电动汽车充电大战：一篇文章看懂科技巨头和汽车制造商的“极限挑战”

通过将更有推动力的新材料成分添加到电池中，创新者们正努力冲刺5分钟充电的“临界线”。

目前，特斯拉、大众、雪佛兰，以及其他一些汽车厂商纷纷推出价格在3.5万美元甚至更低的电动汽车。但一个关键的问题还是存在——车价降下来了，很多人却还是被汽车的电池容量和续航里程给吓跑了。往往在决定是否购买电动汽车前，他们都绕不开两个问题：电池的续航里程有多远?充电要用多长时间?

目前，电动汽车快充电站还未普及，许多电动汽车都是依靠家庭式夜间充电。一台普通的电动汽车(如大众eGolf)，在家庭电力模式下，通常需要充电26小时，才能提供125米的汽车续航旅程。

但符合快充模式超长续航里程的电池容量正走上正轨，对电动汽车的渗透普及将发挥关键的作用。

保时捷、东芝、以及其他汽车正努力开发能够在几分钟内完成充电、续航里程在200米以上的电池技术。

保时捷称其Mission E电动汽车项目中的锂电池能够直接嵌入到电动汽车的底盘，能够合理分布汽车重量，并且实现“内部充电”。


保时捷目前已经宣布了能够超越现有电动汽车普通电池的电池技术。

深谙电动汽车的使用者们内心的“充电时长”梦魇，保时捷设计了Mission E车型，将具备310英里的续航里程(单次充电)，能在15分钟完成80%的充电，800伏电压。在3.5秒不到的时间内就能完成百公里加速，短短数十秒就能达到124mph的速度，而其最高速度可以超过155mph。

这一动作表明了保时捷在争抢高端电动汽车方面的野心。但是，上面那些让人兴奋的数据现在还是会被一个事实浇灭：目前的电动汽车充电桩还难以提供如此高的电压。目前，我们所知的800伏充电桩仅存在于保时捷今年7月新建成的柏林办公室。


保时捷面临的这一挑战，足以说明电压电伏方面的支持可以在电池和电动汽车中扮演多么重要的角色。

为了让制造商们更快速地将最前沿的电池新技术嵌入到电动汽车中，必须要先满足用户在目前电动汽车充电中面临的诸多挑战。

现有充电方案面临的限制与挑战

目前EV电池的充电方案标准主要分为三个等级：

等级一：在家庭中的110V-120V常规充电电压，充电时间最长(无论是哪一型号的汽车或电池)。这一等级的充电一般可以达到2千瓦/小时。

等级二：220V-240V充电电压(一般是需要高伏电压的吹风机或微波炉等)。这一等级的电路一般是家庭电路，美国的一些EV充电桩也提供这一等级的充电方案。一般可以达到6.6千瓦/小时。

等级三：快充模式等级充电一般只限于美国核心城市中心市区(如华盛顿)的专用EV充电站，一般可提供400-800V电伏。可实现50千瓦/小时充电速度。

考虑到美国公路上有限的充电站数量，电动汽车的用户们出一趟门需要在这种代步工具上有诸多考量(还要事先确保找好最佳路线)。有时需要考虑的不是要走多远，而是要考虑发电泵需要用多久。

以大众eGolf电动汽车从纽约到华盛顿的226米车程为例：

在车库充电26小时后，eGolf的驾驶行程只能行驶一半多的路程(125米)。

如果有幸半路碰到一个等级二(220V-240V充电电压)的充电桩，那么要继续充电5小时后才能再往前开125米，如果碰到一个等级三(400V-800V充电电压)的充电桩，则需要大约半个小时。

另外，一般买车时都会建议车主在行驶过程中只充80%的电量(为了保持电池寿命)，因此在226米的行程中，半路停下来充电的时间实际上比上面预计的可能会多，要停下来两次进行充电。

通过增加电压减少充电时间，以及增设更多的充电桩就能解决这些问题了吗?不一定。 

目前大部分的电动汽车都能标配等级一和等级二的充电，但提供等级三或者400V/50 kW的充电则还在少数。如果控制不好，快充产生的热量在传导过程中很可能会损坏电动汽车引擎。支持快充的方案很难做到，一些低价的电动汽车甚至都没有快充反馈系统。

