純電新能源汽車這幾年以肉眼可見的速度快速發展,與此同時,里程焦慮、充電等問題也隨之而來。近期,知乎上就有個非常熱門的話題:那些沒有私人充電樁還買了電動車的人,現在後悔了嗎?
從汽車能源技術發展的角度看,這可能是一個沒有答案或對錯的問題。
汽車行業目前的科技革新,堪稱是汽車一百多年曆史上最為深刻的一次。從能源驅動方式到智慧網聯技術應用、汽車造型設計及內部佈局,甚至未來的飛行汽車等,這些都昭示著汽車行業正在經歷著歷史級別的顛覆性變革。
誰又能判定,目前處於主流地位的純電驅動方式在何時又將被更清潔、簡單的能源所替代呢?在科技迭代加速的當下,這是一個無法預知的問題。就現在的科技發展進度看,不僅電池技術的發展可能會讓私人充電樁在不久的將來變得不是那麼重要,同時,氫燃料、太陽能等新能源技術的發展也是日新月異,甚至無線充電技術也已經展露潛力。
高速膨脹的新能源汽車保有量讓充電&續航問題愈發緊迫,包括特斯拉、比亞迪等主流品牌在內,目前所有的新能源汽車都需要依賴充電樁充電,最短也需要半小時才能充滿電,每逢節假日高速服務區排隊充電現象屢見不鮮,特別是對租房子、沒有固定私人充電樁的使用者而言,用車生活的路線規劃、活動範圍確實會受到限制。
但站在行業未來發展角度,透過充電樁為電池充電,是否是新能源汽車及未來出行的“必需品”,這仍需探討、論證。
前沿技術始終是為方便使用者生活而存在的,為新能源汽車使用者提供更便捷和高效的補電措施,一直是全球各大科技公司、廠商、資本關注的核心,且已初步形成解決該問題的多個技術路線和發展方向。
作為二次能源,電能的儲存一直是世界性難題,甭管磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池,其本質是一種化學能&電能之間的轉化裝置,其充放電是一個內部的電化學反應過程。這一特徵註定它受到能量密度、功率密度、迴圈壽命等諸多因素限制,即,你不能像理解油箱裝油、氣瓶裝氣那樣,把化學電池視為永久性的儲存工具。
如今,很多廠商均將“燃料電池+化學電池”的組合,視為解決新能源汽車充電&續航現實有效手段,也就是氫燃料電池車。不需要外接充電樁補電,透過燃料電池中氫氣(來自儲氫罐)與氧氣(來自空氣)的反應就可以產生電能,然後儲存在化學電池中,或者直接給電機供電,此時,燃料電池相當於燒氫氣的發電機,而化學電池只是一個臨時電能中轉站。透過加註氫氣就能讓車子自己“發電”,既甩掉了充電樁的累贅,也能解決環境問題(排放是水),思路上類似於增程式混動,但不依賴於化石燃料。
今年的進博會上,豐田汽車就展示了名為Mirai的全新氫燃料電池車(FCEV)。該車尺寸和凱美瑞相當,全車有三個儲氫罐,容氣量5.6kg,燃料電池堆最大輸出功率達到128kW,能在-30°的低溫環境正常執行,而整車的續航里程達到650km,相比上一代增加了30%。看似續航里程和純電汽車沒有代差,但給燃料電池車注氫的過程可比給純電汽車充電方便快捷得多,參考現在常見的天然氣汽車,基本能在5分鐘內搞定。
除了豐田,現代起亞對燃料電池車領域下足本錢,2018年摩比斯(現代起亞供應商)就建立了全球最大的燃料電池生產工廠,而在今年進博會上不光展示了現代NEXO的氫燃料新能源汽車,還有氫動智慧無人運輸車(TRAILER DRONE)、應急救援車(RHGV)等物流/工程車輛案例。客觀說,氫燃料電池確實對技術小型化有很高要求,乘用車的底盤空間有限,而像半掛車這種顯然更能相容燃料電池車的較大體積,目前,現代第三代商用車燃料電池堆疊已經能做到200kW,TRAILER DRONE的單次加氫的續航里程可以達到1000km。
在2021進博會上,意柯那攜手合作夥伴STOR-H Technologies SA向公眾展示了基於綠色氫能的城市低碳出行一站式服務生態系統,包括燃料電池腳踏車、低壓固態儲氫罐、儲氫罐售賣機、行動式充氫裝置等。透過該服務生態系統,使用者可以實現“隨時隨地、隨取隨用”的氫能源自由。
