【導讀】隨著電動汽車 (EV) 的不斷普及，了解電動汽車基礎設施，特別是電動汽車供電設備 (EVSE) 或者說充電站，變得極其重要。本文解釋了 EVSE工作原理以及它對向電動汽車過渡的重要性。
隨著電動汽車 (EV) 的不斷普及，了解電動汽車基礎設施，特別是電動汽車供電設備 (EVSE) 或者說充電站，變得極其重要。本文解釋了 EVSE工作原理以及它對向電動汽車過渡的重要性。
什么是EVSE？
電動汽車供電設備 (EVSE) 提供電動汽車和電源之間的可靠連接，確保安全高效的充電。EVSE 從電網獲取電力并傳輸到電動汽車，為電動汽車電池充電。EVSE 名稱多樣，可以被稱為充電站、電動汽車充電器或充電點等。
電動汽車充電器組件構成
電動汽車供電設備 (EVSE) 的組件設計用于安全高效地將電力從電網輸送到電動汽車。EVSE 的主要組件具體如下：
外殼：這是包含所有 EVSE 內部組件的保護外殼，用于保護電子電氣設備免受雨雪等環境因素以及倒車碰撞或故意破壞等潛在機械損壞的影響。外殼可能是簡單的壁箱，也可能是供公眾使用的精密獨立裝置。
電源輸入組件：該子系統用于將 EVSE 連接到電網。可以支持各種電壓和電流以及相位配置，具體取決于 EVSE 是設計用于 1 級、2 級還是直流快速充電。輸入電子組件可用于控制 EVSE 對電網的影響，包括對傳導電磁兼容性、諧波和功率因數的影響。
控制電子組件：這些組件是 EVSE 的神經中樞。它們通過與連接的車輛通信來管理充電過程，確保以合適的速度輸送合適的電量。這也是測量用電量從而為用戶計費的地方。該系統包括繼電器和開關，用于中斷電流以確保安全。
電纜和連接器：電纜從外殼延伸至連接器，而連接器插入電動汽車。連接器的設計根據支持的標準（例如 J1722、IEC 62196、NACS、CCS 和 CHAdemMO）而異。 一些連接器僅支持交流充電（1 級和/或 2 級），而
其他連接器則支持直流快速充電。除了傳輸電力之外，電纜和連接器還必須傳輸 EVSE 和電動汽車之間的通信信號。
用戶界面：大多數 EVSE 都具有用戶界面，可能是簡單的指示燈，也可能是高級觸摸屏，用于顯示充電狀態、用電量和其他運行信息。EVSE 還可能包括 Wi-Fi 或以太網等網絡連接，用于計費、遠程管理和更新。
安全機制：所有 EVSE 都配備各種安全裝置，例如斷路器、接地故障斷路器 (GFCI) 或剩余電流動作保護器 (RCD) 和熱傳感器，避免出現過熱和電氣故障。電纜、連接器以及 EVSE 與電動汽車的通信均旨在確保安全連接和充電順序。這些系統共同確保充電過程中車輛和用戶的安全。
上述組件共同構成一個復雜的系統，在確保電動汽車充電器的可用性和安全性方面發揮著非常重要的作用，為電網和車輛之間提供了可靠的連接。
EVSE 的運行和連接
EVSE 可以安全可靠地將電力從電網輸送到電動汽車，但正如上文所述，它比簡單的電線要復雜得多。 我們來詳細了解一下各種充電級別的 EVSE 的不同。
充電級別和規格要求：
EVSE 的充電級別因電源而異，并決定車輛的充電速度。充電級別或類型的定義在不同地區有所不同。北美地區的住宅采用 120 V 單相電壓和 240 V 分相電壓，適用以下充電級別：
1 級充電：利用120VAC標準家用插座進行慢速充電。此級別的 EVSE 最接近于簡單的電線，但仍然具有安全機制，有時還包含控制電子組件。許多上述組件都未包含在 1 級 EVSE 中。
2 級充電：采用208-240VAC電源以更快的速度為車輛輸送電力，從而縮短充電時間。大多數住宅和商業空間已經具備或者只需極少改造就可以達到這種電壓水平。2 級充電目前最為常見。
直流快速充電：該級別的 EVSE 最為復雜，需要先將交流電轉換為直流電，然后再輸送到車輛，而 1 級和 2 級充電是將交流電直接輸送到車輛。該級別充電通常使用電壓更高和電流更大的三相電源，這類電源僅在商業或工業環境中可用。
在整個電力系統都采用單相 230VAC插座的國家/地區，無法提供符合北美地區 1 級充電標準的電源。但國際交流電系統中的常規電源大致符合 2 級充電標準，其中一些系統和電動汽車支持三相交流電。所有地區都支持某種形式的直流快速充電。
