构建快速、灵活的电动汽车充电网络

在我们未来的电动汽车行业中，半导体技术将为电网运营商提供更大的灵活性，从而更好地管理能源基础设施

作者：HENRIK MANNESSON

随着世界各国政府致力于实现可持续发展目标，汽车行业计划到 2025 年投资逾 3300 亿美元来推进汽车电气化，向电动汽车发展的趋势已定。

但是，当社区中有数千辆电动汽车同时接入电网，对电网产生前所未有的电力需求时，会发生什么情况呢？

图片来源：德州仪器

电动汽车充电需确保快速、经济实用、安全且可靠，因此，提供灵活的基础设施来发电、存储、传输和分配额外的电力对于实现电气化而言至关重要。半导体技术是使充电更便捷、更经济实用和更可持续的关键。

更快的充电速度，让更多的电动汽车快速出行

对尚未信任一种产品的消费者而言，变化往往会带来不确定性。对于潜在的电动汽车买家而言也是如此。他们需要把握行驶里程、充电站可用性以及从开始充电到重新上路所需的时间。便捷性与价格合理性至关重要，因为家用汽车必须随时可用，以便让车主可以快速驶往超市或来一场说走就走的一日游。TI的尖端技术将为实现这一目标发挥重要作用。嵌入式处理技术（例如我们的 C2000™ 实时微控制器）可与我们的隔离式栅极驱动器和 GaN 功率器件无缝协作，从而提高充电效率。

尺寸对于效率的提高也很重要，因此，减小便携式直流充电器（如直流壁挂式充电箱）的尺寸可实现巨大的收益和更好的成本效益。GaN 技术支持在多级电源拓扑中以更高的开关频率运行，因此工程师可以在其电源系统设计中采用更小的磁性元件，从而降低使用铜和其他原材料的元件成本。与以前的硅基材料相比，完全集成的氮化镓 （GaN） 功率器件能够实现更快、更高效的充电。此外，多级拓扑可以提高效率，从而降低散热或冷却所需的功率，这也有助于降低总成本。

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同时，直流快速充电站容量已大幅提升。以前的标准容量是 150 kW，现在我们正在研究 350kW 及以上的容量，并且将持续增大容量。因此，电动汽车的充电速度会更快，有助于确保充电器不会成为使更多电动汽车上路的瓶颈。

简化充电的技术

在宏观层面上，理想的配电和负载共享对于确保基础设施在高峰使用期间的灵活性至关重要。智能技术和双向充电可通过监测消费者的习惯并实时进行调整来帮助攻克挑战。

由于大多数人下班后都会呆在家里，因此需要管理他们同时充电的需求。半导体技术可以通过智能电能计量（可以简化充电）来更灵活地管理电能分配。

电流检测和电压检测（电流传感和电压传感）技术比以前更加稳健，有助于实现与电网的连接，从而降低电能消耗。与对天气敏感的智能恒温器类似，使用Wi-Fi®和Sub-1GHz标准（如 Wi-SUN®）的智能电能计量可以跟踪能源定价的实时调整，并更好地做出电源管理决策。在美国和欧洲，太阳能供电型住宅预计将成为储能和电动汽车充电活动的重要组成部分。

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双向充电将允许消费者把多余的电力送回到电网中。TI 的电能计量技术可以测量电动汽车、消费者电池和电网之间的配电流量。配备智能电能计量功能的双向充电站可能会变革现代的作业场所，因为在车主工作时电动汽车处于闲置状态，从而使电网运营商能够通过太阳能和风力发电满足需求。

常见交易实现电气化

时间非常宝贵，因此缩短充电过程很重要。这样能减少路上的充电时间并更大限度地提高便利性。驾驶员早就习惯了加油站，在那里他们可以通过快速、简单的交易来加油和付款。有一种技术可以为电动汽车驾驶员提供类似的支付和连接便利性。TI 带有 Linux 软件的 Sitara 处理器支持开放充电协议 （OCPP） 和符合 ISO 15118 标准的车辆到电网通信接口，可实现电动汽车、充电站和公用设施之间的无缝交易和信息交换。

最终，充电站的便利性和可用性将受到消费者的重视，这有助于减少里程焦虑并进一步推动对电动汽车的需求。无论是提高可及性、便利性还是可负担性，我们公司的半导体技术都将成为充电基础设施的关键部分，为向电气化转变提供动力。