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| 本文作者： 彭賽瓊 | 2017-11-22 19:42 |
雷鋒網(wǎng)按：電池，是電動車的“生命”，它將直接決定整輛電動車的許多最終表現(xiàn)。
在特斯拉的推動下，純電動車的時代已經(jīng)“越來越近”——未來兩三年，幾乎所有的汽車品牌都將有插電汽車或是純電動車上市。而在這一輪即將到來的大趨勢背后，電池毫無疑問地扮演著一個極其重要的角色。一場規(guī)模宏大，圍繞著電動汽車電池及其充電技術(shù)的競賽正在展開。
這場競賽或許沒有絕對的勝利者，但跑在前面的人無疑將在電動車?yán)顺敝蝎@得重新洗牌汽車行業(yè)的機(jī)會，這對于傳統(tǒng)的汽車業(yè)玩家來說既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。
不過，目前電動車的實際使用還存在一些不便利性，例如，充滿電需要較長的時間，單次充電無法支持太遠(yuǎn)距離的駕駛。這些不便利性與電動車的電池直接相關(guān)。除電池之外，充電站等基礎(chǔ)建設(shè)的支持和配合也非常關(guān)鍵。
CB-insights上月發(fā)布了一篇關(guān)于電動車電池的文章，盤點了一些當(dāng)前創(chuàng)業(yè)公司和汽車制造商的在電池技術(shù)方面的進(jìn)展，其中也反映出了這場技術(shù)競賽的幾大核心點。雷鋒網(wǎng)在不改變原意的情況下，進(jìn)行了編譯。
現(xiàn)在，特斯拉、大眾、雪佛蘭和其他汽車制造商正在以每臺3.5萬美元（約23.3萬元）或更低的標(biāo)價出售電動汽車，電動汽車終于能夠成為普通消費(fèi)者承受得起的商品。雖然價格降低了，但仍有一些人猶豫是否要購買這些電動車，因為電動車存在行駛里程的限制。
在考慮購買電動車時，消費(fèi)者們基本上都會問同樣的問題：
1. 電池能支持多遠(yuǎn)的行程？
2. 充電要充多久？
由于快速充電站并未普及，許多電動車都依靠在家過夜充電，這樣充電的缺點是：普通的電動車（如大眾eGolf），在家充電26小時之后，只能持續(xù)125英里(約201千米)的旅程。
但是，充電速度快、續(xù)航里程高的電池現(xiàn)在已經(jīng)呼之欲出了，并有希望提高電動車的銷量。
保時捷、東芝和其他公司都在研發(fā)可以在幾分鐘內(nèi)完成充電，并且可以持續(xù)200多英里的電池技術(shù)。
保時捷表示，Mission E的鋰離子電池（3）集成在車輛底部，不僅可以“降低重心”同時還可以實現(xiàn)“無線（感應(yīng)）充電”。充電端口位于左前擋泥板附近（4）。圖片來自：保時捷
保時捷宣布，自己已經(jīng)擁有超越現(xiàn)在所有電動車的電池技術(shù)。
過長的充電時間，是電動車車主不得不應(yīng)對的問題，保時捷即將推出的電動車Mission E，就將電動車的充電時間降低到了可接受的范圍內(nèi)。
“十五分鐘的充電時間是可以接受的。電壓800伏特，這也是可行的。“保時捷的電池電動車副總裁Stefan Weckbach博士說。
保時捷以Mission E（將于2019年亮相）的電池效能做出的承諾，體現(xiàn)了這家汽車制造商想要在高端電動車領(lǐng)域取代特斯拉的意圖：
保時捷表示，Mission E可以在單次充滿電的情況下行駛超過300英里（約483千米），相當(dāng)于售價94萬美元（約62.5萬人民幣）的Tesla Model S P100D（335英里，約539千米）
只要在800伏的電路上進(jìn)行15分鐘的“高速充電（Turbo Charge）”，保時捷表示，Mission E就可以再延長250英里的航程（401.5千米）。
這聽起來不錯，但保時捷的15分鐘“高速充電（Turbo Charge）”有一個非常大的缺陷：目前的電動汽車充電樁還不能支持這種充電形式。
目前，世上僅有的幾個800伏充電樁（350千瓦充電樁）在保時捷柏林的新辦事處，這些充電樁是在今年七月安裝的。
保時捷面臨的缺陷，也揭露了電壓范圍和充電樁分布將會影響電池研究和電動車普及率的問題。
為了讓汽車制造商整合創(chuàng)業(yè)公司和成熟的科技公司（將在本文稍后討論）的新興電池技術(shù)，他們必須首先應(yīng)對目前電動汽車充電面臨的這些問題。
在保時捷柏林中心的兩個800伏充電樁之一。圖片來源于保時捷
