編輯/國際能源網充換電網團隊
電動汽車《EV》是指具有純電動模式以實現無排放運行的任何車輛《汽車、公共汽車、廂式貨車、卡車、飛機、拖拉機等》的總稱。
但凡電動汽車都需要有為其充電的基礎設施。
我們來看看IDTechEx一份新報告談及的一些相關問題。
電動汽車的分類
電動汽車有不同的分類，包括電池電動汽車《BEV》、插電式混合動力汽車《PHEV》、高壓混合動力電動汽車《HEV》和低壓混合動力電動車輛《48V HEV》。
48V輕度混合動力《MH》車輛不包括在定義中，因為它們沒有發動機關閉模式，盡管它們提高了燃油經濟性。
電動汽車對於車載儲能裝置來說也有各種技術：除了鋰離子電池供電的車輛外，燃料電池電動汽車《FCEV》和超級電容電動汽車《SCEV》也是『電動汽車』。
中國有一個單獨的總括術語『新能源汽車』，與之類似，但不包括混合動力汽車《HEV》。
充電基礎設施的難題
充電基礎設施的重要性不言而喻。
電動汽車有可能重塑全球交通運輸行業，大幅減少碳排放，為重大氣候變化掃清道路。
許多電動汽車車主在家中使用壁掛式充電器為汽車充電。
這種安排適用於大多數人。
不過，出現了兩大困難。
首先，對於一些住宅，很少配備充電基礎設施，安裝這樣的基礎設施對建築經理來說可能成本過高。
第二，電動汽車需要擴展充電基礎設施，以進行需要多次停車充電的長途旅行。
當涉及到更長的行程時，電動汽車車主可能會經歷『裡程焦慮』，即擔心汽車在到達合適的充電站之前會耗盡電量。
因此，建立一個強大的公共充電站加電網絡是電動汽車市場成功的關鍵。
在家裡——其次是工作場所——仍然是電動汽車充電的最佳地點。
這意味著公共充電站的市場是面向移動、越野《遠程》駕駛和緊急情況的直流快速充電。
這是一個經典的雞與蛋的場景。
公共充電站是否有助於推動電動汽車的采用，或者更大程度的電動汽車采用是否需要更全面的公共充電基礎設施？在相當於搶地的情況下，一些收費提供商正在爭奪圖書館、博物館、公園、零售商、市政停車場以及其他任何願意安裝加油站的地方的空間。
利益相關者需要放棄目前使用公共資金和贈款安裝電站的模式。
從歷史上看，由於前期成本較高，此類大型項目往往無法盈利；在電動汽車能夠盈利之前，電動汽車的使用需要更加廣泛。
理想的最終狀態是一個可持續的、市場驅動的行業。
除非它開啟了一個真正的價值主張，否則它永遠不會達到這種地位。
本報告分析了電力公司、私人充電公司、主機廠和物業所有者在發展充電基礎設施網絡中的作用。
管理電動汽車充電可能給電網帶來的潛在增量能源需求至關重要。
隨著電動汽車的廣泛使用，專家對電力需求將增加多少的評估各不相同。
美國能源部預測，到2050年，電力消耗將增加38%，主要原因是電動汽車的普及率很高。
智能充電技術和離網充電解決方案將在電網沒有可用的過剩容量來利用現有基礎設施發電的情況下變得更加有利。
是否需要350 kW？
電動汽車DC快速充電器包含一個集成整流器，允許更高的功率率。
這增加了成本，導致了收益遞減。
特斯拉第三代增壓器的工作功率為250 kW；特斯拉采用320-375 V平臺，但平均電池容量正在增加，到2030年可能達到100 kWh，它下一代會采用800V平臺。
從350-400V到800V以及更高電壓的兩個驅動因素是更高的直流快速充電《DCFC》功率水平，例如350kW，以及驅動循環效率的提高。
與AC充電器相比，DCFC兼容性目前是一個相對較弱的驅動因素，因為其可用性較低，並且與800V基礎設施相關的成本較高。
事實上，800V平臺《及以上》的新興趨勢正在如火如荼地發展，通用、現代和大眾希望與Lucid Motors等初創企業一起轉型。
800V平臺通過減少焦耳損耗並允許高壓電纜尺寸減小《減輕重量》來提高效率。
新技術和新材料，即使用銀燒結管芯連接材料的碳化矽MOSFET和新的冷卻方法，正在實現這一轉變。
未來20年，在高壓平臺推動下，電動汽車功率電子產品的需求將大幅增加，主要原因是BEV汽車市場的快速增長。
目前，BEV汽車的加權平均電池容量在所有地區都在增加，這給電池供應鏈帶來了壓力，並造成了不確定性。
結果是，驅動循環效率必須成為動力系統設計的前沿，這意味著高壓寬禁帶《寬禁帶》功率電子《碳化矽和氮化鎵》的時代已經到來。
解決安裝問題
充電點位置基於一系列因素，包括當前充電點使用情況、交通量、可達性、便利設施和電網容量。