更讓人眼前一亮的是,使用者透過制氫裝置,能在家裡自己製造氫氣,透過儲氫罐實現能源自制。隨著這些技術和裝置在未來不斷的發展,也許在不久的將來,我們也能為自己的汽車自制能源,到了那時,私人充電樁也許將真的再無用武之地了。
本質上,生物圈所有的生命形式與活動均由太陽能驅動,這絕對是最清潔的能源之一。而將太陽能轉化為電能的技術也已經商用多年,例如太陽能路燈、太陽能屋頂,又或者地球軌道上海量的導航衛星、氣象衛星、空間站等等。
在汽車領域,透過將太陽能引入到公共交通中,從而延長續航的技術探索也從未停滯。現代第十代索納塔的混動版車型,其車頂就搭載了兩塊38.9英寸和25.9英寸太陽能電池板,可以將太陽輻射透過單晶矽材料的光電效應轉換成電能。雖然這種方式的能量轉化效率僅20%左右,輸出功率遠不足以驅動車輛,但給車輛的12V電氣系統供電還是夠用的。
廣汽傳祺Aion S的全景天窗部分也採用了光伏系統,可輸出60W的電功率,既可以實現普通天窗的通風換氣功能,也可以為多媒體、音響、座椅加熱等用電裝置的12V車載電源充電。相同思路的還有小鵬P5、豐田普銳斯等新能源汽車,都是在太陽能充電領域的大膽嘗試。
隨著技術進步,太陽能電池的光電轉化效率也會提高,未來車載太陽能充電系統也將發揮更重要的作用。雖然,受限於功率密度、天氣以及黑夜影響,新能源汽車出行不可能完全依賴太陽能技術,但能做到隨時充電也必然會最大限度擴充套件其純電續航里程。
如果要做只有三電系統(電池+電機+電控)的純電汽車,就必然要依賴充電樁嗎?其實,也不盡然。
當前充電樁面臨的問題主要有功率小、覆蓋率低、車位改裝受環境影響大等等。業內普遍認為,無線充電技術的發展能夠有效解決當前充電樁建設面臨的眾多難題。
未來,高度模組化、整合化、智慧化、隱藏化的無線充電樁,將與車位完美融為一體,並作為城市的基礎設施出現在絕大多數公共停車場。它們對於燃油車而言就是普通充電樁,而當新能源汽車進入泊位,就會自動進行連線補電,並直接從使用者繫結的賬號扣款(電費)。
2019年款寶馬535Le(歐規插電式混動版)就推出了原廠整合感應充電裝置,包括可安裝在車庫或室外停車位的感應充電底座(充電基板),和固定在車輛底部的車輛部件(車載感應線圈),無需任何電纜,只要將汽車停放在充電底座正上方即可,系統會自動耦合車輛和充電模組的無線充電裝置。試想一下,如果城市大部分車位都配有該充電模組,那麼就可以做到隨時隨地利用碎片時間充電。
至於電池本身,化學電池的技術指標、製作工藝、新材料應用等等近幾年也確實迎來高速發展時期,市場也湧現了大量極具競爭力的新品。
2021年7月寧德時代對釋出了第二代鈉離子電池,160Wh/kg的能量密度確實達不到鋰電池的水平,但勝在材料便宜,氯化鈉(食鹽)的成本可比鋰、鈷等金屬低了不止一個數量級,更有利於產業化,例如微型電動車、兩輪電動車等等都有非常大的市場潛力。
而在高階電池領域,蔚來汽車、長城蜂巢、寶馬/福特等各大企業都在固態電池領域下重注,這種動力電池不需要電解液,正/負極和隔膜可以直接連線,能量密度可以比液態/半液態電池高2-10倍,新能源汽車純電續航1000km+,這是最主流,且最有希望的解決方案。
如果綜合電池技術指標和材料成本,印度Saturnose公司稱將在2022年推出一款鋁離子電池,或將成為世界首款商用鋁離子固態電池。據悉,該電池12分鐘就可以充滿,可以續航1200km,且支援2萬次的充放電迴圈,只是,目前還不清楚其商業化效能如何,特別是材料的工藝成本。
21世紀至今,關於新能源汽車各項技術的探索從未停止,隨著氫燃料電池、太陽能電池、無線充電、固態電池在內的眾多先進技術的應用,新能源汽車對私人充電樁的依賴也將逐步削弱,未來的交通出行工具必然是比當前燃油車更節能環保、更高效便捷的硬核科技產物,也完全用不著擔心充電、續航這方面的問題。
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