大多數人回到家后會很自然地將手機插上電源給電池快速充電，而且很清楚充電會立即開始，并且很快就會完成。我們認為這樣的充電過程是理所當然的。作為工程師，我們知道充電過程需要簡單的電池充電電路和外加電源。但遺憾的是，對于電動汽車則并非如此，它們的電力要求給消費者和電力公司帶來了挑戰。
當消費者選擇速度最快的充電模式(交流2級)在三小時內完成充電時，為電動汽車充電的功率要求可達6.6 kW(典型值)。交流2級充電模式指定了標稱220V和最高80A的電源，這意味著，這3小時內的負載高達3.3或6.6 kW。從電力公司的角度看，這是一項巨大的挑戰，因為美國西海岸的普通家庭在24小時內的耗電量約為2-3 kW。如圖1所示，對于每臺在夜間以2級速率充電的電動汽車，在電力公司看來，相當于增加了1-3個家庭的負載量。
從宏觀層面上看，電網上增加1-3個家庭不是問題，其實就相當于建造了幾間新房屋或一個購物中心。但是，電動汽車將作為負載添加到現有居民區，這些居民區的 “最后一英里”基礎設施(如變壓器和供電線路)是根據房屋大小制造和安裝的。例如，為同一住宅區中6到8個家庭供電的“典型”北美變壓器。增加一臺2級充電器通常不是問題，不過會占用一部分計劃內開銷以及安全裕量。如果再有一家居民增加一臺2級充電器，變壓器所面臨的將不僅是30 - 40%的負載增加，而是壓縮在三小時時段內的額外6.6-13.2 kW。對于電力公司而言，這顯然是一個大問題，因為基于居民區的設備可能會發生故障，并因此導致分散的電力中斷，給居民帶來相關的安全風險。
夜間充電往往被認為是合理的選擇，但可惜的是，它并不是一個完美的解決方案。誠然，這樣可能有更充足的電力，因為夜間電力負載大大降低，而且較低的溫度使設備能提供更多電力，然而這并不能保證為一臺充電器提供足夠的電力，更不用說使用多臺充電器。另一個要考慮的事實是許多電力公司需要靠較輕的夜間負載使變壓器冷卻，否則將影響散熱。
電力公司會為了安裝2級充電器而被迫研究居民區基礎設施嗎？如果置之不理，后果可能非常嚴重。公共事業公司可能面臨對大量設備進行計劃外升級的局面，而這些設備在購買時本來預期能使用幾十年，更不用說還有移除和安裝設備的人力成本。
解決這一問題的一個主要方案是協調充電。每個充電器將與了解配電基礎設施和實時負載情況的高級系統進行通信。例如，假設由同一變壓器供電的兩個鄰居相差不到 30分鐘到家，并且開始給電動汽車充電。中央協調器能檢查變壓器(和上游設備)的當前負載并確定開始時間和可能的充電級別。如果變壓器負載在充電過程中發生變化，協調器將發送更新信息以修改充電級別，甚至啟動需求響應/用電限制事件，使充電器延遲工作。
為確保充電器和協調器能在公共網絡上通信，目前正在制定相應的行業標準。該網絡中的關鍵通信路徑在電動汽車和充電器之間以及充電器和電力公司之間。在本文中為便于說明，假設交流2級充電器在電動汽車外部。
電動汽車和充電器之間的通信非常適合使用電力線載波(PLC) 技術，因為存在符合SAE J1772定義的固定硬接線連接。PLC系統通過在直流或低頻交流電力線上疊加高頻調制載波信號來運行。然后載波信號在接收端經過去耦和解調，恢復得到信息。Ariane Controls的總裁Jean-Pierre Fournier說，“PLC技術面臨著傳統電力線上阻抗變化大、噪聲顯著和信號衰減大的難題。但是，充電器到電動汽車這段連接的阻抗和噪聲源已被人們掌握，并且是固定的，因而可提供十分可靠的PLC連接。”
目前，針對物理層通信的SAE標準有兩項提案正在討論中。一項提案針對J2931/2標準，該標準定義了控制導向裝置上的帶內信號；另一項提案針對J2931/3標準，該標準定義了插電式電動汽車通過電力線進行的電力線通信。消息傳送協議的定義正在SAE J2847標準中逐步完善。如圖2中所示，這些標準的目標是確保各家制造商的充電器可與不同電力公司通信。
充電器和電力公司之間的通信可通過多種技術來實現，這些技術成熟而可靠，并擁有各自的優勢和成本結構。充電器連接到家庭局域網并使用現有Internet連接與電力公司服務器通信。Wi-Fi 802.11協議是最常見的解決方案。另一種選擇是使用專利無線網絡配合額外的硬件，通過該硬件將專利無線連接橋接到Internet網關/路由器上的硬接線以太網連接。對于已經采用無線技術(如基于ZigBee(r)協議的無線技術)部署電表的電力公司來說，也可以直接連接到智能電表。充電器還可采用長距離無線技術(如蜂窩網絡或WiMax)與電力公司之間進行消息的收發。通信能力和相關的用戶界面是充電器制造商增加獨特價值的主要領域(見圖2)。
電力公司、汽車制造商和充電器制造商正在共同努力實現插電式電動汽車的快速充電。這已不是什么新鮮事了。早在幾十年前，當家庭中開始增加電視機、中央空調或計算機等新產品時，該行業就曾面臨類似的挑戰。隨著標準的起草和生效以及產品逐步進入主流，消費者將理所當然地認為對電動汽車充電應當與現在對手機充電一樣簡單而便捷。 |
