为什么快速充电对电动汽车很重要？

今天的电动汽车正在慢慢接管汽车行业，并将取代传统的燃油汽车。这种变化的驱动因素是对节约化石燃料和保护环境的需求不断增加。如今，传统燃油汽车造成的温室气体排放量占总排放量的 17%。电动汽车不仅通过利用可再生能源有助于减少化石燃料的使用，而且还有助于保护环境，因为它们几乎没有排放。它们提供高能效和清洁能源，从而为不断发展的电动汽车行业铺平了道路。

尽管电动汽车是一个很好的选择，但重要的是要考虑到它们面临的潜在障碍，例如有限的行驶里程和更长的充电时间。与传统车辆相比，较低的续航里程意味着行驶距离的限制。这对不断增长的用户数量构成了一个主要问题，因为当前的基础设施和电网不足以跟上这一激增的步伐。

即使所有的加油站都换成电动汽车充电站，也能部分解决问题。虽然加油大约需要几分钟，但为电动汽车充电的等待时间可能从 15 分钟到几个小时不等，具体取决于充电器的技术和功率水平。作为解决方案，需要显着减少充电时间。

快速充电的电池优化

由于电池是快速充电系统的主要组成部分，因此了解电池在快速充电下的性能对于提高效率非常重要。国家可再生能源实验室给出了一些锂离子电池的电化学模型，以优化电极和电池设计。这些先进的电化学模型加快了下一代电池的开发速度，这些电池将能够提供快速充电、高能量、低成本和更长的使用寿命。

宏观均质模型测试锂在电池中的运动，并分析其在电极厚度方向上的反应速率。这些模型用于捕获速率限制并确定实现快速充电的新方法。

• 微观结构模型基于活性材料颗粒的 3D 几何结构。它们提供有关颗粒如何填充到电极中的信息。微观结构模型描述了离子必须行进的距离以及它们在电极周围移动时所面临的障碍物。

• 退化模型用于测量锂电镀或阴极开裂等退化方法如何影响电池的整体性能。他们比较电池中的各种反应，以评估新电池材料的性能改进。

提高功率密度的电路

GaN有源钳位移相全桥电路图（：IEEE）

该电路描述了 GaN 有源钳位相移全桥架构，这是一种 DC/DC 转换器，能够从 EV 中的 400V 车辆牵引电池传输能量，为 12V 电气系统供电。其软开关与 GaN 晶体管相结合，可将开关频率显着提高至 500 kHz。这反过来又有助于提高功率密度。

在这个电路中，低导通和低开关能量是通过使用远优于硅器件的 SiC 或 GaN 晶体管实现的。该电路还能够提供显着增加的功率密度水平，同时保持现有的高效率。其原型实现了超过 95% 的效率以及 12.5 kW/L 的功率密度。

增强快充机制

虽然直流快速充电器能够显着缩短充电时间，但直流充电站的安装成本非常高。此外，由于电力需求高，它们给电网带来了压力。

一个潜在的解决方案是将直流充电器与电池储能系统 (BESS) 集成在一起。将 BESS 与直流充电器集成的目的是能够从电网和电池存储系统供电。当未连接 EV 时，BESS 从电网充电并存储能量。然后，一旦连接了 EV，就会同时从电网和电池系统供电，以承受快速充电，同时减少电网的负载。

考虑到直流快速充电的主要问题之一是距离短，因此迫切需要缩短充电时间并增加兼容的基础设施。因此，BESS 与直流充电器的集成显着降低了电网基础设施成本。此外，电池新技术的发展、大规模生产（尤其是锂离子电池）和电池成本的降低使得固定式 BESS 的实施更加可行。

快速充电的广泛采用

随着电动汽车的普及，有很多公司采用这种方法，包括 EVgo 和特斯拉。

EVgo提供方便且价格合理的 EV 充电网络。该公司在“电动汽车快速充电基础设施的成本和快速扩大规模的经济效益”一文中进行了广泛的研究，表明其支持为其电动汽车充电器部署直流快速充电机制。