兵马未动,粮草先行,解决充电难的一个设想

苏朝明

普及电动汽车是时代的需求,对我国而言,除了节能环保,它还有一些更深远的意义在其中,如能源安全;振兴汽车工业,甚至能使汽车工业弯道超车;对电力供应起到消谷填峰,提高能源利用率,避免浪费,甚至对电网的安全运行也能起到积极的意义。因此,普及推广电动汽车,也是我国长远规划的重要部分。

兵马未动,粮草先行,解决充电难的一个设想

俗话说,兵马未动,粮草先行。电就是电动汽车的粮草,所以充电及充电网络的方案,包括其建设,显得尤其重要。但是,目前的充电方法(方案),满足不了电动汽车,甚至成了电动汽车普及路上的最大障碍。为了解决这个难题,本人经过长期研究思考,提出了解决方案,并写了《电动汽车最佳充电网络设想:有人就有电,有电能充电》。我设想的充电方法命名为朝明充电。朝是面向的意思,明即明天,辉煌的明天,灿烂的明天,环保的明天,未来的明天。所以朝明是一种希望,是一个前进的方向,朝向希望的明天。

依照现在的充电网络模式,个人认为永远也无法满足电动汽车的充电需求,解决不了充电难题。如此下去,推广普及电动汽车的愿望终将成为水中月,镜中花,一纸空文。因为,按照目前的充电模式,车主们买车时必须要以自己能安装充电桩为前提,既然自己有充电桩,自然就以自己的充电桩为主充电,偶偶出远门或应急时使用一下社会上的充电桩,而私家车一般每天的行驶里程不会超过百公里,甚至仅有二三十公里,换言之,私家车基本不用社会充电桩,这导致社会充电桩因业务不足而失去发展动力;社会充电桩的不足反过来限制了电动汽车出远门,电动汽车只能以自己的充电桩为圆心计算续航半径,这使得电动汽车沦为买菜上下班等短途代步工具,丧失了其作为汽车的基本功能,导致车主们抱怨不断,也影响了电动汽车的口碑,进而影响了其在更大范围内的推广普及;没有更大的普及量,反过来又限制了充电桩的发展壮大。如此恶性循环!

另一方面,社会上与电动汽车相关的部门对推广普及电动汽车也非全力支持,鉴于他们的苦衷,甚至对个人安装充电桩设障碍,使绊子。

比如物业。物业公司是以服务为主,收取业主管理费用的盈利性公司。电动汽车来了,物业在这中间,得不到任何好处,却可能要承担因电动汽车充电而引发的一些安全责任,最起码也要多付出一些管理责任,所以是有付出没有回报,付出与收获不成正比。自然物业难以表示支持。普遍的物业均以电容不足,变压器及线路安全为由,拒绝业主安装充电桩。当然,这些是理由,但并非无法解决。

比如电力部门。如果大量普及了电动汽车,依目前的充电方法,就要大量安装私人充电桩。私人充电桩基本上是用220V单相照明电。单相充电桩(机)相对的功率都比较大,一般会有2~3千瓦,甚至更高,这对供电系统来说简直是灾难。有人指出,在同一供电线路内,有10%的充电机同时使用,就足以使线路或变压器烧毁。此外,私人充电桩都使用单相电,对于平衡三相用电极其艰难,因为个人行为是无法预测的。因此推广普及电动汽车,对电力部门来说是万分头疼的事。当然,解决办法并非没有:可以加装无数的变压器,重新铺设无数线路,最好给所有要安装充电桩的客户都铺设专用线路,都接上三相380V电源……这几乎是再造一个供电电网的工程,投资巨大。问题是:谁来出资呢?因此电力部门对私人安装充电桩并不热衷,自然也在情理之中了。

