今天的電動(dòng)汽車正在慢慢接管汽車行業(yè)，并將取代傳統(tǒng)的燃油汽車。這種變化的驅(qū)動(dòng)因素是對(duì)節(jié)約化石燃料和保護(hù)環(huán)境的需求不斷增加。如今，傳統(tǒng)燃油汽車造成的溫室氣體排放量占總排放量的 17%。電動(dòng)汽車不僅通過(guò)利用可再生能源有助于減少化石燃料的使用，而且還有助于保護(hù)環(huán)境，因?yàn)樗鼈儙缀鯖](méi)有排放。它們提供高能效和清潔能源，從而為不斷發(fā)展的電動(dòng)汽車行業(yè)鋪平了道路。
盡管電動(dòng)汽車是一個(gè)很好的選擇，但重要的是要考慮到它們面臨的潛在障礙，例如有限的行駛里程和更長(zhǎng)的充電時(shí)間。與傳統(tǒng)車輛相比，較低的續(xù)航里程意味著行駛距離的限制。這對(duì)不斷增長(zhǎng)的用戶數(shù)量構(gòu)成了一個(gè)主要問(wèn)題，因?yàn)楫?dāng)前的基礎(chǔ)設(shè)施和電網(wǎng)不足以跟上這一激增的步伐。
即使所有的加油站都換成電動(dòng)汽車充電站，也能部分解決問(wèn)題。雖然加油大約需要幾分鐘，但為電動(dòng)汽車充電的等待時(shí)間可能從 15 分鐘到幾個(gè)小時(shí)不等，具體取決于充電器的技術(shù)和功率水平。作為解決方案，需要顯著減少充電時(shí)間。
快速充電的電池優(yōu)化
由于電池是快速充電系統(tǒng)的主要組成部分，因此了解電池在快速充電下的性能對(duì)于提高效率非常重要。國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室給出了一些鋰離子電池的電化學(xué)模型，以優(yōu)化電極和電池設(shè)計(jì)。這些先進(jìn)的電化學(xué)模型加快了下一代電池的開(kāi)發(fā)速度，這些電池將能夠提供快速充電、高能量、低成本和更長(zhǎng)的使用壽命。
宏觀均質(zhì)模型測(cè)試鋰在電池中的運(yùn)動(dòng)，并分析其在電極厚度方向上的反應(yīng)速率。這些模型用于捕獲速率限制并確定實(shí)現(xiàn)快速充電的新方法。
• 微觀結(jié)構(gòu)模型基于活性材料顆粒的 3D 幾何結(jié)構(gòu)。它們提供有關(guān)顆粒如何填充到電極中的信息。微觀結(jié)構(gòu)模型描述了離子必須行進(jìn)的距離以及它們?cè)陔姌O周圍移動(dòng)時(shí)所面臨的障礙物。
• 退化模型用于測(cè)量鋰電鍍或陰極開(kāi)裂等退化方法如何影響電池的整體性能。他們比較電池中的各種反應(yīng)，以評(píng)估新電池材料的性能改進(jìn)。
提高功率密度的電路
GaN有源鉗位移相全橋電路圖（：IEEE）
該電路描述了 GaN 有源鉗位相移全橋架構(gòu)，這是一種 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，能夠從 EV 中的 400V 車輛牽引電池傳輸能量，為 12V 電氣系統(tǒng)供電。其軟開(kāi)關(guān)與 GaN 晶體管相結(jié)合，可將開(kāi)關(guān)頻率顯著提高至 500 kHz。這反過(guò)來(lái)又有助于提高功率密度。
在這個(gè)電路中，低導(dǎo)通和低開(kāi)關(guān)能量是通過(guò)使用遠(yuǎn)優(yōu)于硅器件的 SiC 或 GaN 晶體管實(shí)現(xiàn)的。該電路還能夠提供顯著增加的功率密度水平，同時(shí)保持現(xiàn)有的高效率。其原型實(shí)現(xiàn)了超過(guò) 95% 的效率以及 12.5 kW/L 的功率密度。
增強(qiáng)快充機(jī)制
雖然直流快速充電器能夠顯著縮短充電時(shí)間，但直流充電站的安裝成本非常高。此外，由于電力需求高，它們給電網(wǎng)帶來(lái)了壓力。
一個(gè)潛在的解決方案是將直流充電器與電池儲(chǔ)能系統(tǒng) (BESS) 集成在一起。將 BESS 與直流充電器集成的目的是能夠從電網(wǎng)和電池存儲(chǔ)系統(tǒng)供電。當(dāng)未連接 EV 時(shí)，BESS 從電網(wǎng)充電并存儲(chǔ)能量。然后，一旦連接了 EV，就會(huì)同時(shí)從電網(wǎng)和電池系統(tǒng)供電，以承受快速充電，同時(shí)減少電網(wǎng)的負(fù)載。
考慮到直流快速充電的主要問(wèn)題之一是距離短，因此迫切需要縮短充電時(shí)間并增加兼容的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，BESS 與直流充電器的集成顯著降低了電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施成本。此外，電池新技術(shù)的發(fā)展、大規(guī)模生產(chǎn)（尤其是鋰離子電池）和電池成本的降低使得固定式 BESS 的實(shí)施更加可行。
快速充電的廣泛采用
隨著電動(dòng)汽車的普及，有很多公司采用這種方法，包括 EVgo 和特斯拉。
EVgo提供方便且價(jià)格合理的 EV 充電網(wǎng)絡(luò)。該公司在“電動(dòng)汽車快速充電基礎(chǔ)設(shè)施的成本和快速擴(kuò)大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)效益”一文中進(jìn)行了廣泛的研究，表明其支持為其電動(dòng)汽車充電器部署直流快速充電機(jī)制。 |
