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如果向电动汽车 EV 转变是为了减少对环境的危害,那么让人们少开私家车而更多乘坐电动公共交通也应该是首要目标之一。

虽然电动公共汽车看起来可能不像最新款特斯拉那样时尚,而且也存在类似的续航里程焦虑和专用基础设施挑战,但电动公共汽车也必将大有作为。研究表明,我们正朝着正确的方向前进,预计到 2025 年,全球电动公共汽车的采用量将增至三倍。这意味着在五年内,全球将近半数的公共汽车将转变为电力驱动。

中国在这方面正处于领先地位,同时许多其他国家和地区也正加入进来。和面向普通消费者的小汽车一样,如果想要公共交通公司和驾驶员对电动公共汽车有足够信心,建设广泛可用的快速充电基础设施至关重要。

电动公共汽车采用的局面参差不齐

世界各地的许多公共交通公司都致力于停止使用化石燃料。

在美国,人们担心柴油机公共汽车会导致空气质量变差,这推动了向采用不同动力系统的转变。尽管在通往电气化道路上,价格更便宜的天然气是一大障碍。另一种替代选项是采用氢燃料电池的电动公共汽车。这种氢燃料电池设计旨在通过氢产生车载电力给电池充电,从而提高性能。而一些城市(例如加拿大温哥华),则仍在使用利用弹簧承载的集电杆从两条架空电线获得电力的无轨公共电车。

混合动力公共汽车的使用量也有所增长。这些车辆并不完全由电池提供动力,它们还装有汽油或柴油发动机,发动机会在公共汽车行驶一定距离后启动。到 2019 年年底,加拿大多伦多的目标是建立一支采用三种不同的环保技术的公共汽车车队,包括清洁柴油、混合动力和纯电动,同时继续试验采用绿色技术运行的各种公共汽车车型。

研究公司 Wood Mackenzie 认为,在政府和交通部门的清洁交通目标的推动下,中国将成为推动电动公共汽车采用的“引擎”。该公司 2019 年报告显示,中国的电动公共汽车数量约占全球的 98%,到 2023 年将达到 100 万辆。该公司还预测,到 2025 年,欧洲和美国将拥有包括电动公共汽车在内的约 4 万辆重型电动汽车。与此同时,电动公共汽车相关充电基础设施将实现广泛部署,预计到 2025 年在欧洲、中国和美国约有 108,000 个充电点。

总的来说,尽管电动公共汽车具有降低长期运营成本和减少空气污染的优势,但根据世界资源研究所罗斯可持续城市中心的数据,到目前为止,电动公共汽车的采用情况极不均衡。在该中心提供的各项建议中,有一项是政府官员首先考虑电动公共汽车项目的规模并从可行的方面开始,例如先开展结构良好且灵活的试点项目。但他们还需长远考虑,并制定好基础设施和采购计划。

要想电动公共汽车在全球范围内得到更广泛、更一致的应用,快速充电基础设施和车载充电功能就必须易于部署且具有成本效益。

电动公共汽车必须做好长期艰苦努力的准备

电动公共汽车面临与小汽车和卡车类似的挑战和要求,但也有一些自身的独特特点。

和任何其他电动汽车一样,电动公共汽车必须克服续航里程焦虑的问题,即它们必须能够在不需要充电的情况下行驶一定的最短距离,还必须能够在合理的距离内找到充电站并快速充电。采用电动与否,公共交通的便捷性永远是第一位的。在城市环境下,续航里程焦虑不是太大问题。但任何运营商都希望电动公共汽车能在不充电的情况下,在常规的司机交换班时间范围内,完成正常行驶,直到返回车库。然而,在乡村运营的公共汽车和长途公共汽车,却面临和自驾游家庭一样的顾虑 —— 即从一个主要中心行驶到下一个中心,能否不用担心电能的耗尽。

但即使在电力系统发达的国家/地区,建设充电基础设施和确保公共汽车拥有合适的车载技术仍面临着挑战。要满足包括运营公共交通系统和当地公用事业在内市政当局多个相关方的期望,达到传统天然气汽车的便捷性和可靠性是最基本的要求。各相关方必须权衡充电基础设施对电网的影响,而电网中往往是老化设备与较新系统并存的。

任何支持电动公共汽车的基础设施必须能够快速充电。市政当局希望这些充电基础设施在设计上稳固、互连、灵活且足够稳健,能够适应肮脏和潮湿的环境,并能够适应世界各地的任何天气条件。此外,市政当局希望利用为小汽车部署的快速充电基础设施来为电动公共交通提供支持。我们没有为公共汽车和小汽车分别设置单独的加油站,对吧?

