超快速電動汽車充電的未來展望 - 《華爾街日報》

一場加速電動汽車充電的競賽正在進行中。

美國政府正試圖推動建設所謂的快速充電樁，這些充電樁可以在大約15到40分鐘內為電動汽車充電。這仍然比傳統加油站加油慢，但比公共充電樁數小時的充電體驗快，後者提供7到19千瓦的功率。

在充電的最高端，卡車公司和充電器製造商已經安裝並試用了功率級別達到兆瓦的系統。一些原型機甚至擴展到3兆瓦及更高。國家可再生能源實驗室和其他國家實驗室正在開發兆瓦級設計，以在不到30分鐘內為卡車充電。

汽車製造商也在研究如何改進電池本身以加快充電時間。

但關於充電速度需要多快以及充電樁應該設在何處，存在很多爭議。這場辯論的結果可能會影響未來幾年道路上的生活。

電動汽車行業的一些人認為，超級快速充電需要實現，以便消費者廣泛採用這些車輛。他們説，使快速充電容易獲得是緩解“里程焦慮”的關鍵——司機們擔心他們會在路邊沒電。

“人類的天性是希望更好、更快、更便宜，”電力研究所電動汽車研究負責人丹·鮑爾馬斯特説，該研究所是一個為電力行業提供指導的非營利組織。

另一些人則認為，這種觀點是對內燃機時代加油習慣的倒退。城市間的高速公路可能需要更快的充電樁以滿足長途出行需求。但業內人士指出，除了建設高速公路充電網絡主幹線外，更應重點在停車場所（如辦公樓、餐廳、商場、公寓）大規模部署慢速充電樁，讓充電體驗變得便捷且無處不在。

目前大部分充電行為發生在家庭場景，這一趨勢或將持續。早期電動車用户多為擁有獨棟住宅及車庫/車道的高收入羣體，車輛可長時間慢速充電。但多户住宅居民獲取充電服務的機會相對有限。

為加速電動化轉型，美國政府通過2021年《基礎設施法案》批准在未來數年投入75億美元擴建充電網絡。目前全美約有7300個快速充電站點，其中多數設備屬於早期型號。

電動汽車快充站（如圖中弗吉尼亞州維也納市的EVgo充電站）正在全美鋪開圖片來源：SAUL LOEB/AFP/Getty Images現有快充樁功率從50千瓦到350千瓦不等，根據電動車電池充電速率差異，高功率下15分鐘可充至80%電量，低功率則需要約1小時。目前市場上僅有少數高端電動乘用車能充分發揮350千瓦充電樁的效能。

更為常見的公共充電樁屬於二級充電，功率輸出約為7至19千瓦，使用與電動乾衣機類似的插座。這類充電樁通常安裝在公寓或辦公室，能在4至10小時內將電池充至80%電量。

標準家用插座每小時僅能補充幾英里續航，充滿一輛車可能需要40小時以上，但夜間充電通常足以滿足通勤需求，因此電動車車主常依賴這種方式。不過許多人會在車庫加裝二級充電樁。

目前為卡車行業測試的兆瓦級充電樁，專為配備超大電池的重型商用車設計，例如十八輪大卡車。

成本與實用性需要權衡：快速充電需要昂貴的公用設施基建和充電設備；超快速充電成本更高。

“功率越高成本越大，“鮑爾馬斯特指出，“當功率達到一定級別時，就需要越來越粗的電纜。最終電纜會粗到不僅笨重，而且難以彎曲對接充電口。”

這可能給殘障及老年駕駛者帶來使用障礙。但快充服務商EVgo首席商務官喬納森·利維表示，可通過機械輔助減輕線纜重量、使用機械臂自動化操作來解決。機器人還能為自動駕駛汽車充電。

另一種加速充電的方案是固態電池，其導電的電解質為固態而非現今多數電池使用的液態。固態電池可能成為實現更高能量密度和更快充電速度的突破口。

“充滿電後可以行駛更遠，而且[電池]充電速度更快，”利維説，“一段時間以來，一直有傳言稱這還需要三到五年時間。”

研究機構Atlas Public Policy的創始人尼克·尼格羅預計，乘用車市場將朝着350千瓦充電標準發展。“目前尚不清楚對於普通乘用車來説，超過這個功率是否會有多大價值，”他表示。

另一個因素是，即使提供350千瓦充電，其速度也並不穩定。極端室外温度和車輛電池狀態都會影響充電效率。當電池電量達到約80%時（即所謂的充電曲線），充電速度會顯著下降。

“如果你接入350千瓦充電器，當電池電量耗盡時充電會很快。但隨着電量增加，能量注入會變得越來越困難，”威爾士斯旺西大學機械工程高級講師珍妮·貝克解釋道，她主要研究固態電池及其環境影響。

“到最後你可能就像在使用涓流充電一樣，”她補充道，這裏指的是接入普通壁式插座的情況。

每塊汽車電池都有不同的充電曲線，這會影響其維持高充電速率的時間。電動汽車快速充電服務商Electrify America的質量與合規高級總監肯·坦尼森指出，汽車製造商正試圖延長充電曲線，使電動汽車能在更長時間內保持更高功率輸入。“通過這種方式，實際上可以縮短整體充電時長。”

其他變化將優化對電池的電力輸送。田納森表示，大多數電動車使用400伏系統，但一些汽車製造商正轉向800伏系統，使相同電流提供的電力翻倍。但一個重要注意事項：要讓駕駛者獲得最快充電速度，不僅需要800伏電動車，還需要最高級別的充電設備。

聯繫詹妮弗·希勒，郵箱：[email protected]

刊登於2023年6月8日印刷版，標題為《超快電動車充電的未來展望》。