【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(wǎng)獲取電力并傳輸?shù)诫妱悠嚕瑸殡妱悠囯姵爻潆姟VSE 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(gòu)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(wǎng)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(nèi)部組件的保護外殼，用于保護電子電氣設備免受雨雪等環(huán)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(tǒng)用于將 EVSE 連接到電網(wǎng)。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(wǎng)的影響，包括對傳導電磁兼容性、諧波和功率因數(shù)的影響。
控制電子組件：這些組件是 EVSE 的神經(jīng)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(tǒng)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(jù)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(shù) 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(tài)、用電量和其他運行信息。EVSE 還可能包括 Wi-Fi 或以太網(wǎng)等網(wǎng)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(xiàn)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(tǒng)共同確保充電過程中車輛和用戶的安全。
上述組件共同構(gòu)成一個復雜的系統(tǒng)，在確保電動汽車充電器的可用性和安全性方面發(fā)揮著非常重要的作用，為電網(wǎng)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(wǎng)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(guī)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(qū)有所不同。北美地區(qū)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(shù)住宅和商業(yè)空間已經(jīng)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(zhuǎn)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(yè)或工業(yè)環(huán)境中可用。
在整個電力系統(tǒng)都采用單相 230VAC插座的國家/地區(qū)，無法提供符合北美地區(qū) 1 級充電標準的電源。但國際交流電系統(tǒng)中的常規(guī)電源大致符合 2 級充電標準，其中一些系統(tǒng)和電動汽車支持三相交流電。所有地區(qū)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(wǎng)，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(qū)，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(yè)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(fā)現(xiàn)和解決磨損問題，確保設備完整和安全。
網(wǎng)絡連接說明：
現(xiàn)代 EVSE 利用網(wǎng)絡連接來提升用戶體驗和運行效率。主要功能包括：
遠程監(jiān)控：支持用戶和服務運營商遠程監(jiān)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(tǒng)連接，優(yōu)化電力使用，集成自適應太陽能消耗等智能功能。 公用事業(yè)公司可能會提供優(yōu)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(tǒng)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(qū)使用，用于 1 級和 2 級充電。
IEC 62196（2 型）：在歐洲地區(qū)使用并集成到 CCS 用于直流快速充電。在某些電氣系統(tǒng)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(lián)合充電系統(tǒng)）：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(qū)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(xiàn)在已得到更廣泛的應用，未來將在北美大部分地區(qū)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(guī)范外，還有幾個機構(gòu)制定并執(zhí)行 EVSE 標準：
IEC（國際電工委員會）：規(guī)范電氣系統(tǒng)，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(xié)會）：規(guī)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(gòu)制定的標準為電動汽車充電創(chuàng)造了可靠安全且用戶友好的環(huán)境，進一步推動了電動汽車在全球范圍內(nèi)的廣泛應用。
電動汽車充電站是電動汽車生態(tài)系統(tǒng)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(zhì)量標準和電氣規(guī)范： 這些規(guī)范和標準規(guī)定了與電力系統(tǒng)的連接方式，并限制了充電站對電網(wǎng)的影響，例如對功率因數(shù)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(fā)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(tǒng)加油速度。
無線充電技術的發(fā)展：無線充電技術的穩(wěn)步發(fā)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(huán)境可持續(xù)性并減少對傳統(tǒng)電源的依賴。
智能充電功能的提升：人們可能通過創(chuàng)新進一步提高充電系統(tǒng)的智能化程度，使充電系統(tǒng)能夠根據(jù)實時用電需求和價格調(diào)整充電安排。
車輛到電網(wǎng) (V2G) 系統(tǒng)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(wǎng)并增強電網(wǎng)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(fā)展，不斷適應持續(xù)變化的市場和技術需求。
EVSE 系統(tǒng)測試設備
為了確保 EVSE 系統(tǒng)的安全、可靠和效率，系統(tǒng)的設計過程、制造過程和應用現(xiàn)場都經(jīng)過嚴格的測試。在設計和制造過程中，借助示波器、數(shù)字萬用表、信號發(fā)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(guī)格要求運行。
常規(guī)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(zhì)量，并檢查可能影響充電過程的任何噪音或干擾。
任意函數(shù)發(fā)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(guī)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(shù)。確保輸出在指定的公差范圍內(nèi)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(wěn)定且可調(diào)節(jié)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(tǒng)供電。高功率電源可用于模擬車輛電池系統(tǒng)進行直流快速充電的情景，或模擬開發(fā)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(shù)字萬用表或示波器。
協(xié)議分析儀用于檢查通信協(xié)議，確保兼容各種車型。
網(wǎng)絡連接測試儀
這些工具用于評估 EVSE 與遠程監(jiān)控系統(tǒng)通信的能力，確保智能充電和固件更新等功能正常運行。網(wǎng)絡連接測試設備包括以下兩種主要類型：
網(wǎng)絡分析儀用于評估 EVSE 與中央系統(tǒng)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(tǒng)故障，避免電氣危險。
電能質(zhì)量分析儀用于測量 EVSE 對電網(wǎng)的影響，包括對電壓水平、電流、頻率穩(wěn)定性、功率因數(shù)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(guī)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(wǎng)）：將電動汽車電池的能量返還給電網(wǎng)的技術。
智能充電：指根據(jù)電網(wǎng)負載和電價自動調(diào)整充電時間來優(yōu)化用電的充電系統(tǒng)。
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(jù)公用事業(yè)信號調(diào)整充電速度的技術，防止高峰能源使用期間電網(wǎng)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(wǎng)：用于在社區(qū)內(nèi)分配電能的電線和相關設備網(wǎng)絡。
充電器拓撲結(jié)構(gòu)：描述電動汽車充電站的架構(gòu)配置以及充電器如何連接電網(wǎng)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(xié)同工作的能力。
J1772：用于北美地區(qū) 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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