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充电方式繁多 折射纯电动汽车发展困惑中国汽车

作者:秒速赛车发布时间:2018-09-14 20:19

  比亚迪秦车主韩先生表示,由于有私人停车位和充电桩,所以他对充电速度的要求和急迫性并不高。事实上,现阶段购买纯电动汽车的消费者,在有固定充电地点的情况下,都有着与韩先生类似的想法,无论是拥有私人充电桩,还是利用公司停车场下的公用充电桩,只要不用花费过多的精力和时间在充电上,充电桩仍然是他们的首选方案。

  编前:新能源汽车,尤其是纯电动汽车,发展难点在于降低电池成本、缩短充电时间。从目前看,前者在国家补贴政策下得到了有效解决,使消费者不会因价格过高而放弃购买纯电动汽车。但后者仍让很多消费者顾虑,没有固定停车位无法安装充电桩、交流慢充充电时间较长,这些因素直接影响了相当数量的消费者对购买纯电动汽车的态度。为了解决消费者的这点顾虑,无论是学界还是各家车企,都在尝试以不同技术、形式探索纯电动汽车的回血难题。如今,交流慢充、直流快充、大功率充电等技术都在不同程度的应用,无线充电、换电等形式都在探索与尝试。这折射出纯电动汽车发展的一大困惑--相对于传统燃油车只需要去加油站呆上五分钟即可满血复活,纯电动汽车的能量补充之路应如何走?

  此外,配电变压器过载也是纯电动汽车规模化运行的主要限制因素之一。纯电动汽车接入电网后造成的负荷变化可能引发分时段局部配电变压器过载,导致变压器内温度升高,变压器油劣化变质、变压器内绝缘材料加速老化,缩短变压器寿命。据国家发改委能源研究所副研究员刘坚介绍,通过对27个居民小区和21座商业办公楼宇的分析发现,在交流慢速充电模式下,当纯电动汽车保有量占总车辆比重低于20%时,绝大多数居民小区和商业楼宇无需对10千伏配电网进行改造。对于直流快速充电,若纯电动汽车保有量占比达到20%,则有21个居民小区需要进行配电变压器改造,1个居民小区需要同时进行10千伏线个商业楼宇需要进行配电变压器改造,5个商业楼宇需要同时进行10千伏线路改造。

  纯电动汽车的普及乃至替代燃油车,需要在降低购置成本和不改变消费者原有用车习惯两方面入手。从过去几年新能源汽车销量来看,纯电动汽车销量增幅远超插电式混合动力汽车和氢燃料电池汽车,但这与各类政策的综合影响有关。随着国家补贴政策的退坡,纯电动汽车的价格优势正在减弱,如果在充电时长或方式上不能满足消费者需求,纯电动汽车的普及和被更多消费者接受,不确定性将增加。

  直流快充是以直流电直接与纯电动汽车电池相联,在20分钟~2 小时内,以较大的电流为车辆提供快速充电服务。直流充电电压高,对动力电池组的耐压性和保护提出更高要求。由于直流充电电流大,是交流慢充电流的十倍甚至几十倍,对动力电池组产生巨大电流冲击,将会降低动力电池组的循环寿命。直流快充装置工作时,电流峰值能达到上百安培,而且电流上升沿/下降沿时间不超过1分钟,这样的电流变化会对电网造成巨大冲击,且大量纯电动汽车在相近时段内密集直流快充时,负荷总量将考验电网的稳定性和承载力。

  相比于申请新能源汽车的购车指标,让很多准车主更头疼的,是日益严重的停车难问题。新能源汽车指标轮候还算有日可待,但小区里越来越多的汽车,使未来即便买了车也没地方停,更别说找个能固定充电的地方了。

  对于那些没有固定充电地点的消费者来说,只能选择寻找附近的公共充电桩或借其他车主的充电桩进行充电。北汽新能源EU400车主李女士表示,回家时只能等同事的车充满电再借用,而且这一过程很麻烦,需要提前找好车位;到了单位,由于地下充电桩数量有限,也只能到其他地方充电。

