电动交通的形式越来越多样化。它在全球可持续发展的背景下发挥着重要作用。从电动自行车和汽车到自动驾驶电动汽车、机器人卡车和无人驾驶飞机，这些产品似乎在未来呈现出某种趋势。加拿大安大略理工学院威廉姆森教授认为，电动交通商业化的进一步成功，以及未来全自动驾驶技术的成功，都将取决于电力电子技术的进步。“这项技术在未来几年面临许多挑战，特别是在电能存储系统的控制和智能充电系统的开发方面。”由于电动汽车电池的续航里程焦虑和有限的使用寿命，智能管理系统性能的提升尤其成问题。人们很担心。目前，动力电池仍存在容量损耗问题，在寒冷（0℃以下）和高温（40℃以上）以及快充场景下尤为突出。为了解决这个问题，电力电子领域将所有精力都集中在车载电池的能量管理上。这种能量管理的目的是使智能电力电子转换技术（也称为主动电池平衡）实现电池级别的电压均衡。这种做法可以将续航里程延长两到三倍，而电池组的成本只增加了1%到2%。Williamson说，如今，该行业通常通过最小化电路板上的电感值（一种称为部件减少转换器的方法）来通过电路拓扑进行创新。未来几年可能会有进一步的发展，使电池平衡更高效、更便宜。为电池的“二次生命”铺路动力电池在使用8到10年后，通常会因容量下降而退役。当它的寿命结束时，回收这些电池原材料似乎是大多数人能想到的解决办法。但实际上，这些电池还可以用于其他领域。耗尽的电池可以保留大约70%的容量，因此它可能适用于微电网和智能电网中的固定存储等应用。几家公司最近启动了项目来测试这种电池“二次生命”解决方案的可行性。然而，废电池的退化行为仍然是一个相对未知的问题。在电池的第一次和第二次使用期间进行适当的监测对于验证第二次使用解决方案的技术可行性至关重要。例如，将几块不同容量的旧电池串联起来，组成二次生命模块，可以大大增加可用能量。经过进一步研究，研究人员得出结论，不同容量和化学成分的电池可以安全使用，而不会影响彼此的性能。但要构建这样一个系统，需要新的方法来控制每个用过的电池的电流，以监测电池容量的实时消耗。目前基于机器学习技术的自适应控制策略可以更准确地估算容量，有潜力成为游戏规则改变者，即将多个电池集成到一个电池中，形成电池的第二个生命模块。极速充电站何时会变得司空见惯？需要在城市、郊区甚至偏远地区为电动汽车充电，这意味着电力研究人员在充电基础设施方面面临许多挑战，包括可再生能源和固定电池存储的结合。商用电动汽车目前配备了车载充电器，可从墙上交流电源插座获取输入功率。此时，为电池组充电所需的能量转换已在车辆上完成。另一方面，直流（DC）快速充电器最近已经商业化，可以从车辆底盘上移除充电器和所有相关的电源设备，这符合未来超快速充电器的需求。基于车载交流充电（1.44kW-166kw）和非车载直流充电（80kw-400kw）的SAEJ1772标准，一些学者对有线充电拓扑结构进行了深入研究。目前，全球直流快充标准为CHAdeMO标准。该标准允许从62.5kW到400kW的功率输出。超快充技术是近三四年兴起的，可以提供超过400千瓦的电力。这项技术旨在在五分钟内为电动汽车充电，消除里程焦虑。该方法依赖于基于新型宽带隙半导体器件（如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)开关）和新型系统级架构的先进电源交换转换器拓扑。超快速充电架构使用服务变压器将配电系统中使用的电压降低到最终用户所需的水平。然而，这增加了系统的成本和尺寸并且使安装过程复杂化。随着技术的进一步发展，可以采用固态变压器技术来提高功率密度和效率。再加上功率转换拓扑、控制方案、保护器件、宽带隙功率器件和数字控制器的进一步发展，超快充电站将在未来几年越来越受欢迎。无线充电可减少对“大容量电池”的需求考虑到自动驾驶汽车的潜力，多家充电设备公司已开始探索无线充电器在车辆上的应用。无线传输的概念可以追溯到一个多世纪前尼古拉·特斯拉的工作，今天有一系列可用的方法：声波功率传输、射频功率传输、光功率传输、电容功率传输和感应功率传输。虽然这些技术可以根据它们的电力传输介质来区分，但它们的系统配置都是相似的，主要由电源、负载、耦合器和初级/次级电子电路组成。电动汽车的无线充电器可以使用交流电或直流电供电，其负载通常为直流电并终止于电动汽车电池组。感应电能传输是目前最流行的制造无线充电器的方法，可以提供从几十瓦到几千瓦的输出功率水平，而且这种方法还允许气隙从几厘米到几米不等。全自动无线充电器允许电动汽车在旅途中充电，这意味着更快的充电速度和更长的总行驶距离。无线充电器技术因其固有的电流隔离特性而具有高度创新性，允许通过电源和EV电池之间的气隙传输电力，而无需任何直接电接触。因此，充电点和电池端子之间的长电缆被淘汰，消除了传统有线充电器的缺点，包括插拔失败、绊倒危险以及因电缆和连接器老化或腐蚀而导致的触电风险。与插件技术一样，无线充电器可以部署在住宅车库、办公室和商场停车场进行静态充电。它们也可以放置在公交车站和交通信号灯处，以实现准动态无线电力传输。此外，还可以在道路上安装动态无线充电（或动态充电）系统，让电动汽车在行驶过程中进行充电，这可以显着降低车载电池容量要求。由于电力传输是通过电磁链路进行的，因此可以将发射器垫埋在地下以减轻极端天气条件的影响。然而，无线电力传输系统仍然需要改进，尤其是在成本、部署、效率、基础设施、互操作性和磁场发射方面。解决这个问题的研究项目包括新颖的功率转换器拓扑结构、感应线圈设计、补偿网络拓扑结构、控制系统、EMI屏蔽方法和智能通信。作者简介：SheldonS.Williamson（Fellow,IEEE），1999年获得印度孟买大学电气工程学士学位（荣誉学位），并获得伊利诺伊理工大学电气工程学士学位技术分别在2002年和2006年。美国伊利诺伊州芝加哥市技术学院），获得电气工程硕士和博士学位（荣誉）学位。现任加拿大安大略理工学院工程与应用科学学院电气、计算机与软件工程系教授，智能交通电气化与能源研究（STEER）组组长。