事實上，目前電動車和其電池總共有三種“級別”的充電方式：
第一級別（L1），在110V～120V的家庭插座上進(jìn)行，而不管車輛或電池類型是什么，這種等級的充電都是最慢的。L1的電路每小時只能為電動汽車提供大約2千瓦的電能。
第二級別（L2），在220V～240V的電源插座上進(jìn)行，一些國家的家庭用電電壓符合這一范圍，其余國家可以將這種電路安裝在家里，美國有大約16000個電動汽車充電站使用這種電路。第二級充電通常每小時為電動汽車提供約6.6千瓦的電能。
第三級別充電（L3），即“快速充電”，需要在直流快速充電（DCFC，DC Fast Charging）站進(jìn)行，大部分這種充電站都配有400V～480V的電路。目前的快速充電技術(shù)能夠以每小時50kW或更高的功率為電動汽車充電。
鑒于美國道路上充電站的數(shù)量限制，電池驅(qū)動的電動車輛的車主們不得不在長途旅行中進(jìn)行大量的計算（和規(guī)劃路線）：不僅要考慮他們的目的地有多遠(yuǎn)，還要考慮要花多少時間進(jìn)行充電。
舉個例子，如果從紐約開大眾eGolf到華盛頓特區(qū)(363.9km)：
?如果在家庭車庫里用26小時將車充滿電，eGolf的車主可以行駛大約一半的路程（201km）。
?如果eGolf車主在途中停在L2充電器上，則需要近5個小時的充電時間才能進(jìn)行下一段行程；如果使用第三級充電器，充電過程則只要大約半小時。
?雖然專家建議在給電動車充電時，電池不應(yīng)完全充滿，充80%的電更有利于電池壽命，但這就會導(dǎo)致車主需要充兩次電，才能完成這趟旅程。
所以，降低充電時間的關(guān)鍵是不是將DCFC站的快速充電電壓提高一倍，并在公路上安裝更多的充電泵呢？
不完全是。
市場上幾乎所有的電動車都可以在第一級和第三級電路上充電，但并不是所有的電動車都能支持400V /50kW甚至更快的“快速充電”。
如果沒有適當(dāng)?shù)目刂疲焖俪潆娖鳟a(chǎn)生的更多熱量，以及通過充電接口傳導(dǎo)的熱量會損壞汽車的發(fā)動機(jī)。支持快速充電的裝置制造起來非常昂貴，所以低成本的電動汽車一般都沒有兼容快速充電方案。
但技術(shù)的進(jìn)展有望讓更多的人買得起可以快速充電的電動車。
例如，根據(jù)Innovative Vehicle Institute的報告，最新的雪佛蘭Bolt EV車型的電池可以支持最高每小時55kW的充電功率。
而其他的低成本電動車，現(xiàn)在也可以購買快速充電功能進(jìn)行升級，因此，到2019年，Mission E可能就不是唯一能夠支持800V/350kW充電的高端電動車型了。
Bolt EV的電池。圖片來源于雪佛蘭
未來，電動汽車充電效率將會越來越高。
特斯拉的超級充電樁每小時可以提供120～150千瓦的電能，是當(dāng)今最強(qiáng)大的充電器（Elon Musk還曾推文暗示，未來充電樁的充電效率可能會大于150千瓦每小時）。特斯拉計劃在2018年計劃增加18000個充電樁。但是這些充電樁只有特斯拉車主能用，其他的電動車主無法使用。
在歐洲，到2020年，許多汽車巨頭（包括寶馬，戴姆勒，大眾，保時捷和福特）將聯(lián)手在全歐洲范圍內(nèi)建設(shè)每小時800伏/350千瓦的充電器。保時捷表示，計劃在歐洲的主要高速公路邊上建設(shè)約1000個充電站。
Chargepoint是一家在美國運(yùn)營超過33000個第二級充電樁的創(chuàng)業(yè)公司。最近，Chargepoint開始向加油站業(yè)主提供Express Plus充電樁。ChargePoint表示，Express Plus每小時可以為電動汽車提供高達(dá)“400kW”的電能。
Chargepoint的Express Plus充電樁
有多少加油站擁有者接受Chargepoint的Express Plus產(chǎn)品，還需等待時間的考察。但目前，美國只有16000個二級電動汽車充電站，想要使用800V/350kW的快速充電技術(shù)，或許還要等上幾年。
與此同時，許多其他電動汽車電池的創(chuàng)業(yè)公司正在崛起。
汽車制造商并不是唯一的一股致力于提高電池能力的勢力。
技術(shù)公司也在這方面進(jìn)行創(chuàng)新，他們想把自己的系統(tǒng)賣給汽車公司，以便為消費(fèi)者提供更多的充電選擇和更快的充電技術(shù)。
