當(dāng)車主們不再滿足電車僅被用來上班代步，實(shí)現(xiàn)長距離持續(xù)補(bǔ)能則成為一件必須正視的事。不得不承認(rèn)，換電是現(xiàn)階段最好的補(bǔ)能模式，但“更換電池”的操作怎樣都覺得有些似曾相識。

 

 

這不就是以前手機(jī)電池拆卸自由的樣子嘛！引入共享概念之后，換電模式的大范圍鋪開變得更加暢通無阻。看著蔚來換電站一座座的建立，心中不免產(chǎn)生疑問：被稱作“大號手機(jī)”的智能電動汽車，會不會也走上手機(jī)的老路？

 

淺談超充技術(shù)

 

相對于手機(jī)，智能電動汽車補(bǔ)能所涉及到的因素更多，場景更復(fù)雜。除了人為方面的阻礙，充電技術(shù)依舊存在欠缺，尤其是現(xiàn)在快節(jié)奏的生活方式下，超級快充的高效率低成本實(shí)現(xiàn)就變得尤為重要。

 

研究超級快充，最根本的目的就是為了讓充電時間變得盡可能短。從物理角度，P=UI，可以很好地解答如何提高充電功率的問題，簡單來說，提高電壓和增加電流就能提高功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)縮短充電時長的目的。但需要注意的一點(diǎn)是，Q=PT,當(dāng)時間越長，功率越大時，充電樁散出的熱量也就越高，通俗來講就是“容易燒掉”。

 

 

以特斯拉最新V3超級充電樁為例，支持最高達(dá)250kW的峰值充電功率，號稱充電15分鐘就能行駛120公里；充電前自動預(yù)熱電池，更容易進(jìn)入峰值功率充電狀態(tài)；采用全新液冷線線纜，避免被“燒”的同時，更避免遭遇甩鍋給用戶、國家電網(wǎng)的尷尬情況。

 

講到這里，除了干巴巴的幾行字，似乎也沒有說到V3超充的技術(shù)創(chuàng)新，其實(shí)我也想扒一些讓人眼前一亮的技術(shù)干貨，但超充的關(guān)鍵技術(shù)就是這般“平平無奇”：液冷和高功率。

 

實(shí)現(xiàn)高功率充電，充電樁內(nèi)部散熱和充電電纜散熱都是必須要解決的事情。在風(fēng)冷降溫效果堪憂的情況下，液冷散熱則是目前可見范圍內(nèi)最實(shí)際的解決方案。

 

正如下圖所示，液冷的工作原理也說不上太難，除了導(dǎo)熱材料和冷卻液的選取，就是冷卻液專門循環(huán)通道的密封設(shè)計，以及推動液體循環(huán)“動力泵”的研發(fā)。

 

 

充電樁內(nèi)部散熱的好壞直接就決定了設(shè)備的使用壽命和穩(wěn)定性，而密封方面的設(shè)計則更需要注意，畢竟當(dāng)管路冷卻液發(fā)生泄露時，冷卻系統(tǒng)失效，充電柱自燃的可能性就會被無限放大。

 

另外，充電電纜也需要布置冷卻技術(shù)，這是一種解決“輸電發(fā)熱”的普遍方法。不得不說的一點(diǎn)是，做了液冷之后，充電線纜還能進(jìn)一步縮小直徑，使充電插頭變得更加小巧輕盈，最新的特斯拉V3就是這樣，借助液冷線纜，實(shí)現(xiàn)了單手充電自由。

 

講完液冷，嘮上幾句提高功率的事也未嘗不可。畢竟在功率元器件依舊依賴進(jìn)口的情況下，再三強(qiáng)調(diào)“卡脖子”的問題也不為過。

 

 

現(xiàn)階段，實(shí)現(xiàn)超級快充勢必需要依靠直流充電的方式，而想要增加充電樁的輸出功率，最直接的解決方法就是重新設(shè)計一款直流電源，并考慮到功率限制、成本等諸多方面的因素。充電樁的輸出功率不可能無限制擴(kuò)張，只能盡可能在一定體積內(nèi)滿足最大限度的“功率密度”。

 

實(shí)際上，能夠?qū)崿F(xiàn)超級充電，占總成本50%以上的“充電模塊”功不可沒。該模塊的主要作用在于將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換為充電的直流電，原理方面會涉及到三相交流電的整流濾波、交直流電壓轉(zhuǎn)變、高低頻變壓，以及IGBT模塊的應(yīng)用等。

 

 

很有意思的是，IGBT器件并不僅僅被用于充電樁，它還是本次“汽車芯片荒”中除了MCU之外的“主角”之一。整車內(nèi)部的IGBT模塊主要是在電池放電的時候，將直流電轉(zhuǎn)變成交流電機(jī)使用的交流電，同時控制交流電機(jī)的變頻，進(jìn)而保證百公里加速趕超油車的關(guān)鍵器件。

 

目前，就國內(nèi)而言，好像只有比亞迪有底氣說自己不缺IGBT芯片，哪怕星星充電、特來電等第三方充電樁頭部企業(yè)都曾表示過對IGBT等功率元器件實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)，但必須承認(rèn)，多數(shù)企業(yè)的相關(guān)零部件還是依賴于進(jìn)口。

 

也就是說，雖然“囤貨”能夠解決燃眉之急，但只有將相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈完善，并可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)制造之后，才算是真正邁出了第一步，而且關(guān)于超級充電技術(shù)的發(fā)展，還需要考慮到另一項(xiàng)技術(shù)的適配：電池技術(shù)。

 

電池技術(shù)是產(chǎn)業(yè)桎梏

 

現(xiàn)在的超級快充技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了很大的進(jìn)步，但如何在大功率充電下保證電池的安全和壽命依舊是難點(diǎn)所在。就比如快速充電所導(dǎo)致的電池負(fù)極“結(jié)晶化”。

