電動汽車采用的一些障礙是交流和直流充電技術(shù)的核心。

最近，我們討論了電動汽車廣泛采用的主要問題之一是城市基礎(chǔ)設(shè)施中的“充電沙漠”。盡管許多公司通過彈出式充電中心和充電機器人等解決方案來解決這一短缺問題，但電動汽車采用的一些挑戰(zhàn)存在于其核心的交流和直流充電中。在本文中，我們將研究交流和直流充電技術(shù)，并研究在設(shè)計大功率充電器時面臨的一些技術(shù)挑戰(zhàn)。

充電器功率容量下圖展示了兩種為EV充電的不同技術(shù)。

交流和直流充電差異。

AC充電器功率有限（小于22 kW），需要更長的時間才能為汽車充滿電。根據(jù)充電器的電量和電池特性，充電時間最多可達(dá)到約12小時。如圖所示，交流充電依賴于機載電路從常用交流電源產(chǎn)生高直流電壓。另一方面，直流充電器使用車外電路生成高直流電壓（300–700 V），該直流電壓可直接施加到車輛的電池管理系統(tǒng)（BMS）。直流充電器的功率范圍可以從大約25 kW到350 kW。這樣可以大大減少充電時間。

請注意，充電器的功率容量決定了將能量傳遞給電池的速率，并因此決定了對電池充電所花費的時間。下表比較了給定電池的AC（1級和2級）和DC充電器的充電時間。

交流和直流充電時間的比較。

電網(wǎng)峰值功率限制

直接從電網(wǎng)饋入多個大功率充電樁可能會使電網(wǎng)傳遞的峰值功率增加到無法接受的水平。ADI公司關(guān)于可增強電動汽車快速充電器基礎(chǔ)設(shè)施的儲能系統(tǒng)的一篇文章解釋說，當(dāng)您在15分鐘內(nèi)同時為五個典型電動汽車充電時，可以將電網(wǎng)提供的峰值功率提高到1 MW以上。

整合可再生能源，電動汽車充電和儲能的基礎(chǔ)設(shè)施。

電網(wǎng)應(yīng)提供15分鐘的電力。考慮到這一點，城市規(guī)劃人員可能會投資改善電網(wǎng)，以使其能夠提供高功率水平。但是，開發(fā)人員無需投資于電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施本身，而可以使用由可再生能源（例如太陽能和風(fēng)能）本地產(chǎn)生的電力。這將減少電網(wǎng)應(yīng)提供的峰值功率。

不幸的是，可再生資源產(chǎn)生的能量是斷斷續(xù)續(xù)的。因此，我們需要像大型電池那樣的能量存儲系統(tǒng)，以存儲本地產(chǎn)生的能量并在為電動汽車充電時使用它。管理產(chǎn)生的熱量

需要多個電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來實現(xiàn)上述充電站。考慮到我們要處理的高功率水平，我們必須盡可能減少損耗。例如，對于350 kW的充電器，效率損失1％相當(dāng)于3.5 kW的功耗。

該功率會隨著熱量散發(fā)并升高系統(tǒng)溫度。沒有有效的熱量管理機制，產(chǎn)生的熱量會損壞系統(tǒng)。這就是為什么我們需要使用高效組件來設(shè)計系統(tǒng)。例如，使用SiC MOSFET而不是硅IGBT可以大大提高系統(tǒng)效率。

此外，我們可能需要液體冷卻來管理電纜，連接器和電路所產(chǎn)生的熱量。

需要可靠的電池管理系統(tǒng)當(dāng)我們討論將可再生能源，儲能和電動汽車充電集成在一起的統(tǒng)一基礎(chǔ)架構(gòu)時，我們需要有關(guān)電池充電狀態(tài)（SOC）和健康狀態(tài)（SOH）的準(zhǔn)確信息。此信息使我們能夠避免電池過度充電或過度放電，從而將電池壽命延長約30％。

當(dāng)我們注意到系統(tǒng)總成本的幾乎一半與電池有關(guān)時，提高使用壽命的重要性就變得顯而易見。

結(jié)論

沒有有效的充電基礎(chǔ)設(shè)施，電動汽車的使用可能會進(jìn)展緩慢。根據(jù)城市結(jié)構(gòu)，家庭充電或公共充電都可能成為理想的充電解決方案。使用快速充電器，我們面臨著一些技術(shù)挑戰(zhàn)，例如電網(wǎng)峰值功率限制，熱量管理以及對可靠電池管理系統(tǒng)的需求。

編輯：jq