今天的電動(dòng)汽車(chē)正在慢慢接管汽車(chē)行業(yè)，并將取代傳統的燃油汽車(chē)。這種變化的驅動(dòng)因素是對節約化石燃料和保護環(huán)境的需求不斷增加。如今，傳統燃油汽車(chē)造成的溫室氣體排放量占總排放量的 17%。電動(dòng)汽車(chē)不僅通過(guò)利用可再生能源有助于減少化石燃料的使用，而且還有助于保護環(huán)境，因為它們幾乎沒(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(chē)行業(yè)鋪平了道路。
盡管電動(dòng)汽車(chē)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(cháng)的充電時(shí)間。與傳統車(chē)輛相比，較低的續航里程意味著(zhù)行駛距離的限制。這對不斷增長(cháng)的用戶(hù)數量構成了一個(gè)主要問(wèn)題，因為當前的基礎設施和電網(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(chē)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(chē)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(zhù)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的主要組成部分，因此了解電池在快速充電下的性能對于提高效率非常重要。國家可再生能源實(shí)驗室給出了一些鋰離子電池的電化學(xué)模型，以?xún)?yōu)化電極和電池設計。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(cháng)的使用壽命。
宏觀(guān)均質(zhì)模型測試鋰在電池中的運動(dòng)，并分析其在電極厚度方向上的反應速率。這些模型用于捕獲速率限制并確定實(shí)現快速充電的新方法。
• 微觀(guān)結構模型基于活性材料顆粒的 3D 幾何結構。它們提供有關(guān)顆粒如何填充到電極中的信息。微觀(guān)結構模型描述了離子必須行進(jìn)的距離以及它們在電極周?chē)苿?dòng)時(shí)所面臨的障礙物。
• 退化模型用于測量鋰電鍍或陰極開(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，以評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，這是一種 DC/DC 轉換器，能夠從 EV 中的 400V 車(chē)輛牽引電池傳輸能量，為 12V 電氣系統供電。其軟開(kāi)關(guān)與 GaN 晶體管相結合，可將開(kāi)關(guān)頻率顯著(zhù)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，低導通和低開(kāi)關(guān)能量是通過(guò)使用遠優(yōu)于硅器件的 SiC 或 GaN 晶體管實(shí)現的。該電路還能夠提供顯著(zhù)增加的功率密度水平，同時(shí)保持現有的高效率。其原型實(shí)現了超過(guò) 95% 的效率以及 12.5 kW/L 的功率密度。
增強快充機制
雖然直流快速充電器能夠顯著(zhù)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能系統 (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)和電池存儲系統供電。當未連接 EV 時(shí)，BESS 從電網(wǎng)充電并存儲能量。然后，一旦連接了 EV，就會(huì )同時(shí)從電網(wǎng)和電池系統供電，以承受快速充電，同時(shí)減少電網(wǎng)的負載。
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設施。因此，BESS 與直流充電器的集成顯著(zhù)降低了電網(wǎng)基礎設施成本。此外，電池新技術(shù)的發(fā)展、大規模生產(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(zhù)電動(dòng)汽車(chē)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(chē)快速充電基礎設施的成本和快速擴大規模的經(jīng)濟效益”一文中進(jìn)行了廣泛的研究，表明其支持為其電動(dòng)汽車(chē)充電器部署直流快速充電機制。 |
