充電樁、換電、無線充電及增程式技術(shù)，誰能更好緩解電動汽車里程焦慮？

在全球范圍內(nèi),電動汽車市場從2011年開始進入高速發(fā)展期,近兩年中國新能源汽車市場急劇增長,呈爆發(fā)之勢,全球新能源汽車市場逐步向中國轉(zhuǎn)移,各地對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的布局也在逐步擴大。

當前,大部分的電動汽車車主都會面臨找不到充電樁、充電樁車位被汽油車侵占、充電功率不穩(wěn)定、充電等待時間長等“充電難”的問題。

為了解決這些問題,除了國家在政策上推動基礎(chǔ)建設(shè),電動車企業(yè)也為解決問題作出了很多實質(zhì)性的嘗試,有業(yè)界人士認為,在經(jīng)歷“跑馬圈地”、“野蠻生長”和“市場寒冬”后,2019年電動汽車充電行業(yè)的發(fā)展環(huán)境會大幅改善,市場將出現(xiàn)更多可能性。

在公共設(shè)施建設(shè)仍落后,動力電池長時間難以形成革命性技術(shù)突破的當下,為了解決純電動車引發(fā)的里程焦慮,逐電動汽車根據(jù)充電方式不同分為充電樁充電、換電、借助增程式技術(shù)等多種方式。

本篇文章就來對不同的充電方式進行一下介紹。

充電樁

目前,充電模式仍是國內(nèi)大多數(shù)新能源汽車企業(yè)所采取的主流方式,也是絕大多數(shù)新能源汽車車主對充電方式的認知。新能源車企堅持“充電模式”是基于可以自主掌控電池等核心技術(shù),進而在新能源汽車的發(fā)展上掌握主動權(quán),同時也掌控電池技術(shù)帶來的利潤。從消費者使用的角度,充電模式可以避免電池反復拆裝。

充電樁充電分為家用充電樁和公用充電樁。

家用充電樁

首先,家用充電樁是最常見的一種充電樁,在購買電動汽車時,一般都會隨車贈送家用充電樁,并會安排技術(shù)人員上門安裝調(diào)試,但是其前提是需要有車位并且物業(yè)同意安裝。

這種充電方式是采用恒壓、恒流的傳統(tǒng)充電方式對電動汽車進行充電,可使用家用電源或?qū)Ｓ玫某潆姌峨娫?。充電電流較小一般在15A左右,電流可直流或者兩相交流電和三相交流電,因此視電池組容量大小充電時間為5至8小時。

車載充電模式充電時間較長,不能滿足車輛的緊急運行需要。但其對充電的要求并不高,充電器和安裝成本較低,可充分利用電力低谷時段進行充電,降低充電成本,可對電池深度充電,提升電池充放電效率,延長電池壽命。

由于在充電時只需要將車載充電頭插到停車場或者家用的電源插座上,因此,充電過程一般由客戶自己獨立完成。

公共充電樁

公共充電樁的優(yōu)點就是可以根據(jù)實際情況選擇直流快充和交流慢充,而且也是唯一支持直流快充的地方。但缺點也很明顯,公共充電樁現(xiàn)階段建設(shè)較少,不容易找到,找到后也不容易占到,而且充電費用較高。

公共充電樁一般由國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)以及民營公司等電力企業(yè)建設(shè)并維護經(jīng)營,一般分為快充和慢充,前者使用直流電,后者使用交流電。
直流快充的電流和電壓一般在150～400A和200～750V,充電功率大于50kW,使電池在短時間內(nèi)可充至80%左右的電量,因此也稱為應急充電。

相對于常規(guī)的充電而言,成本要高。并且快速充電的電流電壓較高,短時間內(nèi)對電池的沖擊較大,容易令電池的活性物質(zhì)脫落和電池發(fā)熱,因此對電池保護散熱方面要求有所更高的要求,并不是每款車型都可快速充電。無論電池再完美,長期快速充電終究影響電池的使用壽命。同時快速充電站可能對公用電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,從而影響公用電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定。

雖然直流快充樁充電速度更快,但是受用電負荷和建樁成本的限制,在一個充電站里,直流快充樁的數(shù)量肯定是占少數(shù)的,交流慢充在成本方面有優(yōu)勢,充電樁數(shù)量也較多,為了利用有限的資源為更多人提供充電服務(wù),需要補充較多的交流慢充樁。

目前,利用快速充電樁解決里程焦慮,是目前多數(shù)廠商選擇的模式,其中,部分廠商除了依靠社會資源以外,還建立了自營充電樁。以現(xiàn)階段的技術(shù)水平,一輛電動車的電量從低位充至80%,時間普遍不超過30分鐘,近期特斯拉最新公布的V3超級充電樁已經(jīng)可以實現(xiàn)充電5分鐘行駛120公里。國內(nèi)市場方面,特斯拉、小鵬汽車、蔚來是自建超級充電樁的品牌代表。

自建充電樁考驗前期投入,不僅需要打通電網(wǎng),而且需要企業(yè)支付高昂的建設(shè)費用;另一方面,超充對于車輛電池存在一定的損耗,同時,也存在燃油車占位的問題,比較考驗企業(yè)的技術(shù)功底和運營能力。

但自建充電樁的優(yōu)勢也顯而易見,建成后便不再需要大規(guī)模的持續(xù)投入,成本較為可控,如果運營得當,長期還可以實現(xiàn)盈利。另一方面,企業(yè)可以針對充電樁進行大量多樣化的配置,形成獨特的服務(wù)優(yōu)勢。