需要考慮的另一個關鍵方面是高壓電源連接可能導致配電網絡沿線的電壓降，根據EN50160標準，該電壓降必須保持低於10%。
快速充電站對配電網的影響可以通過使用能量存儲系統《ESS》來減輕，能量存儲系統可以減少峰值電力需求並提供額外的網絡服務。
此外，ESS還可以在沿線電壓降過高的情況下增加電壓電平。
在商用HPC中，盡管宣傳冊宣傳充電樁『占地面積小』，但現實是，必須安裝在旁邊的獨立電源櫃實際上會占用寶貴的房地產。
為了最大限度地利用可用土地，網絡運營商必須仔細考慮購買正確類型的設備，以使兩個功率輸出水平最大化，同時將電網負荷降至最低。
電動公交車作為公共交通的主要形式，由於其相對較大的電池和白天頻繁的運行，將需要直流快速充電。
充電過程可以通過常規電纜和連接器進行，這需要停車、駕駛員在公交車外操作充電基礎設施和安全區域。
受電弓是另一種通過將其提升至專用設施來實現快速充電的解決方案。
總線電池在恢復使用前定期充電。
充電點運營的商業模式
雖然一些公司僅參與充電設備的制造，但充電點運營商《CPO》建設電動汽車充電站，從各種電動汽車供電設備《EVSE》供應商安裝硬件，並確保最佳的持續電動汽車充電操作。
值得一提的是，一些EVSE供應商制造並運營自己的網絡，例如特斯拉和Chargepoint。
『漫遊』網絡的出現日益增多，其中CPO之間的合作夥伴關系允許EV用戶通過使用單個帳戶進行計費，在任何合作夥伴網絡上進行計費。
對於私人Level 1和2 AC充電器，由於前期成本較低《Level 2家用充電器的平均成本低於800美元》，商業案例很簡單。
不過，對於公共充電器，尤其是DC快速充電，由於前期資本和運營成本高得多，目前很難使商業案例發揮作用。
DC公共充電網絡運營商的典型商業模式包括電力零售、廣告和附加服務《如餐廳和娛樂》、智能停車和充電服務集成、通過地方當局授予的特許權建立公私合作夥伴關系《PPP》，以及整合不同充電網絡提供商的運營互操作平臺。
智能充電和V2H/V2G等新興商業模式利用電動汽車電池潛力提供各種能源服務。
充電網絡運營商的商業模式
IDTechEx相信，電動汽車行業不會脫軌，並將繼續其驚人的勢頭。
在未來20年，全球使用的超過1.75億輛BEV+PHEV車輛《包括乘用車、公共汽車、卡車和面包車》將推動對充電基礎設施的需求。
電動汽車轉型的好處至少比充電基礎設施成本高出一個數量級，這使得充電基礎設施成為運輸行業脫碳的適度首付款。
電動汽車充電技術
電動汽車充電站技術根據充電類型/機制進行分類，目前主導和最廣泛的技術是傳導充電。
根據能源不同，傳導充電可分為與電網相關的充電和離網充電。
根據充電基礎設施的位置，可分為私人充電和公共充電，還有移動充電概念。
感應充電和電容充電作為電動汽車無線充電的兩種主要技術，在過去幾年中取得了進展，隨著自動駕駛汽車的采用，預計未來會有很大的前景。
作為對車載電動汽車電池充電的替代方案，電池交換正在通過出租車車隊和共享兩輪車的方式復興。
提高快速充電性能是關鍵
主要充電基礎設施類型的技術包括傳導充電和替代解決方案，如電池交換和無線充電，還涵蓋新興充電技術，如高功率直流快速充電、機器人和自主充電、離網充電、移動充電和車到家/電網《V2H/V2G》。
•高功率充電《HPC》
高功率充電是指以50kW或更高的速率進行3級直流快速充電。
為了將充電時間降低到常規加油的充電時間，這種技術將發揮至關重要的作用。
由於高資本成本和所需的大安裝面積，此類充電器隻能公開使用。
對於新的電動汽車車主來說，這意味著充電時間明顯加快，通常會將幾乎完全充電所需的時間縮短30%至甚至70%。
利用HPC的充電功率，充電器可以提供市場上基於800 V架構的新型電動汽車所能利用的所有功率。
•車隊充電
公交車和卡車等電動汽車車隊需要與乘用車完全不同的充電基礎設施解決方案，從多兆瓦的車輛段充電到架空連接線和電池交換。
盡管電動車隊充電在總充電基礎設施的容量中占不到10%，但由於與高功率需求相關的附加成本，電動車隊充電占總市場價值的15%以上。
展望未來，共享自主交通有望最終主導城市環境中的乘客裡程。
由於無人能為這些自動出租車充電，移動服務公司將需要廣泛部署自動充電，這樣自動駕駛汽車就可以在不增加額外人工成本的情況下延長其續航裡程。