原有的50kW充電站已不能滿足新電動汽車更高充電速度的需求。
電池的能量密度技術是影響電動汽車（EV）普及的主要決定因素。2019年之前，電池的能量密度約為120~150Wh/kg；因此，電動汽車無法裝載巨大的電池容量（如0。40kWh的 Nissan Leaf、0。42kWh 的 BMW i3 等）。
市場上大多數直流充電站也設計了50kW的能量輸出，以滿足市場上電動汽車的需求。
過去，由於功率要求為50kW，充電站的規模相對較小。充電站沒有太多散熱或噪音問題，充電站的外觀大多采用一體化設計（圖1）。
圖 1：整合充電站。
現在，隨著技術的進步，由於電池使用的材料，當今電動汽車使用的電池的能量密度已提高到160~200Wh/kg。自2021年起，所有電動汽車都將採用大容量電池設計，以增加續航里程，現在許多電動汽車可以超過 400 公里，例如奧迪 e-tron（額定功率為 71kWh）和賓士 EQC 400（額定功率為 80kWh）等車輛。
充電速度慢，原有的50kW充電站已不能滿足新車對更高充電速度的需求。為此，需要更大的充電電源，比如180kW甚至360kW。
因此，由於能量容量的增加，充電站的尺寸也越來越大。整合充電站通常佔用大量停車位。更重要的是，充電站的功率越高，散熱問題就越嚴重，需要更多更大的風扇來散熱。這也會導致更大的風扇噪音，直接影響環境。因此，單獨的充電站（圖 2）通常設計用於大功率應用（如特斯拉充電器、飛鴻充電器等）。
圖 2：單獨的充電站通常設計用於高功率應用。
這種分離式充電站的優勢在於兩個方面：
遠離噪音：
一般充電站的噪音主要是電源模組的散熱問題。獨立的充電站設計有獨立的電源櫃，遠離使用者，讓高分貝的噪音遠離使用者。或者，可以將電源櫃設定在地下，使整個充電區整潔、方便。
減少充電站佔用面積
：在單獨充電站的設計中，只需要在停車場安裝加油機。由於 2。 充電站基地面積的減少：在單獨充電站的設計中，只需要在停車場安裝加油機。由於點膠機只有螢幕顯示和充電槍的功能，所以點膠機體積更薄、體積更小，不佔用大的底座面積，可以更好地利用車位。
因此，大功率獨立充電系統將成為未來市場上充電系統的主流。
全球充電站及主要技術法規
充電站的材料組成
一個直流充電器大約300~400個不同的元件組成，包括斷路器、接觸器、電源模組、控制器、風扇等（圖 3）。這些部件按功能排列成一個電源櫃進行能量轉換（圖4），主要完成以下功能： A）能量轉換：部署多個電源單元，將交流電轉換為直流電，為電動汽車充電；B） 保護：當系統檢測到漏電過大或絕緣阻抗異常等情況時，立即切斷電源，保護使用者的人身安全；C） 控制：可以接受來自電動汽車和雲平臺的命令，以監控和控制車輛充電狀態。也可外接遙控器，透過降低輸出能量與電網平衡；D） 連線。
圖 3：直流充電器的主要部件。
圖 4：電源櫃。
全球電動汽車充電標準
CHAdeMO充電標準，由日本工業聯盟制定。CHAdeMO 已經在其 1。2 版（2017 年 3 月釋出）中啟用了高達 200kW（400A x 500V）的大功率充電。CHAdeMO 2。0 現在允許高達 400kW，使高達1kV的高壓充電成為可能。
GB/T 18487。1-2015 電動汽車傳導充電系統 第1部分：通用要求；GB/T 27930-2015 電動汽車非車載導電充電機與電池管理系統通訊協議。
聯合充電系統（CCS）：歐美廠商青睞。
充電站與電動車的連線
充電站的主要功能在於能量轉換。在充電過程中必須特別注意控制大量的能量轉換。因此，充電站和電動汽車之間的通訊至關重要，尤其是插入充電槍進行車輛充電時的連線，因為連線決定了車輛充電的所有細節。
以CCS為例，EV充電涉及階段A、B、C和D，以及從t0到t17的多個順序動作。基本上，當充電站與 EV 連線時，階段 A 和動作 t0 開始。在這個階段，充電站的PLC和EV的PLC開始交換所有充電引數，包括EV傳送的最大電壓和電流的要求以及充電器傳送的最大可用電壓和電流容量。同時進行充電站漏電自檢和電動汽車自檢等動作，直至充電站和電動汽車分別完成準備工作。雙方準備就緒後，兩端相互發送READY訊號，表示EV充電準備就緒。在連線過程中，如果出現數據丟失、引數不匹配或握手未能在時限內完成，則計費序列跳轉到動作t16，結束計費過程。在 CHAdeMO 和 GB/T 的示例中，應用了類似的握手協議。三個例子的充電握手對比見表1。
表 1：直流充電握手的比較。
充電站主要技術
電源模組
目前，30kW風冷功率模組是充電站的主流產品。市面上的充電模組主要有三相PFC和DC/DC轉換器。常見的PFC電路有三相六開關PFC電路和三相Vienna PFC，其主要控制方式有三角波比較法、磁滯電流控制和空間向量脈寬調製（SVPWM）。常見的DC/DC變換器有ZVS移相全橋變換器和LLC諧振變換器，其中ZVS移相全橋變換器的工作原理採用兩個臂開關——一個是超前開關，一個是滯後開關——相位差為180°度，全橋LLC諧振變換器的工作原理採用頻率控制——一個頂部和另一個底部的MOSFET——佔空比為50%，每個MOSFET都基於諧振電感和變壓器的漏感進行零電壓開關。多個電源可以並聯在不同型別的模組中，共同產生能量輸出。例如，可以並聯12個功率模組，最大可產生360kW的功率。
