电动汽车(EV)有可能统治道路——如果充电站给力的话。

据市场调研机构IHS估计,到2020年全球将有超过1270万个充电站可供使用,而今天可用的充电站不足100万个。要实现这一目标,就需要在电动汽车利益相关方的工作中确定成本结构、使用模式和标准,以确保配套基础设施的到位。

在率先采用电动汽车的地区,公用事业机构和政府机关已经采取行动,鼓励司机使用电动汽车替换燃油车。例如,1月份,美国加利福尼亚州三家最大的电力公司提交了总额超过10亿美元的拨款提案,等待州政府公共事业委员会的批准,以帮助加州在未来五年实现其电动汽车目标和减排指标。

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标准和安规

市面上有三种电动汽车充电平台,每一种都针对不同的充电条件和要求:

一级(120V充电)任何电动汽车附带的充电线都有一个标准的三脚插头,可以插入接地的墙上插座,另一端有车载充电接口。插入时,充电线路会检测电路,确认电路是否正确接地,电流是否足够大,而能为汽车供电。

一级是三种充电中最慢的。对于具有4到18kWh的小电池组的插入式混合动力车来说,一级可以在几小时到一夜之间给车辆充满电。

二级(240V)许多家庭和公共充电站的电压为240V,电缆连接到电动汽车上的标准充电端口。充电站需要安装至少40A的电路,但对未来应用,50A或60A的接线更好。

由于二级电路电流较高,二级充电速度至少是一级充电的两倍。日产Leaf等电池电动汽车要求二级家庭充电站在一夜之间充满电。插入式混合动力汽车,如雪佛兰Volt,通常使用标准的120V充电线就足以满足要求。

直流快速充电其通常被错误地称为三级充电。直流快速充电依赖于直流电而不是家用交流电,是种大功率替代方案。

直流快速充电提供标准的50kWh容量,但需要安装昂贵的大功率线路,因此直流快速充电站最适合公共充电站,通常位于公路沿线。

前两种充电类型使用J-1772插座,这是大多数流行电动车支持的SAE国际标准格式。特斯拉的电动汽车是个例外,但该公司提供了一个适配器。

并非所有电动车都提供直流快速充电,也很少有混动车提供。支持直流充电的电动汽车使用以下三种插座类型之一:

• ***CHAdeMO。***这是目前直流快速充电最流行的插座标准;它是为了增加全球范围的快速充电站安装并规范如何充电设计的。CHAdeMO插座用于日产Leaf、三菱i-MiEV和起亚Soul电动汽车。这种充电方法是由开发CHAdeMO插座的东京电力公司(TEPCO)和几家日本汽车制造商创立的CHAdeMO协会在推广。CHAdeMO是“充电行驶(move by charge)”一词的简写。

组合充电系统(CCS)除特斯拉外,大多数德国和美国电动汽车制造商都使用这种标准,包括由宝马、雪佛兰、福特、梅赛德斯-奔驰、大众和沃尔沃制造的带快速充电接口的车辆。CCS插座包括一个二级插座,因此比CHAdeMO插座大。

特斯拉超级充电站特斯拉搭建了自己专用、免费、大功率的快速充电站网络,特斯拉车主可以使用。同样,特斯拉的直流快速充电用插座只能用于它自家的车辆。

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充电标准的多样性给司机和电动车基础设施规划者带来了麻烦。“市场上有CHAdeMO、J-1772、直流快速充电和特斯拉四种插座。有四种不同的连接器,想给自己汽车充电的人就不得不寻找他们打算使用的那个。这是个充电站挑战。”国际数据公司(IDC)的研究经理Nina Turner表示。充电站的建设必须简单易用,她指出。

位置,还是位置……

到2025年,如果如预期那样,道路上电动汽车数量超过标准汽车数量,那么公共充电站的建设需要立即启动。目前,就上路的电动汽车数量来说,加利福尼亚州领跑全美,不到30万辆,但就每辆电动汽车来说,其公共充电站数量却相对最少——每196辆电动汽车仅安装了一个公共直流快速充电站,每27辆电动汽车仅安装了一个2级充电站。夏威夷、科罗拉多、德克萨斯和俄亥俄这四个州具有与加州相似的电动汽车/充电站比例。纽约市最近承诺到2020年,新建1000个充电站。

基础设施规划者不仅需要确定部署多少个公共充电站,支持哪些充电方法,而且还要确定充电站的位置。我们是把重点放在专用的集中式充电站(类似于加油站),还是在司机目的地(如停车场)建设公共充电站?

“需要双管齐下的战略。”美信公司(Maxim)汽车业务部业务管理总监Tamer Kira表示:“在充电时间短于5分钟之前,需要在人们方便停车的地方建设充电站。”

“为了在城市推广电动汽车,我们需要不仅仅是专用的充电设施。”IDC的Turner说:“人们不愿意先停车再挪车。我们必须超越单纯的充电站概念。”

在司机长时间离开汽车的地方安装公共充电站将会使电动汽车用户受益,并鼓励电动汽车的采用。机场、酒店、办公楼及购物和娱乐场所等的停车场和车库中都正在部署充电站,虽然数量还不够。Silicon Labs公司(德州奥斯汀)副总裁兼电源业务总经理Ross Sabolcik指出,该公司已经在停车场安装了充电站供员工使用。“一些充电站是免费的,一些按分钟收费。”Sabolcik说,“在我们办公室,员工给自己的电动汽车充电是免费的。但我知道,像奥斯汀机场那样的地方,会收取他们顾客的充电费。”

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工程师如何加快推进

随着电动汽车的普及,以及美国全国范围内充电站推进的临近,工程师可以通过设计来解决电动汽车动力方面的挑战。

“我们应该将更多工程工作投入到加大电动汽车续航里程和降低电池成本中。这将拉高电动汽车销量,并反过来拉动更多充电站的投放。此外还需要有一个通用的充电站世界标准。”美信的Kira说。

Sabolcik指出,降低充电站成本有很强推动力。目前,想要在家中安装快速充电站的消费者装一座耐用的电动汽车供电设备(EVSE)充电站大约需600至700美元。Sabolcik表示:“我们要花费大量投入来降低充电站成本以配合其大批量投放。”

工程师还可以通过缩短充电时间来帮助降低成本。Sabolcik指出,除了充电站设计之外,重新审视电池组设计可能会缩短充电时间。

目前,电动汽车主要用作通勤车,通常在家充电。据估计,如果充电站易于使用,而且使用这些充电站的成本可以接受,那么,目前所有电动汽车用户中有四分之一每周至少会使用一次公共充电站。工程师工作的核心是满足这两个目标。

本文授权编译自Electronic Products网站。《电子技术设计》2017年12月刊版权所有,转载请注明来源及链接。

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