国家对这些问题是有警觉的,这关系到电动汽车的未来。近期四部委就专门出台了一个文件,即《关于加快居民区电动汽车基础设施建设的通知》,通知给物业及供电企业提出了要求,给出了解决方法。但我个人并不看好这个文件及其提出的解决方案。它能有多大的效果,我暂且不知道。但是这个文件没有解决物业的内心需求,没有考虑到电力部门的实际困难。俗话说,上有政策,下有对策,相关部门会有多少抵制手段呢?况且,就算这个政策能够顺利实施,也不能改变各个充电桩独自充电的情况,并不能实现互联充电,解决不了上述难题。我个人认为,环保造福天下,自然也包括自己。所以人人都会支持环保,包括各种大小企业,但前提是不能伤害自己的利益。割肉喂鹰,自然高尚,但那是只有佛祖才能做到的,我等凡夫俗子如何能做到?

希望国家委托电力部门主导,单独为电动汽车安装变压器,铺设专用于电动汽车充电的三相电源线路,由电动汽车自己携带便携式三相充电机,同时尽可能整合全社会停车位等资源,实现电动汽车充电互联,从而实现“有人就有电,有电能充电”。具体的方法是,让电动汽车自己携带随车充,让家有停车位的可以用于对外开放的个人(包括有车和没有车的),停车场,企事业单位停车场,甚至不影响交通和市容市貌的道路两侧等等所有适合改造成充电车位的地方,改造成充电车位,从电网以正常电价(如0.54元/度)接电,通过智能电表,以1元/度左右,卖给来充电的电动汽车。结算时通过智能电表和网络支付,自动结算。这样的方案,既可以让充电车位的主人(参与供电的个人,停车场,企事业单位等等)能获得一定的充电服务费,调动社会力量参与到供电行动中的积极性,同时又让电动汽车避免使用充电桩2~3元/度的高价电,充分发挥电动汽车的使用成本低的优势,为电动汽车走向大众化奠定基础。这个设想,由于调动了广大民众参与,所以这个充电网络可以依据实际需要在短时间内发展到很大,从而彻底解决电动汽车充电难充电贵,基本解决电动汽车的里程焦虑。

解决方案是由一家充电公司来统筹。与之前一样,也需要广大民众及社会力量参与。由充电公司与民众共同投资,安装专用变压器,铺设充电专用三相线路,安装智能电表,提供充电电源。充电机则由电动汽车自身携带便携式三相随车充。由于要保证电动汽车用上较低价格的电,所以该充电公司不能以靠收取充电服务费为主赚钱。在原先定价1元/度的基础上,加收0.2元/度左右,最终电动汽车使用的充电价格约在1.2元/度左右(基本电费按0.54元/度,未考虑峰谷电价),这样与2~3元/度的充电桩电价,优惠明显。按照目前电动汽车百公里耗电15度计算,费用约18元,燃油车油耗按8升/百公里,6元/升计算,百公里约50元,所以电动汽车优势明显。

在方案中,充电公司仅靠0.2元一度的服务费是难以盈利的,单靠此也是难以生存的,更别提发展了。但是我考虑:1.用这个设想和模式创建的充电网络,充电服务费大头给了车位主人 (个人和物业,停车场等等),即服务费基本回馈给了社会,因此,社会大众的反应应该比较积极,所以充电网络会比较大。再者,也因为充电网络大,充电方便,费用便宜,故使用者(即电动汽车)较多,所以这种方式应该成为电动汽车在外补电的主要方式。2.由于充电网络大,使用者众,所以充电公司可以充分利用这一优势,拓展其它业务,增加收入渠道。如使用自己的网络支付系统 ;利用智能电表的液晶显示屏,开发广告业务;利用其庞大的网络,开发充电车位定位,GPS/北斗导航;开发网络新闻浏览,网络影视,网络游戏等业务;开发云计算和大数据处理业务;甚至网络购物等等。从而保证充电公司有足够多的盈利渠道,保证其盈利;从而保证其能充分发展,壮大;进一步保证电动汽车的发展壮大。