電源連接：
EVSE 可通過多種方式連接到電網，以滿足不同的需求：
插入式連接：這種連接方式簡單方便，通常用于住宅和緊急充電。在北美地區，這是 1 級充電的標準方式。
硬線連接：用于滿足 2 級或直流快速充電等更高電源要求，需要由專業人員安裝。
安全、測試和維護：
確保 EVSE 的安全和效率極其重要，因此需要定期測試和維護。
檢查和更新：例行檢查可確保所有電氣連接安全可靠，而固件更新可增強設備功能和安全。
物理檢查：定期檢查有助于發現和解決磨損問題，確保設備完整和安全。
網絡連接說明：
現代 EVSE 利用網絡連接來提升用戶體驗和運行效率。主要功能包括：
遠程監控：支持用戶和服務運營商遠程監控充電過程并管理用電量。
智能手機控制：方便用戶通過智能手機應用程序啟動、停止和安排充電。
智能家居/樓宇集成：與家庭能源管理系統連接，優化電力使用，集成自適應太陽能消耗等智能功能。 公用事業公司可能會提供優惠政策，限制用戶在高峰需求期間充電。
EVSE 電纜和連接器
EVSE 系統的電纜和連接器對于確保電動汽車的安全、高效和有效充電至關重要。
充電電纜采用耐用和安全設計，能夠在處理大電流的同時保持靈活性并承受頻繁使用。一般來說，電纜的粗細因充電級別而異，更高的電流量要求使用更粗的電纜。
連接器分為幾種類型，必須符合車輛標準，還需具備熱傳感器和鎖定機制等安全裝置。當然，連接器需要與電動汽車的對應端口相匹配，也可借助適配器與端口兼容。標準連接器包括：
J1772（1 型）：主要在北美地區使用，用于 1 級和 2 級充電。
IEC 62196（2 型）：在歐洲地區使用并集成到 CCS 用于直流快速充電。在某些電氣系統種，還可以支持三相交流電。
CHAdeMO：日本直流快速充電標準，尺寸較大，是最早的連接器標準之一。
CCS（聯合充電系統）：將交流和直流充電集成到單個連接器中，在歐洲和北美地區廣泛用于快速充電。CCS1 使用帶兩個附加引腳的 1 型連接器來傳輸直流電。CCS2 功能相同，但使用 2 型連接器。
J3400 (NACS)：該連接器之前是特斯拉的專有標準，現在已得到更廣泛的應用，未來將在北美大部分地區采用。該連接器可支持所有充電級別。
電動汽車充電標準和關鍵準則
除了地方電氣規范外，還有幾個機構制定并執行 EVSE 標準：
IEC（國際電工委員會）：規范電氣系統，制定電磁兼容性、EVSE 類型和通信標準 IEC 61851 以及連接器 IEC 62196 標準等。
IEEE（電氣電子工程師協會）：規范電子和電氣工程，制定安全和技術集成指南。
SAE（美國汽車工程師學會）：制定電動汽車零部件制造和測試標準，確保其滿足嚴格的汽車要求。
GB（中華人民共和國國家標準）：制定中國 EVSE 標準，例如 GB/T 20234。
這些機構制定的標準為電動汽車充電創造了可靠安全且用戶友好的環境，進一步推動了電動汽車在全球范圍內的廣泛應用。
電動汽車充電站是電動汽車生態系統的重要組成部分，需滿足標準以確保安全、效率和兼容性：
安全：標準可以防止過載和電氣火災，確保傳輸電力前的連接安全。
互操作：確保不同車型可以安全無虞地使用各種充電站。
電能質量標準和電氣規范： 這些規范和標準規定了與電力系統的連接方式，并限制了充電站對電網的影響，例如對功率因數和諧波的影響。
EVSE 市場和技術趨勢
電動汽車供電設備 (EVSE) 的開發領域主要由幾項激動人心的技術主導，這些技術有望使電動汽車充電更加高效和便捷：
提高充電速度：人們在這方面的不斷進步始終是為了縮短充電時間，讓充電速度趕超傳統加油速度。
無線充電技術的發展：無線充電技術的穩步發展預示著未來電動汽車可以輕松充電，不再需要物理電纜。
未來，與可再生資源的無縫集成的 EVSE 技術有望與可再生能源更有效地集成，提升環境可持續性并減少對傳統電源的依賴。
智能充電功能的提升：人們可能通過創新進一步提高充電系統的智能化程度，使充電系統能夠根據實時用電需求和價格調整充電安排。