  在充电方式上,纯电动汽车企业也在考虑各种解决方案。除了目前最普遍的有线充电,还有企业推出了无线充电概念,此前被抛弃的换电模式技术路线近日再次复活,作为未来面向民用市场的主要能源补充方式之一。在这几类充电方式中可以细分出多种模式,如有线充电可以分为固定地点充电和移动式充电(如充电车、充电宝等);换电模式也有不同形式,如车企专门生产车辆而不提供电池,将电池交给其他公司运营负责,或者各家纯电动汽车企业自行建立换电站,只服务于本品牌产品。可见,纯电动汽车企业正在为解决充电的问题绞尽脑汁。

  现在每三四天就得折腾一趟,感觉很不方便,我更愿意尝试换电模式,这样对我而言比较便捷。李女士表示,因为充电要经常麻烦同事,上班还要比不开车时提前半个小时出门,主要是为了寻找充电桩,用车体验不佳。对于无线充电,李女士认为看起来高大上,但在执行层面与有线充电类似,如果燃油车占用了无线充电的停车位,也是形同虚设。

  事实上,对于配电网的改造是一项艰难而斥资巨大的项目。乙梦超表示,随着城市智能化、网联化的发展,对用电需求的提升无法逃避,配电网升级是迟早要做的事情。纯电动汽车作为目前国内新能源汽车发展的主要方向,可以进一步提升国家对电网的升级速度,只有在达到了负载能力时,各类充电形式才有更大的发展空间。

  无线充电并非新兴技术,它具有充电设备占地小、充电便利性高的特点。此外,由于不需要插拔电源,所以损耗相对较低,后期维护成本低。无线充电的普及之路任重道远,除了需要对现有公共设施进行大规模改造外,无线充电目前还面临一些问题,如充电效率略低于有线充电方式、充电功率仅相当于有线充电的低功率交流充电、存在辐射、在通讯技术和协议方面还未达成统一标准、成本较高等,都是无线充电面临的实际问题。

  大规模纯电动汽车充电将对现有配电网带来明显影响,若不对纯电动汽车充电负荷采取干预措施,势必增加发电及输配电基础设施投资。在配电网方面,纯电动汽车充电将带来加速变压器损耗、提高线损、引发配电网线路拥堵等问题,导致系统可靠性下降。

  大功率充电往往是指充电功率达到350kW的充电方式。大功率充电尽管不能与燃油车加油时间相当,但这种方式已经大大缩短纯电动汽车充电时间。大功率充电对动力电池的充电倍率提出更高要求,目前已经实现了动力电池3C 的充电倍率,4C 也在推广验证阶段,6C 的充电倍率没有出现。另外,在电压方面,纯电动汽车和充电桩的元器件耐压、绝缘等方面,都需要重新设计。最影响消费者使用感受的是,大功率充电因为电流大,充电线会变粗发热,需要添加特殊的冷却系统,提高了充电桩的建造成本和维护使用成本。

  对于这几种充电方式,中国农业大学车辆与交通工程系博士乙梦超认为,充电桩仍然会是纯电动汽车充电方式的主要形式之一,尤其是对充电情况比较稳定的消费者,并不需要考虑换电模式。换电模式未来主要在公共出行领域应用,对一般消费者来说,换电模式虽然简单直接,但这需要车企做大量的工作,包括资金投入、电池储备和场地建设等诸多方面,即便是同一家制造商,不同型号车型也对应不同的电池,这对企业而言是非常大的挑战,换电模式实现盈利很困难。他表示,只有将车和电池分开,由专门负责运营电池的公司提供统一规格的电池,才具备商业化的可能性,但这种情况几乎不可能。

  不过他表示,磁感应线圈还面临一些技术瓶颈,比如需要在车辆和设备间增加无线通讯模块和协议,以告知设备该用多大功率、何时停止等,同时由于磁作用,可能会对通信信号产生干扰,如何抗干扰同样需要解决。

  采用220V 电压和16A 电流为纯电动汽车充电,从无电状态到充满,所需时间一般为8 ~10小时,因为这种充电方式采用交流电,所以被消费者称呼为交流慢充。在低功率的交流充电模式下,其优势在于对动力电池寿命影响和对电网冲击都较小,还能够充分利用电力低谷时段充电,降低使用成本。交流慢充的缺点同样明显,因为充电时间较长,且需要长时间占用一个固定停车位,影响消费者对车辆的使用,尤其是当消费者需要赶时间时,交流慢充的速度会让人难以接受。

