰田普锐斯，本田Insight，本田爵士和本田CR-Z。丰田普锐斯使用串并联配置，而本田系列更接近并联配置，但通过电机反馈制动允许电池充电。

图1 从ICE车辆到先进电动车辆的交通模式转变

图2 具有串联混合动力动力系的混合动力电动车辆

图3 具有并联混合动力传动系的混合动力电动车辆

图4 具有串并联混合动力系的混合动力电动车辆

图5 具有串联混合动力传动系的插电式混合动力电动车辆

图6 具有串并联混合动力系的插电式混合动力电动车辆

图7 具有自适应控制单元的全电动动力系

表1 商业/原型电动车辆的技术数据概述

插电式混合动力电动汽车（PHEV）基本上是一种混合电动汽车，可以选择用电网对电力储存系统进行充电（Markel和Simpson，2006）。插电式混合动力电动车具有高能量密度存储系统，其可以被外部充电，并且可以比常规混合动力车运行更长的时间，从而获得更好的燃料经济性。与混合动力车类似，插电式混合动力车可以具有串联，并联和串并联配置。图5和图6分别示出了具有串联和串并联配置的插电式混合动力车。插电式混合动力车使用公用电因此电池通常要隔夜充电。电池也可以车载充电以增加车辆的行驶里程。所有电动车辆都有全电动推进系统。与混合动力车和插电式混合动力车不同，纯电动汽车没有内燃机来提供额外的功率。典型的纯电动汽车架构如图7所示。这些电动车主要依靠公用电网的外部充电，这些类型的先进电力驱动车辆将影响配电网络。

纯电动汽车的功率需求是电压和电流的函数，其能量需求取决于电池尺寸。关于商用和原型纯电动汽车续航里程，电池尺寸，充电器功率和充电时间的技术信息在表1中列出并总结。这样的信息对于确定纯电动汽车所需的功率需求是有用的。据估计，单辆纯电动汽车可以将家庭的用电量增加50％（WDI，2008）。一些纯电动汽车消耗超过5kW功率，其大于典型住宅房子的消耗，而这种消耗在纯电动汽车电池的充电状态下持续10小时以上。对于使用慢速型车载充电器充电的纯电动汽车这种功耗是必须的。如果使用快速/快速充电器对纯电动汽车充电，则功耗可高达60 kW。表1中的大多数数字指的是较旧版本和原型纯电动汽车的技术规范。对于商用或最新款的纯电动汽车，功耗可能不同。从文献中注意到，对于快速充电站，正在努力使充电器标准化，使得所有车辆可以共享相同的充电站。在未来，快速充电器可消耗62.5kW（CHAdeMO，2012）或100 kW（SAE J1772-2010 2013）。

本研究介绍了电动汽车技术的最先进的技术，关注电动汽车的类型，电池充电器和充电站的类型，并认识到在美国，欧洲和日本的电源电压和充电电流的不同的标准。

2 材料和方法

2.1 纯电动汽车电池充电器类型

纯电动电池充电器是用于为纯电动或插入式混合动力汽车中的电池组充电的电子设备的组合。纯电动汽车充电器可以安装在房屋，办公室，购物商店和公共场所，以便纯电动汽车用户可以为他们的纯电动汽车或插入式混合动力汽车充电。基于它们的能量传递模式有两种类型的充电：导电式和感应式。导电型纯电动汽车电池充电器通过电源线将插头从电源插座插入纯电动汽车，直接接入电源。这种充电类型比较大众化，其设计简单，效率更高。

感应式纯电动车的电池充电器使用磁耦合作为能量传输模式。通过感应充电器，充电站用于将高电压和电流直接从电网传送到具有作为一半变压器的电磁体的感应板或焊盘。另一半位于纯电动车内部，一旦在两个磁体之间完全接触，则允许电流流过并进入电池，由于充电站直接进行电网连接，因此以较高的速率充电。图8示出了感应充电概念，其示出了从壁式插座到电池的电流路径。图9显示了通过位于汽车下面的感应垫对日产叶式电动车EV充电的示例（Nissan，2012）。图10示出具有感应充电垫的汽车下方的近视图，其中一个垫固定在道路表面上，另一个垫固定在汽车底盘下方。

感应式纯电动汽车电池充电器的主要优点是在所有天气条件下的电气安全。然而，其缺点是充电时间长和效率相对较差。2011年4月，汽车制造商宝马和电气巨头西门子在伦敦向公众推出了感应充电系统试验。该系统位于汽车底部和地面，系统的空隙宽度介于8厘米和15厘米之间，其阻碍效率超过90％。2012年，Qualcomm公司开始在伦敦进行名为“感应电力转移”的无线充电系统试用，这项研究仍在进行中。

图8 通过两个感应垫的感应充电的概念

图9 通过汽车下方的感应垫充电的日产leaf

图10 带有感应充电的汽车下方的近视图，示出了感应垫

图11 国内充电站示例

图12 街外和稳健充电桩的示例

图13 快速充电站示例

表2 IEC EV充电模式基于IEC 61851-1