由这个思路来看,这个设想最好由互联网公司来做,因为互联网公司具备上述这些要素。互联网公司中,还必须具备一定的体量,较充足的资金,以及较强的网络覆盖能力。个人认为,比较适合该创意投资的公司应该是阿里巴巴,腾讯和百度。其中,以阿里巴巴较优,因为其规模,资金占优,网络业务也不错,如网络支付,网络覆盖,网络影视甚至网络购物等等。

但是做充电服务这个行业,受制于目前的状况,如民众对电动汽车的认可度较低,电动汽车目前普及率不高,市场保有量较小,而且短期内不可能有很大改观等影响,总之目前这个市场较小,而且这个行业投资较大,短期内盈利困难——虽然从长远来看,这是一个前景很大的市场。本创意相对于充电桩等方式,投资少得多。所以综上所述,要求投资这个设想的公司,一是要有远大的战略目光,二是要有强烈的环保意识,三是要有强大的爱国的、民族的情怀。支持中国乃至全世界的环保事业,支持中国的汽车工业,支持中国的汽车工业崛起甚至弯道超车!

本人经过长期对比充电桩模式,甚至换电模式,认为它们不适合我国大面积推广,如果据此发展下去,将影响国家推广电动汽车的战略。

我认为,电动汽车由于其本身特点,其充电过程永远不可能像燃油车加油那么快捷方便。要想电动汽车达到燃油车那种使用水平,靠越来越大的充电机是行不通的,也就是靠几十秒钟到几分钟就把电池充满,那是不现实的。那样的话,单台几百千瓦甚至几千千瓦的充电机,一个城市几千台几万台充电机同时使用,对电网来说,几乎是灾难性的,毁灭性的;这样的快充,对电池来说无疑也是灾难,因为快充对电池伤害太大了,严重减少电池的寿命;如果靠大面积推广几十千瓦的充电桩,前文也说了,既不理想也不现实;再说了,靠这样的充电桩,消费者使用不方便,那么厂家只能靠提高满电续航里程来弥补,将来电池的能量密度大幅提升了,电动汽车的续航上升到以千公里作为续航单位,其结果是电动汽车的价格成了天价。比如,假设说将来锂空气电池研发成功了,8000wh/kg的能量密度,即100公斤可携带800度电,百公里耗电10度,可续航8000公里。就算电池价格下来了,按0.6~1元/瓦时,100公斤800度电,光电池成本就要48万至80万,加上其它,这样的车售价肯定超过百万,甚至几百万,而且在家里充一次电可能要几天甚至十几天。这样的车,离老百姓恐怕更远了,有什么意义呢?

有人说,用换电的方法可以解决电动汽车的充电问题。电动汽车没电了,换一组电池继续跑,而且换电的时间很快,分分钟搞定。我却不看好这种方式,因为它至少有两个问题无法解决:1.采用换电的方法,电动汽车总体上来说就要多备电池,就算换电公司充分发挥其网络优势,不必每辆车多配一组电池,按每辆车平均配1.5个电池组,其成本和盈利最终还是要转嫁到消费者头上,其次大量的电动汽车,所需的备用电池也是海量,其仓储,运输也是不菲的投资和运营成本,这些靠那点谷底电价是无法抵消的,最终还是都要转嫁到车主身上,导致车主用车成本居高不下,最终必然使电动汽车丧失其使用成本低的优势;2.如果大规模推广换电模式,由一家或数家换电公司经营,那么这些公司规模势必很大,规模大了势必自己生产电池或联合电池厂商生产电池。这样基于他们自身的利益,届时势必反对新技术电池入市,避免他们自己现有旧电池过早退市。这样就必然影响电池技术的创新与发展,进而拉开我国动力电池与世界的差距,进一步影响电动汽车与世界的差距。

