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孝感西门子总代理商
产品时间:2020-11-23
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展望未来,无论人们身处何处,都应该能够简单而快捷地为电动汽车充电。为实现这一目标,西门子研究人员开展了多个大型项目,以评估充电技术的实际应用。

2013年,德国某地。在连接慕尼黑与莱比锡的A9高速公路上,一辆电动宝马汽车驶下公路,缓缓开进加油站。司机下车,打开油箱盖。不过她并没有去拿加油枪,而是拉出了充电电缆。通过这条充电电缆能对锂离子电池进行50千瓦快速充电。20分钟后,也就是喝一杯咖啡稍事休息的功夫,这位司机就为爱车充满了电,足够再行驶100到150公里。

尽管尚未确定充电站点具体分布位置,但充电站肯定会出现在不久前启动的“巴伐利亚-萨克森电动交通线”示范项目中。德国将开展四个这样的示范项目,其初衷在于评估用户在日常生活中对电动汽车的接受度。

“当我们能看到我们的充电技术非常有效,并且得到广泛应用时,心情一定会格外激动。”该项目中西门子方面的协调员Matthias Felten表示。西门子计划在400公里长的A9高速公路路段上建起9座充电站,届时这个路段将成为欧洲首条全电动化高速公路。

西门子工程师在测试高速直流汽车充电站。一块锂离子电池只需充电20分钟,就可以储足行驶150公里所需的电能。

多年来,西门子一直在进行快速充电系统的研究,目前也找到了针对某些问题的解决方案。比如,在汽车充电领域,需要通过整流器将来自电网的交流电转换成直流电,然后才能充入汽车的锂离子电池。虽然此过程可以利用车载装置完成,但西门子仍然研发了直流充电站,以提供适用形式的电能。

插头研发方面也取得了进展。目前德国几乎所有的汽车制造商均支持“Combo”插头(IEC 62196-3),显然这种插头已经成为欧洲的标准插头。此插头又称多功能充电系统,它既可以供快速充电站用来进行直流充电,也可以供私人车库的230伏交流充电之用。由于这个系统极其简单,即便是不懂任何技术知识的人来使用,也绝不会出现操作错误。

用户只需插入充电插头,就可以开始充电。在相当长的一段时期内,专家们曾备受输电方式的困扰。充电速度固然要快,然而电池变热则会加快电池的老化。同时仅就安全考虑,也需要在锂离子电池上配备温度传感器。如此便可以根据电池的温度来调节充电电流:电池温度高时,便相应减小充电电流量。此解决方案在防止老化与充电速度之间实现了良好平衡。

电池若要与充电站互相沟通,二者就必须有共通的“语言”。这也是示范项目中要实现的一点,充电系统采用了电力线通信技术,数据通过充电线缆进行传输。通过利用额外的高频信号,电池随时可以向充电站表明自己的电流量承受能力。不过,并非在所有情况下都需要以最快的速度、最大的电量向电池充电。这是因为正如传统动力车辆一样,电动汽车平均每天有22小时会处于停泊状态。对于在私人车库中充电的车辆而言,3.6千瓦的家庭充电速度仍将是主流。因此,在家中为汽车充满电将需要六到八个小时,具体取决于电池的规格。Dieter Barnard博士是西门子基础设施与城市业务领域的充电基础设施生命周期管理负责人,据他介绍,公共停车场充电站的充电速度将为中等速度,即20千瓦,电池充满电所需的时长为一小时。

漫游车辆充电。由于续航里程有限,电动车在长途行驶方面面临着一个难题。如果目的地是国外,则此问题会更突出。目前仍有待解答的问题包括汽车的导航系统能否可靠地探测到充电站的位置,以及充电站能否与车辆的电池可靠地通信。

为解答上述问题,欧洲推出了一个名为“绿色电动”(Green eMotion)的联合研究项目。该项目的预算为4200万欧元,它是有史以来最大规模的电动交通类项目之一。与前文所述的其他项目如出一撤,“绿色电动”项目也将对道路上的实际交通环境开展研究。项目合作方包括来自八个国家的十个城市和地区,其中有丹麦的波尔霍尔姆岛及柏林、都柏林、罗马和马拉加等城市。目前参与项目的地区总计已有2000辆电动汽车投入使用,按计划到2015年该项目结束时,投入使用的电动汽车将达到7万辆。在此期间,充电站的数量将从2500个增加到8万个。

“绿色电动”项目由西门子基础设施与城市业务领域的研究员Heike Barlag博士负责协调。Barlag希望通过协调相关信息,将各类孤立的解决方案加以整合。例如,如果能采用标准化的数据格式,组织者就可以在整个欧洲范围内提供服务,其方式可以借鉴移动通信领域的漫游服务。“现在我们所考虑的远远不只是充电和付费的问题。这些操作使用或手机也可以完成。”Barlag介绍道。更重要的是保证以续航里程为基础的路线计划服务到国外也能正常使用,并且始终能够可靠地引导驾驶者找到充电站。在可能的情况下,电动车应该在可再生发电能源(如太阳能、风能)充沛的地方进行充电。若要满足后一个要求,就需要具备智能化的区际电池充电管理系统。

人们在公路上对充电基础设施进行着广泛的测试,但是车辆连接电网(V2G)技术的研究则仍未走出实验室。此类系统面世以后,电力供应商将可以用电动汽车中的电池作为储蓄过量风力发电和太阳能发电电能的缓冲器。这样在需要时就可以将先前充到车辆电池中的电能回送到电网中,车主通过这种方式可以赚取收入。研究人员已经研发出面向上述车辆充放电系统的部分技术。此外,鉴于很多人担心这种充电方式会致使电池过早老化,研究人员也找到了相应解决方案。这个两全的办法就是在将电能馈回电网时,确保电池的电量不至于过低,并且保证电池的工作温度始终在特定范围内(通常为30℃到40℃之间)。如果能实现这种方式,那么在3000到4000个完整充电周期后,电池的容量损耗也只有20%。

与此同时,研究人员也在努力促成通信协议的标准化,通过这些协议,电网运营商可以掌握所有车辆的充电状态信息。结果值得期待。不过,若要使“V2G”不再只是纸上谈兵,走出实验室,走进现实,仍需要有更多的电动汽车上路。

作者:Johannes Winterhagen

无线充电:汽车也可以

对于电热水壶和电动牙刷等用品,无线充电早已是一项稀疏平常的功能,但是要为汽车开发一种类似的系统,则令研发人员煞费苦心。若要保证无线输电能顺利进行,首先必须精确定义路面电磁线圈和车载电磁线圈的位置。二者间的空隙越大,传输一定量电能所需的电磁场就越强。2010年和2011年间,BMW和西门子在携手推出的IndiOn项目中向世人展示了汽车无线充电不是梦。两家公司利用一辆电动汽车展开了研究,只要地面电磁线圈与车载电磁线圈之间的错位不超过14厘米,这辆车就能实现90%以上的输电效率。研究人员利用BMW研发的一款定位助理并参考仪表显示器中的信号,便可以将车停在处于容差范围以内的位置。研究人员在IndiOn项目期间研发的解决方案使用传统的家庭用电网络,电源的输出功率为3.6千瓦。这意味着停车充电所需的时间将进一步缩短。相应系统生成的磁场覆盖电磁线圈之间精确定义的区域,无论是驾驶者,还是乘客,都无法进入这个区域。

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