電動(dòng)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(dòng)汽車廣泛采用的主要問(wèn)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(guò)彈出式充電中心和充電機(jī)器人等解決方案來(lái)解決這一短缺問(wèn)題，但電動(dòng)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(jì)大功率充電器時(shí)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(zhǎng)的時(shí)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(shí)間最多可達(dá)到約12小時(shí)。如圖所示，交流充電依賴于機(jī)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(shí)間。

請(qǐng)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(duì)電池充電所花費(fèi)的時(shí)間。下表比較了給定電池的AC（1級(jí)和2級(jí)）和DC充電器的充電時(shí)間。

交流和直流充電時(shí)間的比較。

電網(wǎng)峰值功率限制

直接從電網(wǎng)饋入多個(gè)大功率充電樁可能會(huì)使電網(wǎng)傳遞的峰值功率增加到無(wú)法接受的水平。ADI公司關(guān)于可增強(qiáng)電動(dòng)汽車快速充電器基礎(chǔ)設(shè)施的儲(chǔ)能系統(tǒng)的一篇文章解釋說(shuō)，當(dāng)您在15分鐘內(nèi)同時(shí)為五個(gè)典型電動(dòng)汽車充電時(shí)，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(dòng)汽車充電和儲(chǔ)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(diǎn)，城市規(guī)劃人員可能會(huì)投資改善電網(wǎng)，以使其能夠提供高功率水平。但是，開(kāi)發(fā)人員無(wú)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(yáng)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(chǔ)系統(tǒng)，以存儲(chǔ)本地產(chǎn)生的能量并在為電動(dòng)汽車充電時(shí)使用它。管理產(chǎn)生的熱量

需要多個(gè)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來(lái)實(shí)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(duì)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(huì)隨著熱量散發(fā)并升高系統(tǒng)溫度。沒(méi)有有效的熱量管理機(jī)制，產(chǎn)生的熱量會(huì)損壞系統(tǒng)。這就是為什么我們需要使用高效組件來(lái)設(shè)計(jì)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(lái)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(chǔ)能和電動(dòng)汽車充電集成在一起的統(tǒng)一基礎(chǔ)架構(gòu)時(shí)，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(guò)度充電或過(guò)度放電，從而將電池壽命延長(zhǎng)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(shí)，提高使用壽命的重要性就變得顯而易見(jiàn)。

結(jié)論

沒(méi)有有效的充電基礎(chǔ)設(shè)施，電動(dòng)汽車的使用可能會(huì)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(duì)可靠電池管理系統(tǒng)的需求。

編輯：jq