大規模部署電動公車前 幾個挑戰得先克服
作者 : Saumitra Jagdale
在大規模部署電動公車之前，必須克服許多挑戰，例如成本、基礎設施和電力供應等。為了解決這些問題，人們正在進行研究並測試了幾種方法以找到理想的解決方案。
在路上行駛的大量車輛中，電動車正慢慢成為主流。它們已成為交通運輸行業的重要組成部分，不僅是汽車和自行車，還有電動公車，它們已成為最常見和最受歡迎的交通方式之一。燃油公車正在慢慢被電動公車所取代，電動公車正變得非常普遍，因為它們是一種環保的替代品，並且在對抗污染方面被證明是有效的。
與其他混合動力或燃油汽車不同，電動車僅依靠電力提供動力，從而減少了化石燃料的消耗。當今氣候變化的主要原因之一是全球暖化，即向大氣中釋放溫室氣體(GHG)。在全球範圍內，運輸業約占這些人為溫室氣體排放量的17%。這就是人們選擇改用可再生能源為車輛提供動力的原因。電動車也得到了政府的支援，因為他們推廣電動車，並計畫為公共交通部署更多的電動公車。
儘管這些電動公車非常具有價值，且對環境有益，但在電動車得到廣泛採用之前，仍有許多障礙必須解決，例如成本、基礎設施和電力供應。財務阻力是它們最初的高成本，這主要是因為電池成本高。然而，在未來，隨著電池價格的下降，這個問題將會消退。
另一個問題是找到安裝充電站的位置。這些網站應策略性地沿主要路線以適當的距離設置。還缺乏能夠為這些電動公車快速充電的充電站，因為它們需要在暫態內從交流電網獲得大量電力，從而會給電網帶來壓力。
電動公車充電器
電動車電池充電器有兩種類型：車載充電器和非車載充電器。顧名思義，車載充電系統與蓄電池一起直接安裝在電動車上。然而，這些系統是有限制的。由於重量、空間和成本有限，它們的功率輸出受到限制。它們的充電時間相對較長，通常在家中或公共場所使用。另一方面，非車載充電系統沒有尺寸或重量限制，因為它們安裝在公共汽車站、車站、車庫、停車場或途中可用空間較大的地方。這些系統充電速度更快，通常出現在商業區。
電動公車充電策略與方法
圖1：電動車電池器的類型。 (來源：Nkembi et al., “A Comprehensive Review of Power Converters for E-Mobility,” Energies, 2023)
電動公車充電基於三種主要策略：夜間或僅在車站充電、線上或移動充電以及機會或快速充電。採用夜間充電策略的公車擁有容量更高的大型電池(通常為200-500 kWh)，並通過插入式充電介面在夜間緩慢充電。這使公車可以運行一整天而無需充電。他們在短途、不擁擠的路線上營運。採用線上充電策略的公車可以在行駛中進行充電。機會充電策略使公車可以在車站充電，也可以在公車在途中停靠在公車站時充電。這些線上和機會充電策略僅需要容量較小的小型電池(通常為50-90kWh)，從而提供更緊湊和高效的系統。然而，它們同時也更昂貴，因為他們對功率有更高的需求(通常為150-450kW)。
圖2：電動車充電的方式。 (來源：Nkembi et al., “A Comprehensive Review of Power Converters for E-Mobility,” Energies, 2023)
至於充電方式，主要有四種選擇：感應無線充電、插電充電、受電弓充電(pantograph charging)和換電充電。在感應充電中，道路上的發射線圈和電動公車底部的接收線圈之間會產生電磁場。插電和受電弓充電都是傳導充電方法，因為導體被用於將能量從充電基礎設施傳遞到電動公車。顧名思義，插入式充電使用來自基礎設施的連接器或充電電纜手動插入公車，而受電弓充電器使用架空連接器自動為公車充電。
受電弓充電器主要有四種類型，如圖3所示：向下式、向上式、水平式和底部式。
圖3：不同類型的受電弓。 (來源：Nkembi et al., “A Comprehensive Review of Power Converters for E-Mobility,” Energies, 2023)
向上(車頂安裝或自下而上)的受電弓最容易實現。無需Wi-Fi連接，因為充電過程由駕駛員控制。它的通信是使用IEC 61851和ISO 15118協議進行的。另一方面，向下(基礎設施安裝自上而下或倒置)受電弓需要Wi-Fi連接並使用OppCharge標準與匯流排通信。使用向下受電弓的公共汽車通常重量較輕，高度較低，這使它們能夠在低淨空橋樑下行駛。側插式或水平式受電弓由充電基礎設施上的移動部件組成，插在公車的側面。通信是使用不帶Wi-Fi的ISO 15118標準或使用Wi-Fi的OppCharge完成的。最後，車底受電弓可能連接在公共汽車上，像車頂安裝的受電弓一樣向下移動，或是放在地面上，像倒置的受電弓一樣向上移動。
換電技術涉及用已充電的電池手動更換空電池。與傳導或無線方法相比，電池更換過程要快得多，因為它可以在機械臂的幫助下在幾分鐘內完成。換電站的電池也可以作為電網的支援單元，在高峰時段供電，在非高峰時段充電。然而，目前由於其初始成本很高，而且需要儲存充電和放電的電池，這種方法是不可行的。
在所有充電方式中，理想的充電方式完全取決於需求。插電式充電是最簡單的解決方案，不需要額外的設備，因為它主要是外掛程式。對於機會充電，受電弓是最常見的，因為它們可以很容易地安裝在公車站。另一方面，與其他方法相比，感應式充電的實施成本更高、更複雜。
電氣化鐵路
甚至鐵路系統也在通過改用電力來滿足保護環境的需要。與其他運輸方式相比，它們產生的CO2最少，效率最高。這些電氣化鐵路是一種高度可靠、安全和高速的公共交通方式，因此，它們在全球範圍內的需求正在上升。近年來，隨著電力電子技術的使用，鐵路系統呈指數級增長。通過採用電力電子轉換器的最新成果，進一步提高了這些鐵路系統的安全性、靈活性和可靠性。
如前所述，在大規模部署電動公車之前，仍有一些需要改進的地方。缺乏適當的充電基礎設施和交流電網的供電要求是尚未解決的問題。幸運的是，在這一領域有很多研究正在進行，以克服障礙，使電動車更加高效。
本文刊登於EDN China網站
(參考原文：A Review of Charging Strategies for Electric Buses，by Saumitra Jagdale)
從無線連接、更快的處理和運算、網路安全機制、更複雜的虛擬實境(VR)到人工智慧(AI)等技術，都將在未來的每一個嵌入式系統中發揮更關鍵功能。「嵌入式系統設計研討會」將全面涵蓋在電子產業最受熱議的「智慧」、「互連」、「安全」與「運算」等系統之相關硬體和軟體設計。
會中將邀請來自嵌入式設計相關領域的研究人員、代表廠商以及專家，透過專題演講、產品展示與互動交流，從元件、模組到系統，從概念設計到開發工具，深入介紹嵌入式系統設計領域的最新趨勢、創新和關注重點，並深入分享關於嵌入式系統設計的經驗、成果以及遇到的實際挑戰及其解決方案。
加入LINE@，最新消息一手掌握！