快充方面也有了一些进展。例如，最新的雪佛兰Bolt电动车就能够支持高达55千瓦的充电电压(在理想温度下)，一份来自Innovative Vehicle Institute的报告显示。

高伏充电崭露头角

为了准备好迎接电动汽车时代，越来越多千瓦/每小时的充电方案正在浮出水面。

特斯拉的1000个“超级充电站”正逐渐在美国铺开，能够实现120-150千瓦/小时的充电速度，是目前最强大的充电方案。而且马斯克已经发推文表示，可能未来能够实现150千瓦/小时的稳定充电。2018年，特斯拉将建成1.8万个充电桩，但受益者也仅限于特斯拉车主。

在欧洲，一些汽车巨头(如宝马、戴姆勒、大众、保时捷和福特)已经携手合作，准备在2020年前部署800V、350千瓦/每小时的充电桩。保时捷透露，届时将有100个充电桩分布在欧洲和规划地区的主要高速公路旁。

科技初创Chargepoint已经在美国运营着超过3.3万个等级二的充电桩，1.6万个充电站，近期它还开始与加油站的业主合作，为他们提供升级版的Express Plus充电站，这种充电站据称能够提供高达400千瓦/每小时的电动汽车充电方案。

或许再过几年，这些充电桩就可以提供800V/350-kW的能力了。(很好奇亚马逊的石油运输无人机，会不会也复制这种模式实现充电的运输和过渡呢?)

除了充电桩技术的升级，电池方面的技术创新也在日益涌现。

目前研发电池技术的一些代表性科技初创和制造企业

电动汽车生产商不是唯一在操心电池容量的参与者。一些技术公司也对此趋之若鹜，图的就是把自己的系统卖给汽车公司，为电动汽车提供更佳性能的选择和更快的充电方案。

技术公司正在跟踪“挖”出锂电池的弱点(这类电池至今仍是电动汽车发电的一大主流选择)，但锂电池的充电容量换和里程续航电力还要走很长的距离。

以色列一家纳米技术初创StoreDot今年3月最先展示了一种称为“FlashBattery”的技术，能够在5分钟之内充电成功，单次充电续航里程达300米(根据电动汽车车型有所差异)。

作为一家以纳米技术起家的公司，StoreDot专注于使用一种有机成分代替锂离子电池中的常规化学成分。除了能提供超快充电，StoreDot的FlashBattery还拥有一些优异的性能：

- 比传统锂离子电池更环保安全，生产过程更友好

- 在高温条件下性能更稳定，不容易自燃

- 与现有电动汽车电池相比，价格更具竞争力

该公司预计这种电池可在未来3年内大规模上市。

与此同时，东芝、三星等科技巨头也凭借自己的优势，弥补现有锂离子电池中的缺陷：

东芝2008年首推其可充电电池SCiB，如今这种电池已经逐级升级应用到电动汽车当中，甚至电轨车、电梯、电站等工业级设备设施中。另外，东芝还推出了一种全新材料的电动汽车电池，主要由钛铌氧化物构成。它还研发了一种能够利用SCiB电池来更高效存储锂离子的方案，不仅能产生更多电能，还能延长电池寿命。可以在5000次充电使用后仍保持90%的充电容量。在第三等级充电方案下，这种电池充电6分钟后即可提供近200米的续航里程电量。东芝联合开发中心的负责人称其为“一次里程碑”，预计可以在2019年推出这种新一代的SCiB电池投入实际使用。


三星在2017年9月的法拉克福汽车零部件展上推出了一种“多功能电池包”(multifunctional battery pack)——型号为21700，可为电动汽车续航430米。用户可根据需要改变电池组中的模块数，如安装了由20个模块组成的电池组的电动车续航里程可达600-700公里，而安装10-12个模块的电动车续航里程仅会在300公里以内。据了解，这种电池的成分有点类似特斯拉Model 3中使用的2170型号电池——马斯克曾称特斯拉2170是“全球能量密度最高，同时性价比最高的电池”。

为电动汽车革命“充电续航”

电池驱动下的电动汽车将成为交通运输的未来，消费者们的兴趣也日益旺盛：虽有充电时间长、充电桩数量不足等门槛，2016年电动汽车的销售量还是同比增长了37%。

随着动力电池越来越容易大规模制造(并且成本更低)，会有更多的参与者加入进来，一起为为电动汽车革命“充电续航”。