美國電動汽車充電慢成爲大難題 徹底解決只能靠科學突破

2023-11-13 18:00:09    編輯: robot
導讀 在美國,電動汽車充電仍然是一件麻煩事,連標准都沒有統一。J.D.Power最近在一份報告中指出,雖然美國安裝的充電器越來越多,但用戶對公共充電設施仍然多有不滿,一些企業的充電服務讓人失望。 電動汽車...

在美國,電動汽車充電仍然是一件麻煩事,連標准都沒有統一。J.D.Power最近在一份報告中指出,雖然美國安裝的充電器越來越多,但用戶對公共充電設施仍然多有不滿,一些企業的充電服務讓人失望。

電動汽車充電行業滿意度非常低,缺少充電器仍是最大問題

J.D.Power電動汽車體驗總經理BrentGruber說:“與電信、有线電視等行業的滿意度相比,電動汽車充電仍然處在非常低的水平。”Gruber指出,缺少充電器依然是用戶最大的抱怨。

根據美國能源署提供的數據,美國有公共電動汽車充電器144000個,當中有42000個裝在加州。密西西比州(Mississippi)和蒙大拿州數量很少,只有幾百個。說到標准,那就更復雜了。很多汽車制造商都說要在未來幾年轉向特斯拉NACS標准,但現在還沒有轉型。如果不是特斯拉汽車,許多還是支持CCS(CombinedChargingSystem)充電的。因爲支持CCS,如果你找到一個充電器,它不是特斯拉充電器,基本上還是可以給汽車充電的。如果你开的是日產Leaf汽車,可以用ChaDeMo接口實現快充,只是這種充電器相當少,要找到有些困難。

在美國,如果家中裝有充電器,充電費用比汽油便宜很多。不過如果是在住宅之外充電,充電成本相當於家中充電成本的兩倍。爲什么呢?因爲在住宅之外充電除了要支付電費,還要承擔設備維護費。


實現真正的快充需要充電器和汽車協同配合

公共充電器有幾個等級,Level2和Level3,還有Level1,但基本不考慮,Level1就是用常規插座給汽車充電。Level2充電比Level3慢一些,如果你去看電影,喫飯,可以用Level2充電。如果是在高速上行駛,想充電,用Level3更好。

如果是真正的快充充電器,15分鐘可以從10%充電80%,幾分鐘增加100英裏續航。當電量達到80%時,爲了保護電池,充電速度會慢很多。許多所謂的快充達不到那么快的充電速度。50KW快充比較普遍,充電速度比150KW和250KW慢很多。

能否實現真正的快充,除了看充電器標准,還受限於汽車本身,二者必須協同。ULSolutions先進電動汽車充電實驗室高管NathanWang說,當你第一次給汽車充電,汽車與充電器之間會來回傳送大量信息,然後電流才开始輸入汽車;汽車必須讓充電器知道它能承受的安全極限在哪裏,充電器必須尊重汽車限定的充電速度。例如,通用汽車BoltEV在美國比較流行,它只支持55KW充電器。你可以將更快的充電器插入BoltEV,但速度並不會更快。

保證充電速度的同時,安全問題也不容忽視

不久前美國七大汽車公司宣布將會在高速公路和市區新增3萬個大功率充電器,這一決定有望緩解充電難問題。但電動汽車充電器提供商ChargePoint的首席運營官RickWilmer說:“安全是極其重要的。你肯定不想燒到人或者燒毀汽車,只要存在安全風險,系統會自動關閉。”盡管如此,RickWilmer仍然宣稱ChargePoint充電器在大多時間裏是正常運行的。

因爲充電器屬於不同的網絡,想使用,必須下載相應的智能手機App,开設账戶,然後才能充電。美國充電產業正在努力解決這些問題。J.D.Power的調查報告顯示,車主如果提前規劃好充電時間,比沒有規劃滿意度更高一些。美國企業开發了很多App,汽車自帶有導航系統,它們可以告訴車主哪裏有充電器,然後根據相應信息規劃路线。車主可以提前知道充電器所在位置,類型是什么,是否空闲。App和導航正在增加更多信息,比如目前正在使用充電器的汽車還有多久充滿,這樣可以方便車主排隊。

提升汽車充電速度還需要依靠科學突破

大學、汽車制造商、美國政府機構(比如能源署)認爲,如果能實現科學突破,汽車充電速度應該可以大大提升。他們認爲,可以調整汽車電池內部化學構成、重新設計充電线,從而突破衆多限制。如果汽車充電速度和加油一樣快,那就達成目標了。

賓夕法尼亞州立大學電池與儲能技術中心高管ChristopherRahn說:“在電化學方面已經有許多創新,但它們仍然只存在於實驗室。爲什么呢?因爲這些技術要么太貴,要么需要不同的制造工藝,現在還沒有爲大規模普及做好准備,但可以肯定的是許多研究人員帶來一些令人振奮的成果。”

改變電池化學結構

如果能改變電池的基本化學結構,就能解決充電難題。鋰離子在電池正負極流動,完成充電。問題在於,電池內的鋰離子是有速度限制的,如果跑得太快就會堵住。更糟糕的是一旦鋰離子堵住,累積,電池可能會短路甚至起火。

阿貢能源儲存科學合作中心高管VenkatSrinivasan說:“移動鋰離子如同將100個人送入狹窄的房間,房間的門很小,它們會擠在門口進不去。”我們假設,如果實現化學突破,能讓鋰離子在電池內輕松移動,問題不就解決了嗎?阿貢科學家想讓鋰離子以多種方式在電池內移動,從而減少擁堵。Srinivasan認爲,最難的地方是在微觀層面設計這道門。

更好的電池算法

電池用電解液運送鋰離子,如果能找到更好的電解液,也可以突破限制。改變電池化學性質聽起來容易,實際上很難,要經過嚴密的測試、驗證才能使用,否則如何保證安全?有一種辦法比較取巧,那就是用軟件來管理電池,確保充電安全。電池如果按恆定速度充電,當電池增加,速度會下降。愛達荷國家實驗室相信,如果开發更好的電池算法,用它調節電流,也許能提升充電速度。

愛達荷國家實驗室科學家TanvirTanim說:“也許可以先用小電流充電,充到30%,然後再增加電流大小,因爲此時電池的內阻已經降低了。當電池快要充滿時,又可以再次縮小電流。”

充電线冷卻技術

我們還可以從其它地方着眼。例如,普渡大學機械工程教授IssamMudawar正在研究新的充電线冷卻技術。研究人員認爲,如果想提高充電速度,必然讓线纜承受更大的電流,目前的充電器只能承受500安倍的電流,要是電流過大,發熱太嚴重,线纜無法承受。

IssamMudawar开發的冷卻技術可以讓電纜承受超過2400安倍的電流,只要電流達到1400安倍,5分鐘就能給汽車充滿電。系統用到一種新的液態冷卻劑,它涉及到過冷沸騰原理。IssamMudawar解釋稱:“電流越高,發熱越多。如果想在5分鐘內給汽車充滿電,電流極高,它所發出的熱量是驚人的。”

雖然我們都在追求更快的充電器,但對於一個國家來說,承擔大部分充電使命的可能還是較慢的充電器,比如家裏和停車場有慢速充電器就足夠了。阿貢國家實驗室研究人員TimPennington說:“擁有電動汽車並不需要每天都使用10分鐘高速充電器。”

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