電動汽車(EV)有可能統治道路——如果充電站夠多,並提供更多助力的話。

據市調機構IHS估計,到2020年全球將有超過1,270萬座充電站可供使用,而今天可用的充電站不足100萬座。要實現這一目標,就需要在電動汽車利益相關方的工作中確定成本結構、使用模式和標準,以確保配套基礎設施的到位。

在率先採用電動汽車的地區,公用事業機構和政府機關已經採取行動,鼓勵司機使用電動汽車替換燃油車。例如,今年1月,美國加州三家最大的電力公司提交了總額超過10億美元的撥款提案,等待州政府公共事業委員會的批准,以幫助加州在未來5年實現其電動汽車目標和減排指標。

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標準和安規

市面上有三種電動汽車充電平台,每一種都針對不同的充電條件和要求:

˙一級(120V充電):任何電動汽車附帶的充電線都有一個標準的三腳插頭,可以插入接地的牆上插座,另一端有車載充電介面。插入時,充電線路會檢測電路,確認電路是否正確接地,電流是否足夠大,而能為汽車供電。

一級是三種充電中最慢的。對於具有4~18kWh的小電池組的插入式混合動力車來說,一級可以在幾小時到一夜之間給車輛充滿電。

˙二級(240V充電):許多家庭和公共充電站的電壓為240V,電纜連線到電動汽車上的標準充電埠。充電站需要安裝至少40A的電路,但對未來應用,50A或60A的接線更好。

由於二級電路電流較高,二級充電速度至少是一級充電的兩倍。日產(Nissan)Leaf等電池電動汽車要求二級家庭充電站在一夜之間充滿電。插入式混合動力汽車,如雪佛蘭(Chevrolet)Volt,通常使用標準的120V充電線就足以滿足要求。

˙直流快速充電:通常被錯誤地稱為三級充電。直流快速充電依賴於直流電而不是家用交流電,是種大功率替代方案。直流快速充電提供標準的50kWh容量,但需要安裝昂貴的大功率線路,因此直流快速充電站最適合公共充電站,通常位於公路沿線。

前兩種充電類型使用J-1772插座,這是大多數主流電動車支持的SAE國際標準格式。特斯拉(Telsa)的電動汽車是個例外,但該公司提供了一個適配器。

並非所有電動車都提供直流快速充電,也很少有混合動力車提供。支援直流充電的電動汽車使用以下三種插座類型之一:

˙CHAdeMO:這是目前直流快速充電最主流的插座標準,它是為了增加全球快速充電站安裝並規範如何充電而設計。CHAdeMO插座用於日產Leaf、三菱(Mitsubishi)i-MiEV和起亞(Kia)Soul電動汽車。這種充電方法是由開發CHAdeMO插座的東京電力公司(TEPCO)和幾家日本汽車製造商創立的CHAdeMO協會推廣,CHAdeMO是「充電行駛(move by charge)」一詞的簡寫。

˙組合充電系統(CCS):除特斯拉外,大多數德國和美國電動汽車製造商都使用這種標準,包括由寶馬(BMW)、雪佛蘭、福特(Ford)、梅賽德斯-賓士(Mercedes-Benz)、福斯(Volkswagen)和富豪(Volvo)製造的帶快速充電介面的車輛。CCS插座包括一個二級插座,因此比CHAdeMO插座大。

˙特斯拉超級充電站:特斯拉搭建了自己專用、免費、大功率的快速充電站網路,供特斯拉車主使用。不過,特斯拉的直流快速充電用插座只能用在自家車輛。

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充電標準的多樣性給司機和電動車基礎設施規劃者帶來了麻煩。IDC研究經理Nina Turner表示,「市場上有CHAdeMO、J-1772、直流快速充電和特斯拉四種插座。有四種不同的連接器,想為自己汽車充電的人就不得不尋找他們打算使用的那個,這是充電站的挑戰。」她並指出,充電站的建設必須簡單易用。

位置,還是位置...

到2025年,若是如預期那樣,道路上電動汽車數量超過標準汽車,那麼公共充電站的建設就需要立即啟動。目前,就上路的電動汽車數量來說,加州領先全美,雖不到30萬輛,但就每輛電動汽車來說,其公共充電站數量卻相對最少——每196輛電動汽車僅安裝了一座公共直流快速充電站,每27輛電動汽車僅安裝了一座2級充電站。夏威夷、科羅拉多、德克薩斯和俄亥俄這四個州具有與加州相似的電動汽車/充電站比例,而紐約市最近則承諾到2020年,新建1,000座充電站。

基礎設施規劃者不僅需要確定部署多少座公共充電站、支持哪些充電方法,而且還要確定充電站的位置。我們該把重點放在專用的集中式充電站(類似加油站),還是在司機目的地(如停車場)建設公共充電站?

美信(Maxim)汽車業務部業務管理總監Tamer Kira表示:「這需要雙管齊下的戰略。在充電時間短於5分鐘之前,需要在人們方便停車的地方建設充電站。」

Turner說:「為了在城市推廣電動汽車,我們需要不僅僅是專用的充電設施。人們不願意先停車再挪車,因此我們必須超越單純的充電站概念。」

在司機長時間離開汽車的地方安裝公共充電站將會使電動汽車用戶受益,並鼓勵電動汽車的採用。機場、酒店、辦公大樓及購物和娛樂場所的停車場和車庫中都正在部署充電站,雖然數量還不夠。Silicon Labs副總裁兼電源業務總經理Ross Sabolcik指出,該公司已經在停車場安裝了充電站供員工使用。「一些充電站是免費的,一些按分鐘收費。」Sabolcik說,「在Silicon Labs辦公室,員工為自己的電動汽車充電是免費的。但我知道,像奧斯丁機場那樣的地方,會收取充電費。」

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工程師如何加快推進

隨著電動汽車的普及,以及美國全國範圍內充電站推展的時間逼近,工程師可以透過設計來解決電動汽車動力方面的挑戰。

Kira認為:「我們應該將更多工程工作投入到加大電動汽車續航里程和降低電池成本中。這將拉高電動汽車銷量,並反過來拉抬更多充電站的設置。此外,還需要有一個通用的充電站世界標準。」

Sabolcik指出,降低充電站成本有很強推動力。目前,想要在家中安裝快速充電站的消費者裝一座耐用的電動汽車供電設備(EVSE)充電站大約需600~700美元。Sabolcik並表示:「我們須花費大量資源來降低充電站成本,以配合其大批量設置。」

工程師還可以透過縮短充電時間來幫助降低成本。Sabolcik說明,除了充電站設計之外,重新檢視電池組設計可能也能縮短充電時間。

目前,電動汽車主要做為通勤車,通常在家充電。根據統計,如果充電站易於使用,而且使用這些充電站的成本可以接受,那麼,目前所有電動汽車用戶中有四分之一每週至少會使用一次公共充電站。而工程師的核心工作是滿足這兩個目標。