但目前我國電動汽車充電樁行業(yè)還處于發(fā)展初期,高投資、回報周期長、盈利模式不清晰等問題依舊存在,除了幾家頭部企業(yè)已經(jīng)完成相對完整和成熟的商業(yè)布局之外,相當一部分企業(yè)還處于融資難、持續(xù)虧損的尷尬發(fā)展狀態(tài)中。

換電

雖然充電模式占據(jù)目前新能源汽車補電方式的主流,但是換電模式依然有著大量的擁泵。

最早推出換電模式的是以色列的Better Place公司,最終由于投資成本過高、發(fā)展過于緩慢而宣布破產(chǎn)。此外,特斯拉也大力推行過換電模式,不過最終以昂貴的價格和糟糕的服務(wù)體驗而收場。而中國國家電網(wǎng)曾推行的換電模式也全面敗北。

早前的換電先驅(qū)雖然遭遇滑鐵盧,但是如今北汽新能源、力帆、車和家、蔚來汽車等一批車企,又毅然走上了換電道路,換電模式大有東山再起之勢。

換電是另一種技術(shù)方案,換電模式可以更好地利用波峰波谷的電力,占地面積也更小,土地和配電資源利用率非常高。另外,換電站的電池可以根據(jù)供需在快充、慢充之間自由切換,集中式、專業(yè)化的充放電管控,有利于延長電池使用壽命。同時還可以最大限度減少個人充電帶來的事故隱患,安全性大大上升。此外,換電的最大優(yōu)勢在于等待時間短,更加接近汽油車加油的體驗。

但是,換電模式最大的弊端在于通用性極低,便利性和成本很難實現(xiàn)兼顧,此外其發(fā)展阻礙來自產(chǎn)品標準化,來自于商業(yè)模式,來自整車廠、換電運營商各方利益不統(tǒng)一。

總之,充電樁的充電模式和換電模式都有各自的優(yōu)劣勢,以目前的技術(shù)水平和商業(yè)化環(huán)境來看,未來這兩種模式究竟哪種能夠勝出還很難定斷,換電模式和快充模式誰能贏得市場,還都有待考驗。

增程式充電

增程式技術(shù)是在傳統(tǒng)純電動車的基礎(chǔ)上,另辟蹊徑增加了一臺可以為電池充電的增程器,提高了自身的續(xù)航里程,增程器主要是以汽油發(fā)動機為主,電池電量不足時,車子可以一邊跑一邊靠發(fā)電機給電池充電。

理想制造的首款車采用的便是增程式方案,不過由于這種做法并沒有受到政策的廣泛認可,所以發(fā)展局限性非常大。

未來充電方式

(1)無線充電

無線充電模式無需通過電纜來傳遞能量,采用電磁感應、電場耦合、磁共振和無線電波等方式進行能量的傳遞。采用無線充電模式,需要在車上安裝車載感應充電機,車輛的受電部分與供電部分沒有機械鏈接,但需要受電體與供電體對接較為準確。

無線充電受制于技術(shù)成熟度和基礎(chǔ)設(shè)備的限制,無線充電技術(shù)暫時還無法大批量產(chǎn)應用。業(yè)內(nèi)主流的無線充電技術(shù)主要采用電磁感應和磁共振方式傳遞電能,但磁共振方式充電效率更高,而且電磁輻射強度更低,更重要一點是送電線圈與受電線圈無需非常對齊,這一點是電磁感應所不及的。

能邊走邊充電的無線充電模式未來應用前景大好,電能可能來自于路面鋪裝的供電系統(tǒng),或者來自于汽車上接收的電磁波能量。公路上行駛的電動汽車可通過安裝在電線桿或其他高層建筑上的發(fā)射器快速補充電能,電費從汽車上安裝的預付卡中扣除。

(2)移動式充電樁

對電動汽車蓄電池而言,理想的情況是汽車在路上巡航時充電,即所謂的移動式充電(MAC)。MAC系統(tǒng)埋設(shè)在一段路面之下,即充電區(qū),不需要額外的空間。

MAC系統(tǒng)分為接觸式和感應式兩種。

對接觸式MAC系統(tǒng)而言,需要在車體的底部裝一個接觸拱,通過與嵌在路面上的充電元件相接觸,接觸拱便可獲得瞬時高電流。當電動汽車巡航通過MAC區(qū)時,其充電過程為脈沖充電。

由于機械損耗和接觸拱的安裝位置等因素的影響,接觸式的MAC存在一定的局限性。對于感應式MAC系統(tǒng),車載式接觸拱由感應線圈所取代,嵌在路面上的充電元件由可產(chǎn)生強磁場的高電流繞組所取代。

其實很早以前人們就提出過修建充電公路的想法,將充電線圈植入公路,形成電磁場,電磁場通過與一個線圈發(fā)生反應,為汽車充電。

這種充電方式目前仍處在理論研究階段,由于技術(shù)不成熟,以及對現(xiàn)有公路進行改造和安裝必要的基礎(chǔ)設(shè)施費用極高,在相當長的一段時間里面,應該不容易實現(xiàn)。

結(jié)語

中國正經(jīng)歷著電動車快速發(fā)展的全新時代,無論整車企業(yè)、三電技術(shù)還是服務(wù)體系,都站在時代的潮頭,書寫著前所未有的歷史,受益于新能源汽車應用的快速增長,我國新能源汽車充電設(shè)施行業(yè)將面臨巨大的發(fā)展空間。

盡管現(xiàn)階段電動汽車充電設(shè)施各項關(guān)鍵技術(shù)已趨于成熟,但每一種充電模式都有明顯短板,無論何種充電模式,其目的都是讓車輛可以更高效、安全的行駛更遠的路程。

究竟哪種充電模式能夠走到最后,還需要市場和時間來驗證。