充电桩、换电、无线充电及增程式技术，谁能更好缓解电动汽车里程焦虑？

在全球范围内,电动汽车市场从2011年开始进入高速发展期,近两年中国新能源汽车市场急剧增长,呈爆发之势,全球新能源汽车市场逐步向中国转移,各地对基础设施建设的布局也在逐步扩大。

当前,大部分的电动汽车车主都会面临找不到充电桩、充电桩车位被汽油车侵占、充电功率不稳定、充电等待时间长等“充电难”的问题。

为了解决这些问题,除了国家在政策上推动基础建设,电动车企业也为解决问题作出了很多实质性的尝试,有业界人士认为,在经历“跑马圈地”、“野蛮生长”和“市场寒冬”后,2019年电动汽车充电行业的发展环境会大幅改善,市场将出现更多可能性。

在公共设施建设仍落后,动力电池长时间难以形成革命性技术突破的当下,为了解决纯电动车引发的里程焦虑,逐电动汽车根据充电方式不同分为充电桩充电、换电、借助增程式技术等多种方式。

本篇文章就来对不同的充电方式进行一下介绍。

充电桩

目前,充电模式仍是国内大多数新能源汽车企业所采取的主流方式,也是绝大多数新能源汽车车主对充电方式的认知。新能源车企坚持“充电模式”是基于可以自主掌控电池等核心技术,进而在新能源汽车的发展上掌握主动权,同时也掌控电池技术带来的利润。从消费者使用的角度,充电模式可以避免电池反复拆装。

充电桩充电分为家用充电桩和公用充电桩。

家用充电桩

首先,家用充电桩是最常见的一种充电桩,在购买电动汽车时,一般都会随车赠送家用充电桩,并会安排技术人员上门安装调试,但是其前提是需要有车位并且物业同意安装。

这种充电方式是采用恒压、恒流的传统充电方式对电动汽车进行充电,可使用家用电源或专用的充电桩电源。充电电流较小一般在15A左右,电流可直流或者两相交流电和三相交流电,因此视电池组容量大小充电时间为5至8小时。

车载充电模式充电时间较长,不能满足车辆的紧急运行需要。但其对充电的要求并不高,充电器和安装成本较低,可充分利用电力低谷时段进行充电,降低充电成本,可对电池深度充电,提升电池充放电效率,延长电池寿命。

由于在充电时只需要将车载充电头插到停车场或者家用的电源插座上,因此,充电过程一般由客户自己独立完成。

公共充电桩

公共充电桩的优点就是可以根据实际情况选择直流快充和交流慢充,而且也是唯一支持直流快充的地方。但缺点也很明显,公共充电桩现阶段建设较少,不容易找到,找到后也不容易占到,而且充电费用较高。

公共充电桩一般由国家电网、南方电网以及民营公司等电力企业建设并维护经营,一般分为快充和慢充,前者使用直流电,后者使用交流电。
直流快充的电流和电压一般在150～400A和200～750V,充电功率大于50kW,使电池在短时间内可充至80%左右的电量,因此也称为应急充电。

相对于常规的充电而言,成本要高。并且快速充电的电流电压较高,短时间内对电池的冲击较大,容易令电池的活性物质脱落和电池发热,因此对电池保护散热方面要求有所更高的要求,并不是每款车型都可快速充电。无论电池再完美,长期快速充电终究影响电池的使用寿命。同时快速充电站可能对公用电网产生冲击,从而影响公用电网的安全和稳定。

虽然直流快充桩充电速度更快,但是受用电负荷和建桩成本的限制,在一个充电站里,直流快充桩的数量肯定是占少数的,交流慢充在成本方面有优势,充电桩数量也较多,为了利用有限的资源为更多人提供充电服务,需要补充较多的交流慢充桩。

目前,利用快速充电桩解决里程焦虑,是目前多数厂商选择的模式,其中,部分厂商除了依靠社会资源以外,还建立了自营充电桩。以现阶段的技术水平,一辆电动车的电量从低位充至80%,时间普遍不超过30分钟,近期特斯拉最新公布的V3超级充电桩已经可以实现充电5分钟行驶120公里。国内市场方面,特斯拉、小鹏汽车、蔚来是自建超级充电桩的品牌代表。

自建充电桩考验前期投入,不仅需要打通电网,而且需要企业支付高昂的建设费用;另一方面,超充对于车辆电池存在一定的损耗,同时,也存在燃油车占位的问题,比较考验企业的技术功底和运营能力。

但自建充电桩的优势也显而易见,建成后便不再需要大规模的持续投入,成本较为可控,如果运营得当,长期还可以实现盈利。另一方面,企业可以针对充电桩进行大量多样化的配置,形成独特的服务优势。

