插电式电动汽车充电的挑战与分析

大多数人回到家后会很自然地将手机插上电源给电池快速充电，而且很清楚充电会立即开始，并且很快就会完成。我们认为这样的充电过程是理所当然的。作为工程师，我们知道充电过程需要简单的电池充电电路和外加电源。但遗憾的是，对于电动汽车则并非如此，它们的电力要求给消费者和电力公司带来了挑战。

当消费者选择速度最快的充电模式（交流2级）在三小时内完成充电时，为电动汽车充电的功率要求可达6.6kW（典型值）。交流2级充电模式指定了标称220V和最高80A的电源，这意味着，这3小时内的负载高达3.3或6.6kW。从电力公司的角度看，这是一项巨大的挑战，因为美国西海岸的普通家庭在24小时内的耗电量约为2-3kW。如图1所示，对于每台在夜间以2级速率充电的电动汽车，在电力公司看来，相当于增加了1-3个家庭的负载量。

从宏观层面上看，电网上增加1-3个家庭不是问题，其实就相当于建造了几间新房屋或一个购物中心。但是，电动汽车将作为负载添加到现有居民区，这些居民区的最后一英里基础设施（如变压器和供电线路）是根据房屋大小制造和安装的。例如，为同一住宅区中6到8个家庭供电的典型北美变压器。增加一台2级充电器通常不是问题，不过会占用一部分计划内开销以及安全裕量。如果再有一家居民增加一台2级充电器，变压器所面临的将不仅是30-40%的负载增加，而是压缩在三小时时段内的额外6.6-13.2kW。对于电力公司而言，这显然是一个大问题，因为基于居民区的设备可能会发生故障，并因此导致分散的电力中断，给居民带来相关的安全风险。