市政当局和公共交通部门也做好了长期准备,因为这些重大的基建投资和任何其他基础设施一样预计将使用数十年。他们不愿意把时间、精力和资金投入到在几年内就需要更新换代的基础设施中。电动公共汽车或任何电动汽车的任何快速充电基础设施必须适应未来需求,具备双向充电功能和电子商务功能。随着电动公共汽车的不断发展,与其有关的充电技术也须如此。

任何快速充电基础设施,无论部署在城市还是乡村环境中,都必须辅之以车辆本身的充电功能。随着所有汽车都配备了可以增加续航里程的更轻量的高功率密度电池,出现了向更智能的双向车载充电器机 OBC 转变的趋势,以应对电动公共汽车及其运行所依赖的电网面临的挑战。

快速充电机可以在不到一个小时内为一辆乘用车充满电,而车载充电机 OBC 则没有如此强大。传统上,大多数车载充电机 OBC 都是单向的,也就是电能只从充电机流入电池。然而,随着全球电动汽车数量的增长,对电网容量和灵活性的需求也随之增长。许多新的车载充电机 OBC 设计都包含了双向功率流,让车辆能够平衡电网负荷。这与可再生能源发电一起,可成为建设全球性高效电气化能源基础设施的关键要素。这正是全体人类和我们的地球所需要的。

对于城市环境中的电动公共汽车或其他商用车辆来说,采用双向功率流的车载充电机 OBC 设计应该不是特别必要,因为快速充电基础设施就足够加快公共汽车的电气化了。

正如小汽车和其他个人车辆领域一样,基于碳化硅 SiC 的解决方案是最佳选项。碳化硅 SiC 能够满足所有利益相关者的设计需求,从而创建可加速公共汽车电气化的快速充电基础设施。基于碳化硅 SiC 的解决方案可满足各种客户及其需求,包括希望发展成全电气化车队的市政当局和交通部门。

中国在公共汽车电气化方面处于领先地位,为各家公司(例如中国国内领先的电动汽车 EV 电源转换器公司欣锐科技)提供非常不错的机会。欣锐科技的所有电源系统都需要能够实现最大电源转换效率的器件。因此,他们采用了 Wolfspeed 碳化硅 SiC MOSFET,实现了高达 96% 的 DC-DC 电源转换效率。与基于传统硅 Si 技术的设计相比,碳化硅 SiC MOSFET 可以实现 3 倍以上的功率密度。

此外,中国一家专门生产电动公共汽车的大型商用车工业制造商郑州宇通集团有限公司在其行业领先的新型、高效率电动公共汽车电机控制系统中采用了基于 Wolfspeed 1200V 碳化硅 SiC 器件的斯达半导体功率模块。宇通集团在中国推出这一首款在电控系统中采用碳化硅 SiC 的电动公共汽车,标志着在向市场提供更高效电动公共汽车方面实现重要进步。

小结

基于碳化硅 SiC 的解决方案不仅在当下做好了支持公共汽车电气化的准备,而且足以支持未来的快速充电基础设施发展。该技术能以更小的封装形式和更低的成本,更为快速地提供更大功率,这不仅可以使得电动公共汽车的采用变得切实可行,甚至可能会成为人们的首选。此外,基于碳化硅 SiC 的解决方案支持双向性,能够实现势在必然的智能电网应用和电子商务功能。

基于碳化硅 SiC 的解决方案可为更多的电动公共汽车驾驶者提供灵活性和适应性,不用担心还未到达目的地就电量耗尽。

了解 Wolfspeed 碳化硅 SiC 功率产品更多信息,敬请浏览:

www.wolfspeed.com/power

关于英文原稿,敬请浏览:

www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/it-s-time-to-amp-up-bus-electrification


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