電動汽車充電基礎設施及技術發展

電動汽車充電基礎設施

電動汽車充電基礎設施，通常也被稱為電動汽車供應設備（EVSE : Electric Vehicle Supply Equipment），是電動汽車生態系統的核心部分，是針對汽車充電而規劃的配電網和專用的電力基礎設施。就像移動網路基礎設施是支援手機通信背後的一套完整的通訊系統一樣，電動汽車充電基礎設施就是支援充電樁，為汽車充電背後的一套完整的電力供應控制系統。

最簡單的電動汽車充電站是一套電子裝置，通常是牆面或基座式，從電網向車輛電池安全地提供電力。不同類型的充電器提供不同的電流和電壓水準，以滿足車輛特定的電池要求。電動汽車充電器的範圍從低至500瓦（W）到高至500千瓦。

大多數車輛都配備了一個車載充電器系統，將電網提供的交流電轉換為電池充電所需的直流電。車載充電器使車輛能夠直接從標準的家用插頭（慢速交流電），從家裡，工作場所或公共場所的專用交流電充電器（中速交流電）充電。向車輛電池提供直流電並繞過車載轉換器的充電器被稱為直流充電器或直流快速充電器，它們能夠提供更高的充電速率。

充電設備通常具有某種程度的智慧，負責用戶認證、車輛通信、資料收集和監測以及支付。在某些情況下，它還具有雙向控制功能，允許調度系統根據價格信號或其他調度原因，調整注入電池的功率水準。有些充電器有時被稱為 "啞巴 "充電器，沒有通信或控制能力，只是將來自電網的電力調節到為電池充電所需的電壓和電流。

• 電動汽車充電系統的硬體基礎設施

一個標準的充電系統包括以下幾個基本的硬體元件：

• 電力電子元件是充電站的核心。它為電動汽車的車載電池充電器提供電源。
• 充電控制器是充電站的智慧設備，管理基本的充電功能，如打開和關閉充電器，測量電力使用，並存儲即時和事件的關鍵資料。
• 網路控制器提供充電站與更廣泛的網路之間的連接。它允許充電站使用機載電信設備進行網路通信，以便系統管理員可以監測、審查和控制設備的使用。它還可以管理用戶對充電站的訪問。
• 被稱為充電槍的電纜和連接器。它插入車輛，在充電器和車輛之間建立安全的物理連接。充電槍或連接器通常符合汽車OEM的特定標準形式（例如，CCS、CHAdeMO、SAE J1772、IEC 60309）。

• 資料管理

電動汽車和電動汽車充電器不斷產生關於電池充電狀態的重要資料，比如電池的充電率，充電中使用的千瓦時（kWh），來自電力網絡的價格信號，以及管理系統的需求回應信號等。充電管理軟體旨在高效的管理和運營充電站及其網路。網路軟體通過充電站和其網路控制中心之間的雙向資料流程，可以有效促進電動汽車充電系統的的快速部署和配置，並説明運營商遠端配置、管理和進行軟體更新。充電管理軟體還可以設置和控制司機的充電許可權；設置價格；管理帳單；以及產生運行使用報告等。

• 維護和服務

像任何被公眾使用並暴露在環境中的設備一樣，電動車充電器需要一定程度的服務和維護。公共充電器的服務一般由充電器所有者或者經營者負責，對於不擁有該充電基礎設施的電力公司來說，一般不需要考慮。但是擁有公共充電站的電力公司應該負責對這些資產進行定期服務和維護。

電動汽車充電技術的發展

幾年前，"里程焦慮 "還是一個很陌生的詞，但是現在，談起電動汽車及其充電系統，不可能不提到它。那時候，人們擔心汽車電池沒有足夠的能量到達目的地，從而陷入困境。這幾年，技術的進步使人們對電動車充電的“里程焦慮”大為緩解。充電技術的進步正與電動車和充電需求保持同步。