所以说,换电技术在某些特定领域使用是可以的,比如出租车等等,但个人认为不适合整个电动汽车界大面积推广。电动汽车的主要能量补充方式还是要靠充电。要使电动汽车达到燃油车的使用水平,只能靠发达的充电网络。社会上保有一辆电动汽车,其充电车位就应该有3~5个,所以全国将来应该有几千万,几亿甚至十几亿的充电车位,让电动汽车无论走到哪都能充电。这样的充电网络,这样多的充电车位数量,靠充电桩来实现是不可能的,只能靠全民参与才能实现。电动汽车的续航不用很长,有200~500公里就够了,最多600公里,因为90%甚至更多的私家车每天的行驶量不会超过100公里,偶偶的远行,能及时补电才是关键。换言之,充电网络决定了电动汽车的续航,也就决定了民众的接受程度,也就是决定了电动汽车的未来!

一、关于电动汽车续航

续航方面。我的观点是,电动汽车的续航不用太长,有200~500公里就够用了,最多600公里。在市内通勤或短途旅行,这样的续航能力足够用了,关键是能及时补电。长途旅行时,300~600公里的续航也够了,因为2~3小时的驾驶必须休息了休息期间,服务区内的快充桩在半小时内能充满80%,如此循环基本能满足使用要求。

现在有一种声音,认为随着动力电池的能量密度提升,电动汽车的续航应该越来越远。江淮汽车就表示,随着能量密度的提升,他们打算在2030年左右把电动汽车的续航提升到数千公里。如果真是这样,那就悲剧了。因为根据能量守恒,就必须要更多的电量,也就是要更大的电池组,也就是大幅提升电动汽车的成本,最终导致普通民众无法接受,普及电动汽车的想法将无法实现。

超长续航能力带来的超大电池,除了上述弊端外,在充电时间,电池管理,甚至起火爆炸的风险等方面带来诸多挑战,存在更多的不安全因素。当然,部分特殊用途的车辆搞几千公里的续航,也是可以的,如军车,出租车,长途货运客运车等等。

所以说,200~600公里的续航,是切合实际的,能满足大多数场景的应用,而且有足够的实力取代燃油车,消费者有足够的选择空间。200~600公里续航的背后,靠的是完善发达的充电网络,这也凸现朝明充电的重要性。

二、关于快充

充电速度的快慢,主要体现在充电机功率的大小上,充电越快,充电机功率越大,反之越小。用很大功率的充电机,除了信中所述对电网产生极大压力外,对电池寿命,对电动汽车的安全,甚至对车内驾乘人员的安全都影响很大。

本人的观点是,视电池组的大小不同,能在6~8小时充满就可以了,一般选择2~10千瓦的充电机功率,最多15千瓦。这样的充电方法,无论对电网的供电安全,对电池,对车,对人员均安全可靠。现在有一种观点是,未来的充电方式必然是快充,因为这将极大提高充电效率。怎样来阐述我的观点呢?我想先来些公式及其解读。

抛开快充对电网的影响,我们谈谈快充对车的影响。我们都知道,但凡涉电产品,通电后,电流流过该电器,除了做有用功外,还有一些额外消耗,主要表现在电器产品发热上,那么发热值能计算吗,如何计算?有一个公式,专门计算涉电产品通电时的发热值,即Q=I²Rt,其中Q是发热值,I是指通电电流,R是电阻,t是通电时间。通过该公式,我们可知,决定电池组充电时发热量大小的主要因素是电流,因为电流在该公式中是要平方的,所以快充时的大电流经过平方后,其发热值就变得异常恐怖。几分钟充满的快充,其功率达到几百甚至几千千瓦时,其发出的热量足够供一个房子供暖了,这么多的热量,产生在一辆小小的电动汽车上,其危险不言自明。比如充电电流为50安时,其充电速度最多只能算中充,其平方值为2500,而特斯拉超充,电流可达200安,充电机功率约为125千瓦,其电流的平方值为40000,其发热值大家可以想象一下。

