[技術文章]电动商用车的三种不同充电方案

作者：Littelfuse应用工程全球负责人Martin Schulz博士

随着重型或商用车辆的电气化，为比电动乘用车更大的电池充电变得必要。由于时间就是金钱，特别是在物流领域，分配空闲时间进行充电或增加充电功率是首选方案。这导致了三种不同的充电方案。

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用例一：车队运营和停车场充电

电池的现代技术和尖端的功率半导体解决方案允许设计高效的基础设施。图1描述了公交车队的停车场充电的现代版本。

配备充电基础设施的现代公交停车场

 

停车场充电是当地车队运营的首选方案，尤其是公共汽车和任何类型的送货车辆。

 

当今常见的电池电动巴士的电池容量在250到500kWh之间，使它们能够在不充电的情况下运行一班。停车场的充电机只需为一辆车充电一夜。即使在6小时内充电80%的500kWh的情况下，70kW的功率也足够了。当然，对于整个停车场来说，这要乘以同时要充电的车辆数量。

 

充电机通常采用模块化方法从子系统中构建，这些子系统可以堆叠在一起以增加输出功率。常见设计每个子系统的功率为15-60kW，元件的选择因输出功率要求和冷却偏好而异。虽然在10到15kW范围内强制风冷的装置广泛采用分立器件制造，但功率水平较高的装置使用液体冷却，并且大多由电源模块构成。

 

停车场充电也为二级电网服务打开了大门。固定储能有助于减少电网的负荷，在高能源需求时甚至可以支持电网。负载平衡和定时充电也成为一种选择。充电时间可以与晚间能源过剩的时间段相匹配，在此期间相应的能源价格较低，甚至为负。

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用例二：机会充电

沿着预先确定的路线运营车队，可以通过更频繁地添加少量能量来扩展行驶里程。这就是所谓的机会充电，如果它以完全自动化的方式进行，效果最好。

对于这种充电方式，我们推荐了两种解决方案。

受电弓是一种机械系统，允许大型电触点移动更远的距离并安全地接触它们的对应物。受电弓是一种经过验证的可靠技术，广泛用于有轨电车和铁路应用。根据安装位置，受电弓可以分为自上而下和自下而上的系统。自下而上的系统安装在车辆上并与车站联系，而自上而下的机装置是车站的一部分，向下下降到车辆上。图3给出了如何设置受电弓充电的示例。

用于机会充电的自上而下受电弓

基础设施的建设仍然局限于路边。因此，如果当地有合适的电源，可以建造这样的设施作为对现有站点的升级。由于这种情况很少见，因此通过电池存储对充电站进行缓冲是一种广受欢迎的解决方案，可将车辆的大功率充电与固定电池的充电分离。其通常应用125-250kW的功率水平。

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用例三：个人长途运营

像长途物流一样，在随机路线上行驶需要单独的大功率充电，类似于今天的加油站。这种大功率充电需要成为现有基础设施的一部分，以便将电动卡车无缝集成到移动领域。使用高达1500V的直流电压和高达3000A的最大充电电流，以超过2MW的速率充电成为可能。

 

在2MW充电时，可以在大约15分钟内提供500kWh的电量，再行驶300km，这完全可以满足驾驶员为遵守法律要求而必须做的休息时间。然而，高达400V的城市低压三相电网不支持这种功率水平。

 

在这种情况下，需要将由中压系统供电的本地电源作为先决条件。尽管通过固定电池进行缓冲是一种潜在的选择，但存储容量将变得相对较大。