接下來，我們將對電動汽車的充電技術發展做一個簡單的整理。

• 電池儲能

家庭充電相對來說是比較簡單的，屋主在他們的電費單上看到了額外的費用，並像平常一樣支付。然而，對於有很多員工需要為他們的汽車充電的公司，或者依賴大量汽車的公司，充電的成本就變成了一個主要問題。電池儲能技術為此提供了一個解決方案，該方案在非高峰期對電池進行充電儲能，此時需求較少，階梯電價也處於較低水準，而在能源使用的高峰期，比如工作時間，由儲能的電池承擔最大的輸出，這樣可以有效降低負荷最大時和電價最高時對電網的需求和衝擊，從而節省大量的電費開銷。

• 無線充電

這聽起來幾乎好得不像真的：能夠像給手機充電一樣給汽車進行無線充電。技術的發展為各種可能性提供了可能性。與可以直接放在無線充電器上的智慧手機不同，汽車這個龐然大物，充電需要相當多的電力。這就帶來了環境問題和成本問題。要使電動車無線充電成為可能，需要以下條件。

• 集成在車輛中的額外充電器（增加車輛成本）。
• 集成在公共場所的無線充電器（成本相當高）。
• 減少充電器和汽車之間的距離以提高效率。

許多汽車和EVSE製造商，如Genesis/WiTricity、DKE和Project STILLE（德國），以及CATARC（中國）正在研究汽車無線充電技術。

• 兆瓦級充電系統(MCS)

電動汽車裡的巨無霸如重型卡車或公共汽車是如何高效的利用電力進行充電，並運行在在相對較長的距離，這是電動汽車充電技術的另一個進展， 即高功率充電，或稱為兆瓦級充電。 要使高功率充電MCS成為現實，需要解決以下挑戰。

• 採用大容量的電動車電池，並通過更粗的電纜以提高充電功率。
• 由於傳輸的電荷量很大，系統務必做到操作完全安全。
• 使充電快速有效（快速充電應在15-20分鐘內完成1MW的功率）。
• 快速充電站具備同時為幾輛車充電的能力。

兆瓦級充電技術也正被用於輕型電動飛機、渡輪和其他船舶。隨著兆瓦級充電技術的引入，電池儲能將是必不可少的，以幫助應對電網的高峰值電力需求。

• 移動電動車充電

Mobile EV charging systems include portable chargers, charging cars or trailers, and temporary chargers. The advantage of mobile charging systems is that they eliminate the need for permanent charging infrastructure, and provide the flexibility of moving charging devices to wherever they are needed. This charging technology and solution is highly effective in specific scenarios such as charging EVs in car dealerships, or providing mobile charging via rescue vehicles for EVs that have run out of power on the road.

移動電動汽車充電系統包括可擕式充電器、充電車或拖車和臨時充電器。移動的充電系統的優勢在於不需要任何永久性的充電基礎設施，而且可以把充電裝置靈活使用到需要充電車輛所在的地方。這種充電技術和方案對特定的應用場景非常有效，比如汽車經銷商處充電，以及為在路上沒電的電動機車提供移動充電的救援車輛等。

• 自動電動車充電

雖然自動充電和無線充電在某種程度上可以互換，但它們之間的區別是，無線充電通常需要車輛駕駛員的介入，例如在充電板上停車。而自動充電，顧名思義，是完全自動完成的，沒有司機的輸入。

比如在道路的瀝青下安裝充電板，使電動巴士可以在移動中充電，或者在停車場和家庭車庫的瀝青下安裝自主充電板。自動充電對於自動駕駛汽車尤其重要，即在沒有人類駕駛員介入的情況下為汽車充電。雖然無人駕駛汽車要在公共道路上行駛還需要幾年時間，但它們已經在集裝箱港口裝卸區得到了一定的應用，相應的自動電動車充電技術在同步發展中。

結語

隨著對碳排放和碳中和的重視以及道路的電氣化，更有效的電動車充電基礎設施必將迎來快速的發展階段。在不遠的將來，自動和無線充電設備可能會在我們周圍出現，讓我們擁抱新能源，逐漸擺脫對化石燃料的依賴，讓天更藍，環境更清潔，生活更美好！