大多数人回到家后会很自然地将手机插上电源给电池快速充电，而且很清楚充电会立即开始，并且很快就会完成。我们认为这样的充电过程是理所当然的。作为工程师，我们知道充电过程需要简单的电池充电电路和外加电源。但遗憾的是，对于电动汽车则并非如此，它们的电力要求给消费者和电力公司带来了挑战。

        当消费者选择速度最快的充电模式(交流2级)在三小时内完成充电时，为电动汽车充电的功率要求可达6.6 kW(典型值)。交流2级充电模式指定了标称220V和最高80A的电源，这意味着，这3小时内的负载高达3.3或6.6 kW。从电力公司的角度看，这是一项巨大的挑战，因为美国西海岸的普通家庭在24小时内的耗电量约为2-3 kW。如图1所示，对于每台在夜间以2级速率充电的电动汽车，在电力公司看来，相当于增加了1-3个家庭的负载量。

        从宏观层面上看，电网上增加1-3个家庭不是问题，其实就相当于建造了几间新房屋或一个购物中心。但是，电动汽车将作为负载添加到现有居民区，这些居民区的“最后一英里”基础设施(如变压器和供电线路)是根据房屋大小制造和安装的。例如，为同一住宅区中6到8个家庭供电的“典型”北美变压器。增加一台2级充电器通常不是问题，不过会占用一部分计划内开销以及安全裕量。如果再有一家居民增加一台2级充电器，变压器所面临的将不仅是30 - 40%的负载增加，而是压缩在三小时时段内的额外6.6-13.2 kW。对于电力公司而言，这显然是一个大问题，因为基于居民区的设备可能会发生故障，并因此导致分散的电力中断，给居民带来相关的安全风险。

        夜间充电往往被认为是合理的选择，但可惜的是，它并不是一个完美的解决方案。诚然，这样可能有更充足的电力，因为夜间电力负载大大降低，而且较低的温度使设备能提供更多电力，然而这并不能保证为一台充电器提供足够的电力，更不用说使用多台充电器。另一个要考虑的事实是许多电力公司需要靠较轻的夜间负载使变压器冷却，否则将影响散热。

        电力公司会为了安装2级充电器而被迫研究居民区基础设施吗？如果置之不理，后果可能非常严重。公共事业公司可能面临对大量设备进行计划外升级的局面，而这些设备在购买时本来预期能使用几十年，更不用说还有移除和安装设备的人力成本。

        解决这一问题的一个主要方案是协调充电。每个充电器将与了解配电基础设施和实时负载情况的高级系统进行通信。例如，假设由同一变压器供电的两个邻居相差不到30分钟到家，并且开始给电动汽车充电。中央协调器能检查变压器(和上游设备)的当前负载并确定开始时间和可能的充电级别。如果变压器负载在充电过程中发生变化，协调器将发送更新信息以修改充电级别，甚至启动需求响应/用电限制事件，使充电器延迟工作。

        为确保充电器和协调器能在公共网络上通信，目前正在制定相应的行业标准。该网络中的关键通信路径在电动汽车和充电器之间以及充电器和电力公司之间。在本文中为便于说明，假设交流2级充电器在电动汽车外部。

        电动汽车和充电器之间的通信非常适合使用电力线载波(PLC)技术，因为存在符合SAE J1772定义的固定硬接线连接。PLC系统通过在直流或低频交流电力线上叠加高频调制载波信号来运行。然后载波信号在接收端经过去耦和解调，恢复得到信息。Ariane Controls的总裁Jean-Pierre Fournier说，“PLC技术面临着传统电力线上阻抗变化大、噪声显著和信号衰减大的难题。但是，充电器到电动汽车这段连接的阻抗和噪声源已被人们掌握，并且是固定的，因而可提供十分可靠的PLC连接。”

        目前，针对物理层通信的SAE标准有两项提案正在讨论中。一项提案针对J2931/2标准，该标准定义了控制导向装置上的带内信号；另一项提案针对J2931/3标准，该标准定义了插电式电动汽车通过电力线进行的电力线通信。消息传送协议的定义正在SAE J2847标准中逐步完善。如图2中所示，这些标准的目标是确保各家制造商的充电器可与不同电力公司通信。

        充电器和电力公司之间的通信可通过多种技术来实现，这些技术成熟而可靠，并拥有各自的优势和成本结构。充电器连接到家庭局域网并使用现有Internet连接与电力公司服务器通信。Wi-Fi 802.11协议是最常见的解决方案。另一种选择是使用专利无线网络配合额外的硬件，通过该硬件将专利无线连接桥接到Internet网关/路由器上的硬接线以太网连接。对于已经采用无线技术(如基于ZigBee(r)协议的无线技术)部署电表的电力公司来说，也可以直接连接到智能电表。充电器还可采用长距离无线技术(如蜂窝网络或WiMax)与电力公司之间进行消息的收发。通信能力和相关的用户界面是充电器制造商增加独特价值的主要领域(见图2)。

        电力公司、汽车制造商和充电器制造商正在共同努力实现插电式电动汽车的快速充电。这已不是什么新鲜事了。早在几十年前，当家庭中开始增加电视机、中央空调或计算机等新产品时，该行业就曾面临类似的挑战。随着标准的起草和生效以及产品逐步进入主流，消费者将理所当然地认为对电动汽车充电应当与现在对手机充电一样简单而便捷。