在路上行驶的大量车辆中，电动汽车正慢慢成为主流。它们已成为交通运输行业的重要组成部分——不仅是汽车和自行车，还有电动公交车，它们已成为最常见和最受欢迎的交通方式之一。燃油公交车正在慢慢被电动公交车所取代，电动公交车正变得非常普遍，因为它们是一种环保的替代品，并且在对抗污染方面被证明是有效的。
与其他混合动力或燃油汽车不同，电动汽车仅依靠电力提供动力，从而减少了化石燃料的消耗。当今气候变化的主要原因之一是全球变暖，即向大气中释放温室气体(GHG)。在全球范围内，运输业约占这些人为温室气体排放量的17%。这就是人们选择改用可再生能源为车辆提供动力的原因。电动汽车也得到了政府的支持，因为他们推广电动汽车，并计划为公共交通部署更多的电动公交车。
尽管这些电动公交车非常具有价值，且对环境有益，但在电动汽车得到广泛采用之前，仍有许多障碍必须解决，例如成本、基础设施和电力供应。财务阻力是它们最初的高成本，这主要是因为电池成本高。然而，在未来，随着电池价格的下降，这个问题将会消退。
另一个问题是找到安装充电站的位置。这些站点应策略性地沿主要路线以适当的距离设置。还缺乏能够为这些电动公交车快速充电的充电站，因为它们需要在瞬时内从交流电网获得大量电力，从而会给电网带来压力。为了解决这些问题，人们正在进行研究并测试了几种方法以找到理想的解决方案。
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图1：EV电池充电器的类型(来源：Nkembi等人，“A Comprehensive Reviewof Power Converters for E-Mobility”，Energies，2023年)
电动汽车电池充电器有两种类型：车载充电器和非车载充电器。顾名思义，车载充电系统与蓄电池一起直接安装在电动汽车上。然而，这些系统是有限制的。由于重量、空间和成本有限，它们的功率输出受到限制。它们的充电时间相对较长，通常在家中或公共场所使用。另一方面，非车载充电系统没有尺寸或重量限制，因为它们安装在公共汽车站、车站、车库、停车场或途中可用空间较大的地方。这些系统充电速度更快，通常出现在商业区。
电动公交车充电基于三种主要策略：夜间或仅在车站充电、在线或移动充电以及机会或快速充电。采用夜间充电策略的公交车拥有容量更高的巨大电池(通常为200-500 kWh)，并通过插入式充电接口在夜间缓慢充电。这使公交车可以运行一整天而无需充电。他们在短途、不拥挤的路线上运营。采用在线充电策略的公交车可以在行驶中进行充电。机会充电策略使公交车可以在车站充电，也可以在公交车在途中停靠在公交车站时充电。这些在线和机会充电策略仅需要容量较小的小型电池(通常为50-90kWh)，从而提供更紧凑和高效的系统。然而，它们更昂贵，
图2：EV充电方法的类型(来源：Nkembi等人，“A Comprehensive Reviewof Power Converters for E-Mobility”，Energies，2023年)
至于充电方式，主要有四种选择：感应无线充电、插电充电、受电弓充电和换电充电。在感应充电中，道路上的发射线圈和电动公交车底部的接收线圈之间会产生电磁场。插电和受电弓充电都是传导充电方法，因为导体被用于将能量从充电基础设施传递到电动公交车。顾名思义，插入式充电使用来自基础设施的连接器或充电电缆手动插入公交车，而受电弓充电器使用架空连接器自动为公交车充电。
图3：不同类型的受电弓(来源：Nkembi等人，“A Comprehensive Reviewof Power Converters for E-Mobility”，Energies，2023年)
受电弓充电器主要有四种类型，如图3所示：向下式、向上式、水平式和底部式。
向上(车顶安装或自下而上)的受电弓最容易实现。无需Wi-Fi连接，因为充电过程由驾驶员控制。它的通信是使用IEC 61851和ISO 15118协议进行的。另一方面，向下(基础设施安装自上而下或倒置)受电弓需要Wi-Fi连接并使用OppCharge标准与总线通信。使用向下受电弓的公共汽车通常重量较轻，高度较低，这使它们能够在低净空桥梁下行驶。侧插式或水平受电弓由充电基础设施上的移动部件组成，插在公交车的侧面。通信是使用不带Wi-Fi的ISO 15118标准或使用Wi-Fi的OppCharge完成的。最后，车底受电弓要么连接在公共汽车上，像车顶安装的受电弓一样向下移动，要么放在地面上，像倒置的受电弓一样向上移动。
换电技术涉及用已充电的电池手动更换空电池。与传导或无线方法相比，电池更换过程要快得多，因为它可以在机械臂的帮助下在几分钟内完成。换电站的电池也可以作为电网的支持单元，在高峰时段供电，在非高峰时段充电。然而，目前由于其初始成本很高，而且需要储存充电和放电的电池，这种方法是不可行的。
在所有充电方式中，理想的充电方式完全取决于需求。插电式充电是最简单的解决方案，不需要额外的设备，因为它主要是插件。对于机会充电，受电弓是最常见的，因为它们可以很容易地安装在公交车站。另一方面，与其他方法相比，感应式充电的实施成本更高、更复杂。
甚至铁路系统也在通过改用电力来满足保护环境的需要。与其他运输方式相比，它们产生的CO2最少，效率最高。这些电气化铁路是一种高度可靠、安全和高速的公共交通方式，因此，它们在全球范围内的需求正在上升。近年来，随着电力电子技术的使用，铁路系统呈指数级增长。通过采用电力电子转换器的最新成果，进一步提高了这些铁路系统的安全性、灵活性和可靠性。
如前所述，在大规模部署电动公交车之前，仍有一些需要改进的地方。缺乏适当的充电基础设施和交流电网的供电要求是尚未解决的问题。幸运的是，在这一领域有很多研究正在进行，以克服障碍，使电动汽车更加高效。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：A Review of Charging Strategies for Electric Buses，由Ricardo Xie编译。)
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