NREL研究人员Keith Davidson在供电时对MCS连接器施加侧向载荷力。来源:NREL，丹尼斯·施罗德

在美国，交通是温室气体排放的最大来源。减少这些排放需要从汽油和柴油燃料的内燃机转向由可再生能源驱动的电动发动机。

这种转变将包括中型和重型卡车，它们是经济的主力，在全国范围内运输货物。当它们被充电时，将需要不同于现在为乘用车服务的充电设施。为了满足中型和重型车队的需求，未来的卡车充电站必须提供估计容量为1兆瓦或更多的快速充电。这种需求不仅仅局限于道路交通工具:从航空到航运，各行各业都在考虑为他们的车队充电，同时也在寻找一种15到20分钟的快速充电标准。

美国国家可再生能源实验室(NREL)的电动汽车行业专家和科学家们正在研究一种新的用于中型和重型汽车的高功率充电标准——兆瓦充电系统(Megawatt charging System, MCS)。MCS的充电能力最高可达3.75兆瓦，是目前最高500千瓦的轻型快速充电技术的7倍。

电动汽车充电设备评估有助于确保新标准的互操作性，这意味着多个制造商将能够设计和制造协同工作的部件。互操作性对于确保充电站的广泛、一致接入至关重要，而且随着新车型上市，它将使电动汽车制造商对充电站的兼容性有信心。

为了支持MCS的工作，在2020年9月的第一次评估活动之后，NREL在7月和8月进行了第二次大功率电动汽车充电连接器评估。这项评估由充电接口倡议(CharIN)联合主持，得到了美国能源部、加州能源委员会和其他机构的支持。CharIN是一个非营利性协会，它汇集了行业专家来支持国际通用收费标准的发展。

验证新的计费标准

目前的电动汽车充电标准适用于中等和重型卡车充电速度较慢的情况，通常在几个小时以上。然而，在旅游广场或车队仓库更快的途中充电需要高达数兆瓦。新的MCS标准填补了目前充电站容量与面向卡车的设施之间的差距。

这些设施为一辆汽车提供的最高充电功率为3.75兆瓦，相当于3200个美国家庭的平均电力需求，或一个普通家庭每天消耗的能量在28秒内转移。在短时间内传输如此多的能量需要电缆、连接器和充电入口的独特设计。

NREL研究员Isaac Tolbert在评估过程中捕获了MCS充电系统的热图像。来源:NREL，丹尼斯·施罗德

在以往的经验教训的基础上，今年的活动侧重于扩大评估，以考虑更多的真实情况下的安全性和耐久性标准，其中规定了高达1250伏特和3000安培的兼容性。与会者使用了NREL在能源系统集成设施(ESIF)内的最先进的电动汽车研究基础设施(EVRI)评估平台。他们包括来自主要汽车制造商、充电设备制造商和零部件供应商的代表。

NREL电动汽车电网整合团队的负责人Andrew Meintz表示:“我们为业界提供了一个聚集在一个中心位置的机会，这样即使是竞争对手也可以就不同设备参数的技术优点进行详细讨论，并达成共识。”

在最近一轮测试中，EVRI让四家制造商评估了汽车进口和充电器连接器的设计。今年，参与者带来了精致的、基于3d打印的概念证明的模型连接器，并在第一轮进行了评估。通过开发模塑零件的过程，参与者不仅能够将他们的设计进行测试，还能确保它们能够大规模生产。

发展未来的充电技术

与去年的活动一样，参与者检查了连接器与充电口的配合情况，以及它们连接和断开的容易程度。他们还评估了系统的热性能——高功率充电的关键考虑因素。扩展后的评估包括测量连接器上锁定机制的强度;量化不同厂家之间的连接器插入力;和耐用性判断。参与者提供了新的组件和经过老化的版本，以模拟环境条件和充电设施重复使用的影响。

“NREL一直是MCS开发的宝贵资源，为CharIN MCS工作组的成员提供可信的第三方测试，”工作组负责人Rustam Kocher说。“我相信，当我们完成时，我们将有一个坚固、安全、可靠的连接器，客户可以依赖它为他们的大型电池提供快速充电，无论这些电池是在卡车、公共汽车、船只还是飞机上。”

通过CharIN的行业参与是NREL更广泛努力的一部分，以实现高功率充电能力。研究人员正在进行分析，以确定更大的充电站和卡车的电力需求将如何影响电网，以及智能充电管理和电表后存储等技术如何减轻任何影响。他们还在开发电力电子、充电连接器和最佳电池充电控制等方面的设计。基于EVRI的能力，综合能源系统高级研究(ARIES)研究平台将继续推动在公用事业规模实现脱碳、高功率充电的极限。

迈因茨说:“目前在高功率充电基础设施上所做的工作至关重要，因为它将推动电气化超越乘用车，并遍及整个交通部门。”