但目前我国电动汽车充电桩行业还处于发展初期,高投资、回报周期长、盈利模式不清晰等问题依旧存在,除了几家头部企业已经完成相对完整和成熟的商业布局之外,相当一部分企业还处于融资难、持续亏损的尴尬发展状态中。

换电

虽然充电模式占据目前新能源汽车补电方式的主流,但是换电模式依然有着大量的拥泵。

最早推出换电模式的是以色列的Better Place公司,最终由于投资成本过高、发展过于缓慢而宣布破产。此外,特斯拉也大力推行过换电模式,不过最终以昂贵的价格和糟糕的服务体验而收场。而中国国家电网曾推行的换电模式也全面败北。

早前的换电先驱虽然遭遇滑铁卢,但是如今北汽新能源、力帆、车和家、蔚来汽车等一批车企,又毅然走上了换电道路,换电模式大有东山再起之势。

换电是另一种技术方案,换电模式可以更好地利用波峰波谷的电力,占地面积也更小,土地和配电资源利用率非常高。另外,换电站的电池可以根据供需在快充、慢充之间自由切换,集中式、专业化的充放电管控,有利于延长电池使用寿命。同时还可以最大限度减少个人充电带来的事故隐患,安全性大大上升。此外,换电的最大优势在于等待时间短,更加接近汽油车加油的体验。

但是,换电模式最大的弊端在于通用性极低,便利性和成本很难实现兼顾,此外其发展阻碍来自产品标准化,来自于商业模式,来自整车厂、换电运营商各方利益不统一。

总之,充电桩的充电模式和换电模式都有各自的优劣势,以目前的技术水平和商业化环境来看,未来这两种模式究竟哪种能够胜出还很难定断,换电模式和快充模式谁能赢得市场,还都有待考验。

增程式充电

增程式技术是在传统纯电动车的基础上,另辟蹊径增加了一台可以为电池充电的增程器,提高了自身的续航里程,增程器主要是以汽油发动机为主,电池电量不足时,车子可以一边跑一边靠发电机给电池充电。

理想制造的首款车采用的便是增程式方案,不过由于这种做法并没有受到政策的广泛认可,所以发展局限性非常大。

未来充电方式

(1)无线充电

无线充电模式无需通过电缆来传递能量,采用电磁感应、电场耦合、磁共振和无线电波等方式进行能量的传递。采用无线充电模式,需要在车上安装车载感应充电机,车辆的受电部分与供电部分没有机械链接,但需要受电体与供电体对接较为准确。

无线充电受制于技术成熟度和基础设备的限制,无线充电技术暂时还无法大批量产应用。业内主流的无线充电技术主要采用电磁感应和磁共振方式传递电能,但磁共振方式充电效率更高,而且电磁辐射强度更低,更重要一点是送电线圈与受电线圈无需非常对齐,这一点是电磁感应所不及的。

能边走边充电的无线充电模式未来应用前景大好,电能可能来自于路面铺装的供电系统,或者来自于汽车上接收的电磁波能量。公路上行驶的电动汽车可通过安装在电线杆或其他高层建筑上的发射器快速补充电能,电费从汽车上安装的预付卡中扣除。

(2)移动式充电桩

对电动汽车蓄电池而言,理想的情况是汽车在路上巡航时充电,即所谓的移动式充电(MAC)。MAC系统埋设在一段路面之下,即充电区,不需要额外的空间。

MAC系统分为接触式和感应式两种。

对接触式MAC系统而言,需要在车体的底部装一个接触拱,通过与嵌在路面上的充电元件相接触,接触拱便可获得瞬时高电流。当电动汽车巡航通过MAC区时,其充电过程为脉冲充电。

由于机械损耗和接触拱的安装位置等因素的影响,接触式的MAC存在一定的局限性。对于感应式MAC系统,车载式接触拱由感应线圈所取代,嵌在路面上的充电元件由可产生强磁场的高电流绕组所取代。

其实很早以前人们就提出过修建充电公路的想法,将充电线圈植入公路,形成电磁场,电磁场通过与一个线圈发生反应,为汽车充电。

这种充电方式目前仍处在理论研究阶段,由于技术不成熟,以及对现有公路进行改造和安装必要的基础设施费用极高,在相当长的一段时间里面,应该不容易实现。

结语

中国正经历着电动车快速发展的全新时代,无论整车企业、三电技术还是服务体系,都站在时代的潮头,书写着前所未有的历史,受益于新能源汽车应用的快速增长,我国新能源汽车充电设施行业将面临巨大的发展空间。

尽管现阶段电动汽车充电设施各项关键技术已趋于成熟,但每一种充电模式都有明显短板,无论何种充电模式,其目的都是让车辆可以更高效、安全的行驶更远的路程。

究竟哪种充电模式能够走到最后,还需要市场和时间来验证。