交流和直流充电的挑战会减慢对电动汽车的普及？

电动汽车采用的一些障碍是交流和直流充电技术的核心。

最近，我们讨论了电动汽车广泛采用的主要问题之一是城市基础设施中的“充电沙漠”。尽管许多公司通过弹出式充电中心和充电机器人等解决方案来解决这一短缺问题，但电动汽车采用的一些挑战存在于其核心的交流和直流充电中。在本文中，我们将研究交流和直流充电技术，并研究在设计大功率充电器时面临的一些技术挑战。

充电器功率容量下图展示了两种为EV充电的不同技术。

交流和直流充电差异。

AC充电器功率有限（小于22 kW），需要更长的时间才能为汽车充满电。根据充电器的电量和电池特性，充电时间最多可达到约12小时。如图所示，交流充电依赖于机载电路从常用交流电源产生高直流电压。另一方面，直流充电器使用车外电路生成高直流电压（300–700 V），该直流电压可直接施加到车辆的电池管理系统（BMS）。直流充电器的功率范围可以从大约25 kW到350 kW。这样可以大大减少充电时间。

请注意，充电器的功率容量决定了将能量传递给电池的速率，并因此决定了对电池充电所花费的时间。下表比较了给定电池的AC（1级和2级）和DC充电器的充电时间。

交流和直流充电时间的比较。

电网峰值功率限制

直接从电网馈入多个大功率充电桩可能会使电网传递的峰值功率增加到无法接受的水平。ADI公司关于可增强电动汽车快速充电器基础设施的储能系统的一篇文章解释说，当您在15分钟内同时为五个典型电动汽车充电时，可以将电网提供的峰值功率提高到1 MW以上。

整合可再生能源，电动汽车充电和储能的基础设施。

电网应提供15分钟的电力。考虑到这一点，城市规划人员可能会投资改善电网，以使其能够提供高功率水平。但是，开发人员无需投资于电网基础设施本身，而可以使用由可再生能源（例如太阳能和风能）本地产生的电力。这将减少电网应提供的峰值功率。

不幸的是，可再生资源产生的能量是断断续续的。因此，我们需要像大型电池那样的能量存储系统，以存储本地产生的能量并在为电动汽车充电时使用它。管理产生的热量

需要多个电源转换系统来实现上述充电站。考虑到我们要处理的高功率水平，我们必须尽可能减少损耗。例如，对于350 kW的充电器，效率损失1％相当于3.5 kW的功耗。

该功率会随着热量散发并升高系统温度。没有有效的热量管理机制，产生的热量会损坏系统。这就是为什么我们需要使用高效组件来设计系统。例如，使用SiC MOSFET而不是硅IGBT可以大大提高系统效率。

此外，我们可能需要液体冷却来管理电缆，连接器和电路所产生的热量。

需要可靠的电池管理系统当我们讨论将可再生能源，储能和电动汽车充电集成在一起的统一基础架构时，我们需要有关电池充电状态（SOC）和健康状态（SOH）的准确信息。此信息使我们能够避免电池过度充电或过度放电，从而将电池寿命延长约30％。

当我们注意到系统总成本的几乎一半与电池有关时，提高使用寿命的重要性就变得显而易见。

结论

没有有效的充电基础设施，电动汽车的使用可能会进展缓慢。根据城市结构，家庭充电或公共充电都可能成为理想的充电解决方案。使用快速充电器，我们面临着一些技术挑战，例如电网峰值功率限制，热量管理以及对可靠电池管理系统的需求。

编辑：jq