  目前市场上出现的移动充电车主要有两种,一种是配备柴油发电机和动力电池及快速充电器装置的充电车,凭借所携带的发电机和电池实现电能的产生和储备,一次可以为2~20辆纯电动汽车慢速充电;另一种为仅携带蓄电池给纯电动汽车进行应急充电的充电车,通过快充模式,使趴窝的纯电动汽车可以正常行驶20~30公里,找到附近的充电桩充电。充电车的主要问题在于车辆成本较高,存在一定安全隐患,在使用频率较低的情况下,运营往往入不敷出,商业价值有待进一步拓展。

  其实我最担心的问题就是没有固定充电车位,家附近、单位停车场的充电设施不多,而且有时候还会被汽油车占用,不被汽油车占用的时候也经常有其他车在充电,只能等待。准备购买纯电动汽车的王先生表示,充电难是他面临的最大问题,晚上回家之前还得为充电在外面等上个把小时,充满了回到小区又没地方停,实在不方便。

  目前,纯电动汽车正在被越来越多的消费者接受。据北京市小客车指标调控管理办公室发布的新一期数据显示,北京市个人新能源汽车申请者突破28万人,与今年第二期相比新增申请者5万人。按照目前的分配规则,今年的个人新能源小客车指标已全部用尽,有超过28万申请人处于轮候状态,新申请者至少还需要等待5年,也就是2024年后才能获得指标。

  如何提升消费者体验,补齐纯电动汽车自身的短板,成为纯电动汽车未来发展的重中之重。首当其冲的是续驶里程,另一个则是能量补充方式。根据某乘用车企业提供的数据显示,消费者普遍认为纯电动汽车的续驶里程应不少于300km,从目前市售的产品情况看,已有不少车型达到了这一要求。也就是说,能量补充问题成为了推广纯电动汽车的主要矛盾点。

  换电模式是用充满电的电池组更换能量接近耗尽的电池组,更换所需时间约10分钟左右,电能补充耗时最短,一定程度上弥补了纯电动汽车续驶里程短和充电时间长的缺陷。纯电动汽车使用者可租用动力电池,降低了纯电动汽车的初次购置成本。更换下来的动力电池可在低谷时段充电,降低了充电成本,提高了车辆运行的经济性,对提高电池的循环寿命有积极意义。但标准化的电池,以及简易化、专业化的更换程序,是应用此种模式的基础,小型纯电动汽车由于设计紧凑,更换电池往往更为复杂。因此,纯电动汽车的设计改进、换电站的区域建设和联网管理,以及标准化电池的流通管理、电池质量的定量评价等工作,需要统筹推进。

  纯电动汽车移动充电宝一般采用退役动力电池重新组合而成,容量往往达到20kWh左右,主要为纯电动汽车应急使用。由于移动充电宝体积较大,个人消费者少有购买,主要为小区物业、出租汽车公司、商圈物业购买使用。由于大型城市的充电网络逐渐完善,移动充电宝的市场愈发狭小,更多时间沦为各种展会上的展品。

  一方面是磁感应线圈存在一定的辐射,不适宜在居住区建设;另一方面,无线充电技术的应用还需要大刀阔斧地改变现有场地结构,在公共停车场,需在地下设置磁感线圈导轨,这样能够避免燃油车占位,纯电动汽车无法充电的窘境,只要纯电动汽车找到车位,磁感线圈可以在地下移动到相应区域,给汽车充电。

  有业内人士表示,分布式发电同样是解决配电网负载过大的一种方案,一位电业工程师表示,分布式发电可以在区域内实现多种能源的利用,比如LNG、太阳能以及风能等,根据西方国家的经验,大电网系统和分布式发电系统相结合是节省投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性的主要方法,这种方式在我国还有巨大的发展空间。

  能量补充分为两个方面,充电速度与充电方式。速度自然是越快越好,但能量密度越高的动力电池,就会需要更长的充电时间,然而这并不是消费者希望的解决方式。因此,在电池容量和能量密度增加的同时,缩短充电时间,提升充电效率就成为了纯电动汽车未来努力的主要方向之一。目前,充电功率越来越高的充电桩越来越多,从过去交流充电桩7~35kW,充电时间为6~8小时的慢充,到30kW、45kW、60kW、75kW、90kW、120kW的直流快充,再到最新研发的350kW大功率充电,其目的旨在用尽可能短的时间充更多的电。