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]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)不斷增長的用戶數(shù)量構(gòu)成了一個(gè)主要問題，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、低成本和更長的使用壽命。
宏觀均質(zhì)模型測試鋰在電池中的運(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。
• 退化模型用于測量鋰電鍍或陰極開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。其軟開關(guān)與 GaN 晶體管相結(jié)合，可將開關(guān)頻率顯著提高至 500 kHz。這反過來又有助于提高功率密度。
在這個(gè)電路中，低導(dǎo)通和低開關(guān)能量是通過使用遠(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 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。 |