在实际的工程应用中,为了实现快充,通常用降低电阻来平衡。比如用不同材料改善正负极结构,使用不同的电解液和隔膜等等,都是降低电阻的体现。当然还可以用其它物理方法降温的,如使用冷却液,使用流动的空气等等,将热量排放到车外。

但是,由于快充的电流变得很大,所以温升很快,所以无论采用何种方法来控制,其效果并不是很理想,而且也有一个限度。电池组由于快充产生大量热量,使电池组快速升温,并在高温状态下继续大电流充电,这对电池的伤爱是巨大的,严重影响电池的寿命,同时为电池起火燃烧、爆炸埋下隐患。众所周知,特斯拉在电池组的管理,温度控制,及冷却上是很有一套,在业内是比较先进的,但是仍频发爆炸事故,究其原因,基本上是快充惹的祸。

当然,由上述公式 Q=I²Rt可以看出,这里没有U值,也就是说,Q值与电压U无关。根据功率计算公式P=UI,P为功率,U为电压,I为电流。如果功率不变,电压上升,则电流下降。也就是说,采用更高的电压平台,在同样的充电功率下,其充电电流可以下降,充电电流下降可以更有效的控制电池组发热。游侠采用600V平台,而非采用350V平台,估计其设计思路是朝这块去的。假如特斯拉采用600V平台,其充电电流不考虑其它因素的话,117安就可以达到200安的效果了,其充电发热时,电流的平方值就少了26311,这是一个很大的数值,要知道,当充电电流为50安时,其平方值仅为2500。

那么,能否采用更高的电压,来降低电流呢?如果采用高压电,如75KV(千伏),或者更高,那电流不就很小了吗?

事实上,这是行不通的。电压越高,绝缘越困难,几千伏几万伏的电压,可以很轻易地击穿绝缘层,造成漏电事故。几千伏几万伏的电压,加在人体身上,人基本没有生还的可能。因此,要降低发热值,要降低电流,不能一味地靠增加电压。目前仅听说过使用1000伏左右的电动汽车平台。

所以,通过上述分析,电动汽车要实现快充,无外乎是通过改善电池本身,改善电池组的物理散热条件,以及使用更高的电压平台等方法来实现。但是这些措施均难以抵消大功率充电机,很大电流充电所带来的影响。从工程的角度来说,制造出几百,几千千瓦的充电机,并非什么难事,但实际应用中,对电网的伤害,对电池的伤害,对车辆、对人员的伤害,才是我们应该最关注的。一味的追求快充,是不科学的,更是对消费者生命和财产安全不负责任的表现。

所以,本人认为,日常使用时,充电机功率在2~10千瓦,最多15千瓦,是毕较理想的,也是安全可靠的。至于这样的充电机功率导致充电较慢,我的理解,一是电动汽车的续航不用太长,200~500,最多600公里足够,根本不用搞几千公里的续航。这样,电池组相对较小,故充电时间也就短了。将来电池的能量密度提升了,加上造车材料先进了,也就是整车轻量化了,那么百公里耗电也下来了,500~600公里的续航,60度电的电池足够了。这样,一晚上8小时,能把电池充满。二是靠发达的充电网络,保证电动汽车无论在何时何地,只要有需求,就能充电。这样也就能实现电动汽车浅充浅放,对电池的长寿十分有益。

所以,要保证电动汽车随时有电,不能仅靠快充,而是要靠发达的充电网络。毕竟,对于广大的私家车而言,停的时间比开的时间多得多,换言之,就是充电的时间比用电的时间多得多。只要能做到有人的地方就有电,有电的地方就能充电,那么,续航就不是什么问题了。

下篇将就充电桩的建设成本与朝明充电的建设,盈利能力成本进行比较,敬请期待。

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苏朝明 大牛作者

我是一个学机械制造专业的,但是后来没有从事这个行业,我喜欢电动汽车,认为电动汽车是环保的,对人类环境保护有益的。保护环境,从你我开始,从电动汽车开始。


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