作者：Jeremy Cook
每天，数以百万计的美国人驾驶着任何电动汽车，几乎都能轻松应对短途往返旅程。晚上给汽车插上电源，第二天早上就可以出发了。但如果您忘记插电怎么办？或者您需要行驶 600 英里怎么办？这是否意味着您必须放弃这次旅行，租用另一辆车，或者冒着被困在路边的风险？
为了避免这种情况的发生，同时也为了鼓励电动汽车的应用，我们需要大量的充电基础设施，包括大电流直流快速充电站，可以在几分钟内“充满”电动汽车电池，而不需要几个小时。这些充电站应该有适当的间距和位置，以便驾驶员可以在方便的时候自由停车，而不是围绕现有的充电基础设施规划行程。
对未来电动汽车充电基础设施的估计
根据美国国家可再生能源实验室 (NREL) 2023 年第二季度报告，截至 2023 年 6 月，美国有 380 万辆电动汽车在路上行驶。美国有 14,244 个公共直流快速充电端口（定义为具有 150kW 或更大的功率输出能力）和 114,470 个公共二级交流电动汽车充电端口。这相当于每 100 辆电动汽车拥有 0.4 个直流快速充电器和 3.0 个二级充电器
。同一份报告预计，到 2030 年，美国将有 3300 万辆电动汽车上路行驶，每 100 辆电动汽车将需要 0.6 个公共直流快速充电端口和 3.2 个公共 2 级充电端口。就原始数据而言，该报告指出需要 182,000 个直流充电端口和 1,067,000 个二级充电端口，总计增加的数量远远超过一百万个
。电动汽车充电站基础设施建设
公共电动汽车充电基础设施可分为两种基本类型：长期（通常过夜）和短期，用于在立即继续行驶之前为电池充电。
低压交流充电基础设施相当简单，只需要一个坚固的插头和适当的安装，适用于酒店过夜或工作场所停车场等场景。私营企业自然有动力建设这种基础设施。现场充电是吸引人们在场所内打发时间的一大动力。然而，交流充电在很大程度上限制了电动汽车电池的续航能力，通常不到 300 英里。
直流快速充电基础设施可在几分钟内为汽车充满电，但比交流充电基础设施更为复杂。在这种情况下供电需要将交流电网电力转换为高功率直流输出，然后再输送给车辆。
通过碳化硅晶体管等技术，可实现稳健的电源管理和转换。同时还需要电流传感器来计算充电过程中传输到车辆的能量，也需要本地和云计算资源来保持整个电网和充电网络以最佳能力运行。
基本电力和 EVSE 基础设施需求
安装足够的电动汽车供电设备（EVSE，即充电站）是一项艰巨的任务。也许更重要的是为这些充电站供电的基础电网基础设施，以及我们今天认为理所当然的大量电气设备。
考虑到如果所有拟建的 18.2 万个直流电动汽车充电站端口都以 350kW（直流充电器的高值，这一数字在未来可能会增加）的功率充电，这将产生 63.7 千兆瓦 (GW) 的电力负荷。再加上 1,067,000 个二级充电器，每个充电器的功率最高可达 19kW，这样就又多出了 20.3 GW。加在一起，理论耗电量总计为 84 GW。
虽然几乎不可能每个充电器都能同时提供能源，但即使是 84 GW 的一小部分，也占到了目前全国约 1200 GW 总能源生产能力的很大比例。我们需要对现有基础设施进行升级，以应对更大的负荷。与此同时，联网的电动汽车还可以发挥双向备用电池的作用，因此在精心规划的情况下，电动汽车的快速普及还能为基础设施带来一些好处。
当然，除了电力和管理电力的电子设备外，驾驶员还需要正确的插头和充电协议，以连接车辆和 EVSE。在这方面的发展卓越。
好消息：特斯拉 NACS 兼容性
上述 NREL 数据包括特斯拉设备，特斯拉提供了 61.6% 的公共快速直流充电端口和 8.7% 的公共二级端口。截至本文撰写之时，其他电动汽车制造商还无法使用这些充电器。
不过，2023 年 5 月，福特宣布其电动汽车将从 2025 年开始内置特斯拉式 NACS（北美充电标准）端口。这意味着福特电动汽车将能够使用特斯拉的超级充电网络，而无需使用适配器。这一举动（也许显而易见）引发了其他制造商宣布未来将兼容 NACS 的浪潮。其中包括通用汽车和沃尔沃等知名汽车品牌，以及 Rivian 和 Fisker 等较新的电动汽车生产商。大众和本田等其他制造商仍在评估他们在 2023 年底的选择。
另一方面，Blink 和 Electrify America 等非特斯拉电动汽车充电网络也在采用 NACS 插头标准。特斯拉于 2022 年 11 月开放了其充电协议，该标准目前属于国际汽车工程师学会（SAE International）的管辖范围。考虑到车辆和 EVSE 采用 NACS 的大趋势，标准化似乎迫在眉睫。
电动汽车充电的未来
2023 年底的趋势是电动汽车的普及和充电基础设施的标准化。无论万物电气化最终会以何种形式出现，未来都需要更加强大的电气基础设施，并由高效、可靠、耐用的内部组件提供支持，以处理电力传输和使用。
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