解析电动汽车充电基础设施及技术的发展趋势

电动汽车充电基础设施，通常也被称为电动汽车供电设备（EVSE），是一个健康的电动汽车生态系统的核心组成部分，是针对汽车充电而规划的配电网和专用的电力基础设施。简单的说，就像移动网络基础设施是支持手机通信背后的一套完整的通讯系统一样，电动汽车充电基础设施就是支持充电桩为汽车充电背后的一套完整的电力供应控制系统。

 

最简单的电动汽车充电站是一套电力电子装置，通常是墙面或基座式的，从电网向车辆电池安全地提供电力。不同类型充电器提供不同的电流和电压水平，以满足车辆特定的电池要求。电动汽车充电器的范围从低至500瓦（W）到高至500千瓦（KW）。

 

大多数车辆都配备了一个车载充电器系统，将电网提供的交流电转换为电池充电所需的直流电。车载充电器使车辆能够直接从标准的家用插头（慢速交流电）充电，或从家里、工作场所和公共场所的专用交流电充电器（中速交流电）充电。向车辆电池提供直流电并绕过车载转换器的充电器被称为直流充电器或直流快速充电器，它们能够提供更高的充电速率。

充电设备通常具有某种程度的智能，负责用户认证、车辆通信、数据收集和监测以及支付。在某些情况下，它还具有双向控制功能，允许调度系统根据价格信息或其他调度原因，调整注入电池的功率水平。有些充电器有时被称为"哑巴"充电器，没有通信或控制能力，只是将来自电网的电力调节到为电池充电所需的电压和电流。

电动汽车充电系统的硬件基础设施

一个标准的充电系统包括以下几个基本的硬件组件：

• 电力电子组件是充电站的核心。它为电动汽车的车载电池充电器提供电源。

• 充电控制器是充电站的智能设备，管理基本的充电功能，如打开和关闭充电器，测量电力使用，并存储实时和事件的关键数据。

• 网络控制器提供充电站与更广泛的网络之间的连接。它允许充电站使用机载电信设备进行网络通信，以便系统管理员可以监测、审查和控制设备的使用。它还可以管理用户对充电站的访问。

• 被称为充电枪的电缆和连接器。它插入车辆，在充电器和车辆之间建立安全的物理连接。充电枪或连接器通常符合汽车OEM的特定标准形式（例如，CCS、CHAdeMO、SAE J1772、IEC 60309）。

 

数据管理

电动汽车和电动汽车充电器不断产生关于电池充电状态的重要数据，比如电池的充电率，充电中使用的电量（千瓦时kWh），来自电力网络的价格信息，以及管理系统的需求响应信号等。充电管理软件旨在高效地管理和运营充电站及其网络。网络软件通过充电站和其网络控制中心之间的双向数据流，可以有效促进电动汽车充电系统的快速部署和配置，并帮助运营商远程配置、管理和进行软件更新。充电管理软件还可以设置和控制司机的充电权限、设置价格、管理账单，以及产生运行使用报告等。

维护和服务

像任何被公众使用并暴露在环境中的设备一样，电动车充电器需要一定程度的服务和维护。公共充电器的服务一般由充电器所有者或者经营者负责，对于不拥有该充电基础设施的电力公司来说，一般不需要考虑。但是拥有公共充电站的电力公司应该负责对这些资产进行定期服务和维护。

 

电动汽车充电技术的发展 

几年前，"里程焦虑"还是一个很陌生的词，但是现在，谈起电动汽车及其充电系统，不可能不提到它。那时候，人们担心汽车电池没有足够的能量到达目的地，从而陷入困境。这几年，技术的进步使人们对电动车充电的“里程焦虑”大为缓解。充电技术的进步正与电动车和充电需求保持同步。

接下来，我们将对电动汽车的充电技术发展做一个简单的梳理。

电池储能

家庭充电相对来说是比较简单的，屋主在他们的电费单上看到了额外的费用，并像平常一样支付。然而，对于有很多员工需要为他们的汽车充电的公司，或者依赖大量汽车的公司，充电的成本就变成了一个主要问题。电池储能技术为此提供了一个解决方案，该方案在非高峰期对电池进行充电储能，此时需求较少，阶梯电价也处于较低水平，而在能源使用的高峰期，比如工作时间，由储能的电池承担最大的输出，这样可以有效降低负荷最大时和电价最高时对电网的需求和冲击，从而节省大量的电费开销。

 

无线充电

这听起来几乎好得不像真的：能够像给手机充电一样给汽车进行无线充电。技术的发展为各种可能性提供了可能性。与可以直接放在无线充电器上的智能手机不同，汽车这个庞然大物，充电需要相当多的电力。这就带来了环境问题和成本问题。要使电动车无线充电成为可能，需要以下条件：

• 集成在车辆中的额外充电器（增加车辆成本）。

• 集成在公共场所的无线充电器（成本相当高）。

• 减少充电器和汽车之间的距离以提高效率。

许多汽车和EVSE制造商，如Genesis/WiTricity、DKE和Project STILLE（德国），以及CATARC（中国）正在研究汽车无线充电技术。

 

兆瓦级充电系统(MCS)

电动汽车里的巨无霸如重型卡车或公共汽车是如何高效地利用电力进行充电，并可以运行相对较长的距离，这是电动汽车充电技术的另一个进展，即高功率充电，或称为兆瓦级充电。要使高功率充电MCS成为现实，需要解决以下挑战：

• 采用大容量的电动车电池，并通过更粗的电缆以提高充电功率。

• 由于传输的电荷量很大，系统务必做到操作完全安全。

• 使充电快速有效（快速充电应在15-20分钟内完成1MW的功率）。

• 快速充电站具备同时为几辆车充电的能力。

兆瓦级充电技术也正被用于轻型电动飞机、渡轮和其他船舶。随着兆瓦级充电技术的引入，电池储能将是必不可少的，以帮助应对电网的高峰值电力需求。

移动电动车充电

移动电动汽车充电系统包括便携式充电器、充电车或拖车和临时充电器。移动的充电系统的优势在于不需要任何永久性的充电基础设施，而且可以把充电装置灵活使用到需要充电车辆所在的地方。这种充电技术和方案对特定的应用场景非常有效，比如汽车经销商处充电，以及为在路上没电的电动机车提供移动充电的救援车辆等。

自动电动车充电

虽然自动充电和无线充电在某种程度上可以互换，但它们之间的区别是，无线充电通常需要车辆驾驶员的介入，例如在充电板上停车。而自动充电，顾名思义，是完全自动完成的，没有司机的介入。

比如在道路的沥青下安装充电板，使电动巴士可以在移动中充电，或者在停车场和家庭车库的沥青下安装自主充电板。自动充电对于自动驾驶汽车尤其重要，即在没有人类驾驶员介入的情况下为汽车充电。虽然无人驾驶汽车要在公共道路上行驶还需要几年时间，但它们已经在集装箱港口装卸区得到了一定的应用，相应的自动电动车充电技术在同步发展中。

 

结语

随着对降低碳排放和碳中和的重视以及道路的电气化，更有效的电动车充电基础设施必将迎来快速的发展阶段。在不远的将来，自动和无线充电设备可能会在我们周围出现！

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