给电动车辆充电是一个开展迅速研究的领域,此时,有三种主要的充电类型。
1 级或缓慢充电,基本上包括使用日常家用电流给车辆充电—正如人们所预料的——电动汽车 (EV) 会需要很多小时才能充满电。 2 级充电,使用 240 VAC 电流,该功率通常在大部分家庭中无法获得。 最后,3 级充电,亦称为 DC 快速充电,使用高达 500V 的直流电。3 级充电可以输送 100kW 或以上的功率,给电动车辆充电的速度提高了大约 4 倍。
美国电动车辆充电的界定标准是 SAE J1772。 随着技术的发展,该标准也继续演变,但 1 级和 2 级 AC 充电的参数已经合并。 1 级充电在 16A 或更小电流下的电压是 120V,最大功率为 1.92kW;2 级充电在 80A 或更小电流下的电压是 240V,最大功率为 19.2kW。所有在美国出售的电动车辆都满足该标准,且配备兼容插座的端口,SAE J1772 EV 充电器通过该插座可传输功率。 下面图片中的端口是所有在美国出售的电动车辆的标准端口,适合所有1 级或2 级充电系统。
图 1:充电器的 SAE J1712 插座和电动车辆的 J1712 端口(端口保护装置处于打开状态)。
这个端口不仅可传输功率,也能调节经常在车辆和充电器之间流动的复杂信息字符组,确保电池既不度充电,也不发生充电错误。 标准本身定义了车辆和充电器之间“交握”本质。 由于驾驶员实际上在有足够电功率的情况下开动地铁,并且他或她不是一位受过训练的技术员,因此该标准提供了多层内置保护功能以确保安全。
感应充电取代电缆充电
感应充电是一种 2 级充电的形式,它通过电磁式连接将电从充电器转移到电动车辆,完全不需要将充电器连接到电动车辆。 工作原理与电力变压器相似,其中,初级线圈无需任何物理接触就可将电传输至二级线圈。 初级线圈使用电源建立一个磁场,并将电引入二级线圈。 至于电动车辆的感应充电器,初级线圈在充电器中,二级线圈在电动车辆中,初级线圈在充电状态下将感应电传输给电池。
当然,这个方法避免了使用插座、连接线和端口的麻烦。 但是,它的确需要准确定位电动车辆与充电器的相对位置,因为线圈对准非常关键。 由于在给定时间内使用这种方法可传输适度的电量,消费者目前可以看到国内市场出现了感应充电器。
继续… 3 级充电
但是,即使不考虑感应充电(暂时),当考虑到 50kW/h 是电动车辆全充电电池的一个正常容量时,2 级充电器被认为不是一种令人满意的解决方案,这就不足为怪了。 2 级充电器可以传输的最大电源低于 20 kW,需要 2½ 小时的充电时间。 算算吧,合计时间对于匆忙的旅行者而言,其前景并不具有吸引力。 3 级充电器是下一个前沿领域,虽然 1 级和 2 级充电器标准或多或少都较为稳定,但 3 级标准仍然很有争议。
此时,3 级充电器有三个竞争的标准。 SAE J1772 现在增加了附录,包括了 3 级充电标准,SAE J1772 结合组合系统 DC 快速充电(CCS DC 快速充电)。 大多数美国和欧洲的电动车辆制造者已同意采用该标准。 还有日本电动车辆生产商采用的 CHAdeMO 标准。 在世界范围内,CHAdeMO 是采用最广泛的一个标准。 值得注意的是,现在突然出现在美国的大部分 3 级充电站有能力给符合 CCS 或 CHAdeMO 标准的车辆进行充电。 第三个标准是 Tesla 超级充电器,只有 Tesla 使用,虽然 Tesla S 型的所有者有能力购买能使用 CHAdeMO 标准的附加件。
按照实际情况来说,标准规定 CHAdeMO 充电器的最大功率为 62.5kW。 与 CCS 容量相似,并且预计会升级到大约 90kW,但这里的限制是模糊的,从这一点上来看,容量更多的由制造商而不是监管部门决定。 Tesla 超级充电器标准为 120kW。 但是,正如在任何不断演变的竞争标准的博弈中那样,在这些评级中可以预计到有许多“有意无意地用技术参数误导用户的宣传手法”,但无论如何,应该假设三个标准都会随时发生变化。
除了充电时间和功率的运行时间,电动车辆驾驶员在为它们的车辆寻找合适的充电站时可能还考虑另外一个重要因素—地理位置。 值得引人注目的是,根据驾驶员在美国的实际位置,可确定哪些类型的充电站最近。 CCS 和 CHAdeMO 设施常见于东海岸和西海岸。 Tesla 充电站虽然总数较少,但广泛分布于全国范围内的洲际公路,而没有集中在任一海岸。 相对于大多数其他电动车辆,Tesla 电动车辆具有较大的电池,因此,这种车辆更适合在设有 Tesla 超级充电站的地方长里程驾驶。
图 3:CCS 插座和端口。
有趣的是,雪佛兰伏特 (Chevy Volt) 没有能力进行 3 级充电。 这或许是因为该车辆包括一个内置内燃机,其唯一目是在需要的时后给电池充电。 大多数 Volt 用户更喜欢在家里给车辆较小的电池 (18.4 kW/h) 充电,虽然 2 级充电也得到全力支持。
ChargePoint 公司是 3 级充电器的领先供应商,并且专注于维护全国范围内的公共充电站网络。 该公司已提供 CPE200 50 kW 3 级充电器,可用来服务于带有 CCS 和 CHAdeMO 插座的电动车辆。 它可能是一次准能赢的打赌,因为任何一个标准都支配不了另一个标准。 实际上,它们非常相似,因此,很多人自然希望它们合并在一起。 当行业准备好升到 4 级时,谁能怀疑争斗将会再一次开始?