电动未来：追踪从现在到2030年的电动汽车充电基础设施

电动汽车充电24 1月 2024

作者：杰里米·库克

每天，数百万美国人驾驶短途往返行程，而几乎任何电动车（EV）都可以轻松应对。晚上将汽车插上充电，第二天早晨就已准备就绪。但如果您忘记插上充电呢？或者如果您需要驾驶600英里的长途旅行呢？这是否意味着您必须放弃这次旅行、租用另一辆车，或者冒着被困在路边的风险呢？

为避免这种情况，并鼓励电动汽车（EV）的普及，需要建设强大的充电基础设施，包括高电流的直流快速充电站，这种充电站可以在几分钟内完成对电动汽车电池的“加电”，而不是耗费数小时。这类充电站应合理分布和布局，以便司机可以在方便时停车充电，而无需根据现有的充电设施来规划行程。

对电动车充电基础设施未来的估算

根据国家可再生能源实验室（NREL）2023年第二季度报告，截至2023年6月，美国道路上有380万辆电动汽车（EV）。目前共有14,244个公共DC快速充电接口（定义为具备150kW或以上供电能力）和114,470个公共L2交流电动汽车充电接口可供使用。这相当于每100辆电动车配备0.4个DC快速充电器和3.0个Level 2充电器。

同一份报告估计，到2030年美国道路上将有3,300万辆电动车（EV），并且每100辆电动车需要0.6个公共直流快充端口和3.2个公共二级充电端口。从总量上来看，报告指出需要182,000个直流充电端口和1,067,000个二级充电端口，总需求将增加超过一百万个。

电动汽车充电站基础设施建设

公共电动汽车充电基础设施可以分为两种基本类型：长期充电（通常是过夜）和短期充电，用于在继续行程前立即为电池充电。

较慢的交流电充电基础设施相对简单，因为它仅需要一个坚固的插头和正确的安装。这种基础设施适用于例如酒店过夜住宿或工作场所停车场等场景。私人企业自然有动力建设这种基础设施。在场所内充电是吸引顾客停留的重要激励。然而，交流电充电通常会限制人们一天内的旅行距离，仅限于电动车电池的续航里程——通常少于300英里。

直流快充基础设施能够在几分钟内完全为车辆充电，比交流充电更为复杂。在这一情况下，电力供应需要将交流电网电力转换为高功率直流输出，然后再发送到车辆。

通过使用硅碳化物晶体管等技术，可以实现稳健的电源管理和转换。在充电过程中，还需要使用电流传感器来测量传输到车辆中的能量。同时，需要本地和基于云的计算资源来确保整个电网和充电网络以最佳容量运行。

基本电力和电动汽车充电设备（EVSE）基础设施需求

安装足够的电动汽车供电设备（EVSE，即充电站）是一项艰巨的任务。或许更为重要的是，为这些充电站提供电力的基础电网设施，以及我们今天基本上习以为常的大量电气设备。

考虑到如果所有提议的182,000个直流电动汽车充电设备（DC EVSE）端口同时以350kW的功率充电（该值是直流充电器的高值，未来可能还会提高），这将产生63.7吉瓦（GW）的电力负荷。再加上1,067,000个L2充电器，每个最多可达19kW，我们将额外增加20.3吉瓦。两者合计，总理论功率需求为84吉瓦。

虽然所有充电器同时供能几乎是不可能的，但即使是84吉瓦的一部分，也占了当前全国约1200吉瓦总能源生产能力的一个显著比例。需要对现有基础设施进行升级，以应对这些更大的负载。同时，联网的电动汽车还可以用作双向电池备份装置，因此，通过仔细的规划，电动汽车的快速普及也可能为基础设施带来一定的好处。

当然，除了用于管理的电力和电子设备外，司机还需要正确的插头和充电协议，以在其车辆与电动汽车供电设备（EVSE）之间进行连接。在这方面，有一个极好的进展。

好消息：兼容特斯拉 NACS

上述引用的 NREL 数据包括特斯拉设备，其提供了 61.6% 的公共直流快速充电端口和 8.7% 的公共 L2 端口。截至本文撰写时，这些充电器尚未对其他电动汽车制造商广泛开放。

然而，在2023年5月，福特宣布其电动车（EVs）从2025年起将内置特斯拉风格的NACS（北美充电标准）接口。这意味着福特的电动车将能够直接使用特斯拉的超级充电网络，而无需适配器。这一（或许显而易见的）举措引发了一系列连锁反应，大量其他制造商也相继宣布计划支持NACS。这其中包括通用汽车（GM）和沃尔沃等知名汽车品牌，以及Rivian和Fisker等新兴电动车制造商。其他公司如大众（Volkswagen）和本田（Honda）截至2023年底仍在评估其选择。

另一方面，像 Blink 和 Electrify America 这样的非特斯拉电动车充电网络正在采用 NACS 插头标准。特斯拉在 2022 年 11 月开放了其充电协议，该标准现由 SAE International 管辖。鉴于无论是在车辆还是电动车充电设备 (EVSE) 方面，NACS 的采用正呈现出巨大的趋势，标准化似乎已成必然。