 

 

以鋰電池為例，在充電過程中，電池的負(fù)極會吸引鋰離子從正極向負(fù)極運(yùn)動，當(dāng)充電速度過快，鋰離子的移動速度就會隨之變快，如果此時的負(fù)極材料不能滿足鋰離子的快速通過，就會引起負(fù)極鋰離子堆積過盛，進(jìn)而形成一層“結(jié)晶”，從而影響到整個電池的可循環(huán)利用。

 

換句話說，當(dāng)充電樁能夠提供足夠的大功率充電時，汽車電池方面反而后繼無力了。雖然，利用石墨烯做正負(fù)極材料應(yīng)該可以解決此類問題，但現(xiàn)階段的石墨烯電池還停留在實(shí)驗(yàn)室和衛(wèi)星上，因成本問題并不能商用。而且，這也只不過是電池技術(shù)中一個比較明顯的技術(shù)難點(diǎn)而已。

 

 

從結(jié)構(gòu)上劃分，電動汽車電池可分為蓄電池和燃料電池兩大類別。相對于蓄電池來說，燃料電池的技術(shù)并不成熟，所以更穩(wěn)妥的方案是利用蓄電池。蓄電池的主流是鋰離子電池，主要以磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池為主。

 

相對比而言，三元鋰電池的前途似乎更好，尤其是固態(tài)三元鋰電池一出，其安全性問題也得到了很好的解決。所以，哪怕磷酸鐵鋰電池的成本更低，三元鋰電池反而會更受各方的青睞。就比如蔚來ET7選擇搭載的固態(tài)電池，再比如特斯拉一直以來使用的松下三元鋰等。

 

電網(wǎng)能否承受？

 

隨著充電樁越來越多，電網(wǎng)的用電負(fù)荷必然越來越大，各地推行錯峰充電也是出于這個原因。盡管國家電網(wǎng)每年也會對線路進(jìn)行擴(kuò)容改造，但擴(kuò)容的速度一般很難能夠跟上充電站對能源的需求，更何況是去鋪設(shè)對電網(wǎng)影響力更大的大功率充電樁。

 

 

當(dāng)某個地區(qū)需要大功率供電時，往往會提前做好電網(wǎng)規(guī)劃和布局，比如在附近建設(shè)變電站、改造供電高壓線路等。然而矛盾的是，現(xiàn)有充電需求旺盛的區(qū)域，往往配套的電網(wǎng)基礎(chǔ)已經(jīng)鋪設(shè)完畢，相應(yīng)的電網(wǎng)擴(kuò)容難度也就隨之增大，再加上審批、新建電纜溝等必要步驟，都需要花費(fèi)更多的時間和成本。

 

所以，在現(xiàn)有的供電基礎(chǔ)上建設(shè)大功率充電樁，更像是一項(xiàng)拼手速的操作，功率限制下，固定地區(qū)的大功率點(diǎn)位競爭將會變得更加激烈，畢竟誰建設(shè)的快，就意味著誰能夠通過更小的代價，占到一份超級充電市場份額。

 

而且，從發(fā)展的觀念來看，超級快充服務(wù)很有可能會成為未來電動汽車競爭的重要戰(zhàn)場之一，畢竟“人無我有，人有我優(yōu)”的競爭力才會更加強(qiáng)勁。

 

 

目前，特斯拉在中國大陸的超級充電樁數(shù)量已經(jīng)突破了6,000根，而且上海超級充電樁工廠也在今年2月份正式建成并投產(chǎn)，初期規(guī)劃年產(chǎn)能預(yù)計10,000根，如果全部布置下去，那將會是一個十分可觀的規(guī)模。

 

小鵬汽車“玩的更野”，全國100個城市建立了超過670個的超充站點(diǎn)，并且“鵬”友們還能享受終身免費(fèi)充電的服務(wù)，優(yōu)越性油然而生。

 

蔚來則是更熱衷于布置換電站，不過超充方面也沒有放棄，或者稱其為充換電一體站。數(shù)量上，蔚來已經(jīng)在全國范圍內(nèi)布局約232座換電站，以及169座超充站，而且數(shù)字也還在不斷上升中。

 

另外，值得注意的一點(diǎn)是，除了“新勢力”之外，傳統(tǒng)車企也在加緊布置超級充電站等服務(wù)站點(diǎn)。奧迪就是其中很有代表性的一家，其最近提出的大功率充電中心解決方案引起了很多思考。

 

 

奧迪的大功率充電中心是兩層設(shè)計，一層充電，二層是休息區(qū)和食堂。除了能提供300kw的充電輸出外，奧迪的大功率充電中心還在屋頂配備了太陽能電池板進(jìn)行補(bǔ)能。更有意思的是，該充電中心的電能，竟然是由一些被用過的鋰電池提供，此時的鋰電池既作為電能緩沖存儲器存在，還能解決高壓線纜、變壓器等昂貴基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)展問題，成本得到了很有效地控制。

 

當(dāng)某處節(jié)約了成本，是否就意味著可以在培養(yǎng)用戶習(xí)慣上，下更深的功夫？總的來說，為了解決充電焦慮，各大車企都有自己的一套解決方法，換電也好、超級充電也好、儲能再轉(zhuǎn)換也好，都不過是為了占據(jù)更多的電動汽車市場份額。但如果說，什么樣的補(bǔ)能方式才是未來，那可能還需要去看各大車企對市場的“教育”程度。

 

或許人們更容易接受換電，3分鐘就解決，很颯；或許人們更喜歡充電之余放空自己，30分鐘也不是不能等；亦或是無線充電也給安排上，汽車行駛過程中就實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)能，未來的一切誰又說的準(zhǔn)呢！