打开电动汽车的充电口盖,你会发现有两个充电口。
七孔的小口充电慢,被称为“慢充”;
九孔的大口充电快,被叫做“快充”。
但是你是否想过这样一个问题:
既然都是用来给车充电,设计两个充电口有什么意义呢?
想要解答这个问题,我们就要回到电力行业最经典的议题概念之一:
直流电——Direct Current,简称DC
交流电——Alternating Current,简称AC
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01 电动汽车:直流快充or交流慢充?
很多车友会认为,快充速度快,是因为充电口的孔更多。
其实事实并非如此。
电动汽车的两个充电接口,对应两种不同的充电方式,分别采用“直流电”和“交流电”进行充电。
七孔交流慢充:从电网取电(交流电),经过交流充电桩,再从慢充接口进入车内充电器。车内搭载的充电器将交流电转化为直流电,再给汽车充电。
九孔直流快充:从电网取电(交流电),经过直流充电桩,直接转化为直流电,并直达车机电池充电。
七孔交流慢充输出稳定,成本低,它的功率较小,一般在7KW以下。可以减少热量和电流压力,但是充电时间会过长;
九孔直流快充功率高、速度快,输出电流在150-400A之间,功率一般在15KW-120KW之间,但是会对电池组产生一定的老化影响。
各有优劣的两种充电方式,其实正是当代“电力行业”发展的缩影。
这,我们就要从交流与直流的起源开始说起……
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02 直流/交流的起源和争议
对于直流电和交流电做一个简单的定义,你可以这么理解:
直流电,指方向不变的稳定电流,就像一条永不停歇的河,电力从电源的正极流出,经过电路,最终回到负极。
交流电,指大小和方向会发生周期性变化的电流,就像海浪一样,来回起伏。交流电的电压和电流是非线性关系,取决于频率和相位。
关于直流电和交流电的讨论,早在工业革命时代就是一项经典话题。
19世纪末,如何高效传输和使用电能成为了一个关键难点。随着电压的增高和用电距离的拉长,早期的交流电得到充足的理论支撑,具备很强的中低压传输优势,并且损耗小于直流电。
那时的交流电在竞争中胜过直流电。
历史回顾——爱迪生与特斯拉的电流大战
1888年尼古拉·特斯拉发明了世界上第一台交流电发电机,严重影响了爱迪生的直流电发电电气产业,于是“直流电”“交流电”谁更具有优越性的纷争开始。
爱迪生用交流电可以电死大象的例子来诋毁特斯拉的交流电,证明其危险性;
而特斯拉的“电魔术”表演向世人传播的交流电安全理念。
这场大战的结果在1893年得以揭晓:在哥伦比亚博览会上,特斯拉的交流电灯点亮全场。最终,交流电因其在长距离输电和电压变换上的优势胜出,成为现代电力系统的标准形式。
这场“电流大战”以特斯拉的胜出而告终。
▲ “交流电之父”:特斯拉
但是到了20世纪80、90年代,电力输送距离和功率大幅增大,相应的半导体电力电子技术也基本成熟。
此时的直流电,以更稳定的输出和更低的电阻损耗,重新获得众多电力工程师的青睐。
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03 直流/交流的优势与劣势
直流的优势:
成本更低
直流输电线路只需要两根导线(正/负),交流线路的三相需要三根线。
因此,电力输送距离越长,直流电路需要的导线、杆塔、空间和功率损耗都会更小,成本优势巨大。
稳定控制
直流电电压与电流成正比例关系,相对而言方向恒定,没有相位差,不会低频振荡,稳定性能大幅增加。
特殊应用
在特殊的项目上,直流电有着不可比拟的优势。
直流电适用于分布式发电站的并网运行,在海底电缆的输电上也是不二之选。
交流的优势:
电力分配
交流电可以通过变压器轻松地升高或降低电压,这使得它非常适合中长距离输电和大范围电力分配。
应用普遍
交流电可以提供周期性变化的功率,适合电动机和变压器等设备的运行,在家用电器和工业设备上应用广泛。
技术优势
交流电的电网搭建和配套设备足够完善,变电站的建造成本也会低于直流换流站,因此在民用层面上分析,交流电的效率可以得到保障。
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04 我们正在使用哪一种电?
如果做一个形象的类比,直流电就好比是“铁路”,一路狂奔,直达终点;
交流电就好比是“公路”,根据电网分配选择适宜的“终点”和“速度”。
在电力系统的运行中,直流电和交流电就像是两只分工不同的手,各自承担着独特的角色和任务。
在功能上,“领导者”交流电在电力分配方面占据主导,“执行者”直流电用来做能量存储和直接供电。在我们的工作与生活中,可以根据功能进行辨别。
家庭用电
在家庭用电中,所有电力统一从城市配电网进行传输和分配,再通过配电箱进入家庭场景下的各个插座口,进行供电。这一部分属于交流电的职责。
但是这些电力如何应用?为日常使用的手机、电脑等电子产品充电,以及驱动空调、冰箱、洗衣机等家用电器的内部电机,这些只有直流电可以做到。
工业用电
工业用电场景中,发电站的电力以交流电的形式进入电网,并进行传输与分配。
而流入实际场景,在各种用电的工业设备中(工业插座、配电箱、电源柱、电池组等),直流电会充分发挥稳定和可控的优势,作为大型用电项目的动力源。
直流电与交流电的相互配合,两方共同守护电力世界的稳定秩序。
直流与交流会相互转化?
在复杂的系统之中,直流电与交流电会通过转化来满足功能需要,并且转化过程会不止一次,以达成电力输送的效益最大化。
比如整流器,可以将交流电转换为直流电,这样才能供电子设备使用;
逆变器,则是在发电端口,将直流电转换为交流电,这样才能把太阳能和风能发电输出并入电网。
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电力行业的学问非常精深,一篇文章并不能完全覆盖成千上万的具体用电场景。“直流电”和“交流电”的话题,还会在电力技术的发展下延展出更多值得挖掘的空间。
在电力宝典系列,我们将分享更多电力行业的经典知识。期待与您一起,共同探索电气时代的过去、现在和未来!