車輛到電網 (V2G) 系統的普及：V2G 技術將隨著其本身的成熟而進一步普及，使電動汽車能夠回饋電網并增強電網彈性。
這些趨勢表明，電動汽車充電基礎設施將朝著更加一體化、高效可靠和以用戶為中心的方向發展，不斷適應持續變化的市場和技術需求。
EVSE 系統測試設備
為了確保 EVSE 系統的安全、可靠和效率，系統的設計過程、制造過程和應用現場都經過嚴格的測試。在設計和制造過程中，借助示波器、數字萬用表、信號發生器、電源、電子負載和功率分析儀提出新的設計并確認 EVSE 按照規格要求運行。
常規測試與測量
示波器（中間）：用于顯示和分析 EVSE 的電信號波形。該設備可用于確保車輛和充電站之間的引導信號正常運行，觀察輸電質量，并檢查可能影響充電過程的任何噪音或干擾。
任意函數發生器（右邊）：用于模擬 EVSE 與不同電動汽車連接時可能遇到的各種信號條件。該設備可用于壓力測試，分析 EVSE 對不規則信號的響應情況，也可以模擬車輛通信用于測試。
源測量單元 (SMU)（左邊）：用于精確測量 EVSE 模塊和組件中的電壓、電流和電阻等電氣參數。確保輸出在指定的公差范圍內以及充電站安全高效。還可以用于分析和診斷 EVSE 故障。
電源（SMU 下方）：提供穩定且可調節的電源以模擬不同的充電條件。像圖中所示的低功率電源可用于在測試期間為模塊和子系統供電。高功率電源可用于模擬車輛電池系統進行直流快速充電的情景，或模擬開發或測試期間的異常情況。
這些設備用于模擬車輛連接并評估 EVSE 的響應能力，檢查 EVSE 是否符合 IEC 61851 和 SAE J1772 等標準。此外，還可以檢查信號、時間和功率傳輸是否正確。
功能測試儀和測試適配器用于模擬電動汽車連接，檢查 EVSE 的運行功能。
測試適配器用于連接數字萬用表或示波器。
協議分析儀用于檢查通信協議，確保兼容各種車型。
網絡連接測試儀
這些工具用于評估 EVSE 與遠程監控系統通信的能力，確保智能充電和固件更新等功能正常運行。網絡連接測試設備包括以下兩種主要類型：
網絡分析儀用于評估 EVSE 與中央系統通信的能力。
Wi-Fi 測試儀用于確保無線連接功能安全可靠。
電氣安全分析儀
電氣安全分析儀對于確保 EVSE 的安全運行非常重要，用于測試保護機制、接地、絕緣，以及分析是否存在任何具有潛在危險的電氣故障。電氣安全分析儀通常分為以下幾種類型：
絕緣電阻測試儀用于測量電氣絕緣是否完整。
接地故障電路測試儀用于檢測接地系統故障，避免電氣危險。
電能質量分析儀用于測量 EVSE 對電網的影響，包括對電壓水平、電流、頻率穩定性、功率因數和諧波的影響。
EVSE 詞匯表：電動汽車充電關鍵術語
EVSE（電動汽車供電設備）：提供電力為電動汽車充電的硬件或基礎設施，通常叫充電站。
1 級、2 級和直流快速充電：這些術語指的是電動汽車充電的不同速度和功率規格。1 級充電速度最慢，使用標準家用插座，而 2 級充電速度更快且使用更高的電壓。直流快速充電代表最快的充電技術，利用直流電 (DC)。
V2G（車輛到電網）：將電動汽車電池的能量返還給電網的技術。
智能充電：指根據電網負載和電價自動調整充電時間來優化用電的充電系統。
互操作：指 EVSE 可用于不同品牌和型號的電動汽車且無兼容問題的能力。
需求響應：根據公用事業信號調整充電速度的技術，防止高峰能源使用期間電網過載。
固件：編程到 EVSE 硬件中的軟件，用于充電過程控制、通信和用戶交互。
電網：用于在社區內分配電能的電線和相關設備網絡。
充電器拓撲結構：描述電動汽車充電站的架構配置以及充電器如何連接電網和車輛。
直流快速充電器：一種使用 DC（直流電）直接提供高功率輸出的 EVSE，可顯著縮短充電時間。
互操作：不同品牌和型號的 EVSE 和電動汽車協同工作的能力。
J1772：用于北美地區 1 級和 2 級充電的標準連接器類型，為車輛提供交流電。
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