电动汽车快速闪充技术工作原理及电路分析

科技公司ABB最近宣布和中国福建金龙汽车集团缔结合作伙伴关系，致力于为中国的公共交通市场开发电动公交车。两家公司将使用ABB的无轨电动公交系统（TOSA）快速闪充技术，在ABB和金龙汽车的宣传中，这是世界上最快的电动汽车充电系统。是否全球最快还有待讨论，但是我发现有一些媒体的报道中采用了耸人听闻的标题，比如“几秒钟就能充满电的电动公交”。有鉴于此，我们有必要了解一下ABB快速闪充技术的真相，以正视听。

TOSA电动公交轻装上路，半路充电现在，一个典型的电动公交车可能会装载容量高达300kWh的电池组，才能满足充一次电跑完一天中多圈公交线路的需求。大容量的电池组是一个相当沉重而且成本高昂的“燃料箱”，工程师们找到了一些创新的方法帮助减轻电动公交电池组的重量和成本。其中的一种方案是，使用较小的电池组，公交车在夜间停在车库中时充满电，白天跑车时在一些公交站点短暂地充电，这就是ABB的TOSA方案的基本原理。不过，ABB并不是这种创新方法的发明者，早在2013年，犹他州立大学就推出了类似的系统。但是，ABB的TOSA可以实现在公交停靠站对电池组进行能量爆发式的闪充，从而将这个概念提升到了一个新的水平。大功率充电会形成巨大的电涌，可能会给电网造成严重影响，但是ABB的创新解决方案解决了这个问题，从而发挥了这个方案的优势。TOSA中的三种充电方式TOSA方案背后的原理是，公交车采用小容量的电池，比如50kWh，通过三种不同的方式对它进行充电：夜间停在车库中时，单次低功率慢速充电；白天停在公交站终点站时，偶尔中等功率快速充电；乘客在沿途停靠站上下车时，频繁地大功率闪速充电。车库中的充电器只消耗45kW的功率，因此可以很容易地和建筑物现有基础电气架构集成到一起。根据公交车返回车库时剩下的电池电量，可能需要一个小时（<50kWh/45kW）或者更少的时间便可以充满电。公交车终点站布置400kW的中等功率充电器，按照公交车在终点站停留三到五分钟计算，可以充20-30kWh的电量，加上剩余电量，基本上每个终点站都可以把电池充满。沿途停靠站中的大功率闪速充电器的功率为600kW，可以在乘客上下车的15-20秒内充上2-3kWh的电量。对电网的影响下面让我们仔细研究一下这些闪速充电器。尽管它们每次只能给电池充上大约3kWh的电量（不到整个电池组总容量的10%），但是如果不加处理，在十几秒内消耗这么大的功率会给电网造成沉重的负担，电网运营商将这种负担称为“需求”。TOSA方案的创新之处在于，在每个闪速充电站中均提供了一个储能设备：一个固定电池，它可以充当电网与公交车之间的缓冲。这个电池平时可以缓慢地从电网充电，在闪充期间向公交车充电，从而降低充电功率对电网的需求，同时在短时间内提供大功率能量。

TOSA快速充电站请注意，电网和充电器之间采用的是如图2所示的双向连接。这表明整个固定的电池可以在用电高峰时段向电网馈送额外的功率以支持电网供电能力，并可以提供频率调节功能。公共事业部门既然无论如何都要增加电网级的电池存储单元，那么为什么不借助这些电池存储单元，用于对公交车的闪速充电呢？关于ABB的TOSA方案，我唯一感到迷惑不解的是，公交终点站部署的输出功率为400kW的充电站没有使用电池（在TOSA的规范中，只提到在600kW的闪速充电站上用到了电池）。特斯拉的第三代Supercharger仅消耗250kW的功率，还使用了一个电池，最大程度地减少对电网的需求，因此我很好奇ABB为什么没有在其终点站充电站中部署一个辅助充电的电池组。不需要新的电池很多人认为电动汽车会对环境带来一些不好的影响，他们自以为是地认为，大约十年后，电动汽车里的电池就不能用了，只能成为废物了。但是事实并非如此，当我们说一种可充电的电池寿命已尽时，我们指的实际上是它只能再充到原始容量的80%了。在汽车应用中，行驶里程和载重是很重要的指标，需要使用状态良好的电池。但是，从电动汽车上退役的电池正在被用作固定能量存储设备，而再次获得了新生。它们可以在被回收之前再工作十年。因此，TOSA电动公交方案可以从三个维度上助力废弃物管理：减少电池尺寸、在闪充充电站中重复使用从电动汽车上退役的旧电池、当无法再用时可以进行回收。工程师喜欢设计创新性的方案解决实际问题，当某项创新能够解决多个问题时，这就是一项特别有益的创新。TOSA电动公交已经在瑞士运营了一年多，行驶里程超过了50万公里，减少向大气的二氧化碳排放量超过了一千吨，同时还验证了这种概念。有这样的实验结果，我们实在不需要以“可以在几秒内充满电的电动公交”这种标题进行炒作了。电路城原创内容，未经允许，不得转载！