通常，電源模組的輸入為三相三線三角形和三相四線 Y 兩種型別之一，輸入電壓為 380Vac~480Vac，而電源模組的輸出電壓為多為150V~950V。這樣的規格可以滿足電動汽車（要求電壓為300V~450V）和電動公交車（要求電壓為600V~850V）等電動汽車的充電要求，同時達到95%或更高的能量轉換效率。
為了應對大功率快充的需求，發熱技術也需要攻克。傳統充電系統採用風扇控制風冷，不僅散熱效果差，而且風扇轉速過快也會帶來額外的噪音汙染。有鑑於此，具有超強散熱效果的水冷功率模組已成為直流快充站未來發展的技術之一。
CSU 控制器 (CSU)
CSU控制器是訊號控制中心，負責與電動汽車的通訊、電源模組等保護部件的控制、充電站內所有感測器的檢測。最重要的是，CSU 控制器可以通過後端通訊將資料傳輸到雲端，例如開放充電點協議 （OCPP），允許記錄整個充電過程，包括任何錯誤訊息。請參閱下面的圖 5。
圖 5：電動汽車充電樁和 CSU3。0。
由於快速充電站的充電容量大，安全保護和執行穩定性尤為重要。CSU作為快速充電站的大腦，不僅需要及時發現問題並正確實施解決方案，還需要配備硬體冗餘機制來進行安全保護，保障功能有效性。
雲後端
雲後端的主要目的是記錄充電過程中的所有資訊。充電站透過OCPP將心跳包傳輸到雲後端，保證充電站的正常工作。新版本的軟體可以從雲後端下載到充電站進行軟體更新，也可以透過API將雲後端上的資料傳輸到其他雲平臺。
充電站的應用
近年來，資訊、通訊、人工智慧（AI）的突破性發展，以及這些突破與節能、減碳、環保的融合成為熱門應用和話題。雖然電動汽車快速充電站的主要功能是為電動汽車提供電力，但充電站本身具有電能充足的優勢，這也適用於當前流行的技術。
充電站與路燈一體化
節能減碳是全球共識。路燈與資訊通訊技術的融合，讓路燈在需要的時候發揮其照明功能，同時補充路燈在照明功能之外的附加功能。
充電站與路燈的融合，讓電動汽車在臨時停在路邊或停車場時，也能補充電能。這使得電動汽車可以利用碎片時間隨時隨地充電，從而使電動汽車不必在特定地點充電，這為傳統汽油燃料汽車無法實現的電動汽車提供了突破性的供電方式。
充電站與綠色能源的融合
傳統車輛使用汽油作為燃料，這是一種無法回收的消耗性燃料。汽油的生產也對環境產生了很大的不利影響。基於儲能和電能轉換技術的充電站與可再生綠色能源的融合，使太陽能、生物質能等向電動汽車供電。這種融合不僅節約了地球上有限資源的消耗，而且還減少了對環境的影響，同時為企業經營者節省了運營成本。
充電站與智慧電網的融合
目前，分散式智慧微電網與傳統的集中式電網相比，能夠提供穩定的電力供應，更好地響應能源容量需求，是當今世界的發展趨勢。雙向充電站與智慧微電網的融合，既可以在電網電力穩定的情況下為電動汽車提供電力，也可以在危急或電網電力不穩定的情況下，從電動汽車向電網提供反方向的電力。
未來的趨勢
電池技術不斷髮展、創新和突破壁壘。預計市場上將會出現更高能量密度和更高放電電流的電池，並且市場上將出現更新、更先進的電池。預計改進的電池技術可能會導致電池具有兩倍或更高的電流能量密度。隨著人們對電池充電時間越來越短的期待，可以預見，未來的趨勢將根據市場需求而定。
預計對具有更高能量容量的充電站的需求。目前，最大容量360kW的充電站還不能滿足未來的需求。據估計，充電槍的物理極限在800A左右，而目前市場上的充電槍則在500A左右。如果充電槍的電壓限制像現在一樣保持在850V，那麼未來的能量轉換可以達到680kW。因此，預計下一代充電站的功率有望達到720kW左右。
電網容量不足也會阻礙充電站向更高能量容量的發展，因為容量不足的電網將被迫過載，無法支援更高能量容量的充電站。另一個問題是增加電網容量的成本可能不經濟。因此，需要將本地儲能系統的部署納入充電站的應用中，以補充電網容量不足，節約成本。
一旦電動汽車被設計為容納更高的電池容量，相對而言，電動汽車將成為一個巨大的移動儲能系統。因此，電動汽車內部的能量可以被送回電網進行能量再利用。利用電動汽車的能量反饋進行家庭儲能，使電動汽車成為智慧家居的電源供應商。此外，電動汽車還可以利用電動汽車向電網反饋的能量，成為智慧電網的電源供應商。對此，充電站還起到了能量轉換反向供電的作用。因此，雙向充電系統將成為未來必不可少的裝置。
結論
未來，能源轉換、儲能、能源管理與排程將構成城市生活用電的核心。依託城市建設中部署的所有公共充電站或家用充電站，發電廠的交流電或太陽能、風能等可再生綠色能源可轉換為電動汽車或家庭儲能系統用於家用電器。此外，儲存在電動汽車中的電池能量可以傳輸回電網。可以預見，具有雙向能量轉換能力的充電站將成為未來的基礎設施。相應地，將出現網路電力排程業務，這將受益於電力平衡和電力排程的部署，包括購電和售電。
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