隨著科技公司的創(chuàng)新，鋰離子電池的弱點正在被克服。（這些電池一直以來都是電動汽車的首選，但其充電容量和續(xù)航能力還有很大的提升空間。）
StoreDot是一家以色列納米技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司，2017年5月，它首次展示“閃充電池（FlashBattery）”技術(shù)，該技術(shù)有望在短短五分鐘內(nèi)為電動汽車充電，讓車最高可達(dá)到300英里（483km）的行程（具體取決于電動車耗能水平）。
作為一家納米技術(shù)公司，StoreDot專注于使用新型有機(jī)化合物代替鋰離子電池中的化學(xué)物質(zhì)。StoreDot除了提供超快速充電之外，還表示其電動車閃充電池有以下特點：
比標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池更環(huán)保、具有環(huán)保的制造工藝;
含有比在鋰離子中的材料“在高溫下更不易燃且更穩(wěn)定”的材料;
比現(xiàn)有電動車電池的預(yù)期價格更有競爭力。
該公司預(yù)計將在未來三年內(nèi)讓這款電池上市。
與此同時，東芝、三星等成熟的科技巨頭也在各自的創(chuàng)新中研究對抗鋰電池弱點的方法。
東芝在2008年首次推出其可充電電池技術(shù)，被稱為SCiB；原來的SCiB型號采用鋰鈦氧化物做原電池陽極材料，與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，東芝稱，SCiB比起傳統(tǒng)電池，“安全性高，發(fā)熱少，充電快、輸出和輸出功率大、容量也大”。
最初的SCiB在電動汽車以及在有軌電車、電梯、發(fā)電廠等工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。SCiB的優(yōu)點之一是內(nèi)部短路引起的燃燒風(fēng)險非常低，例如過度充電導(dǎo)致的短路。
現(xiàn)在，東芝已經(jīng)發(fā)布了新一代SCiB，陽極材料是鈦鈮氧化物。
東芝表示，使用新型氧化物材料保留了現(xiàn)有SCiB模型的優(yōu)點，“不論是在寒冷條件下充電還是快速充電，鋰金屬沉積的可能性都要小得多”，這種沉積會導(dǎo)致電池性能的退化。
東芝還表示，在新的SCiB電池中，也開發(fā)了一種“更有效地儲存鋰離子”的方法，提高了電力和電池的使用壽命：即使經(jīng)過5000次充電后，新的SCiB還能儲蓄90％的電池容量。
東芝還表示，新款SCiB經(jīng)過第三級充電6分鐘后，可供電動汽車行駛近200英里（322km）。東芝公司企業(yè)研發(fā)中心主任Osamu Hori博士表示，該公司對下一代SCiB的潛力感到“非常興奮”，并補(bǔ)充道：
“這不是一個漸進(jìn)式的改進(jìn)，這是一個改變游戲規(guī)則的進(jìn)步，這將會對電動車的續(xù)航里程和性能產(chǎn)生重大影響。我們將繼續(xù)提高電池的性能，并力爭在2019財年實現(xiàn)下一代SCiB的實際應(yīng)用。”
而三星電子于2017年9月在法蘭克福車展上推出的新電池，支持的續(xù)航里程甚至超過200英里。三星表示，其新型“多功能電池組”可以支持電動汽車高達(dá)430英里的續(xù)航里程。
三星在法蘭克福車展上推出的新電池
迄今為止，三星對“21700”電池組的細(xì)節(jié)仍閉口不言，該公司沒有討論電池的化學(xué)組成，也沒有說出具體的充電時間。
但是，盡管缺乏細(xì)節(jié)，專家們已經(jīng)注意到，三星的多功能電池組與Tesla的3.5萬美元的Model 3使用的小型圓柱形電池存在相似之處（特斯拉稱為2170）。
特斯拉的2170電池根據(jù)21毫米×70毫米的尺寸命名，它們比幾十年來一直使用的“18650”結(jié)構(gòu)鋰離子有更大的體積。
伊隆·馬斯克（Elon Musk）說，特斯拉的2170電池是“世界上能量密度最高的電池，也是最便宜的。”2170電池的成本降低對于價格相對低廉，市場需求又比較高的Model 3來說至關(guān)重要點。
如果我們拿三星的數(shù)字來看，特斯拉Model 3的電池與三星的21700電池的續(xù)航里程還有一定距離。配備2170的Model 3預(yù)計在充滿電后只能維持約215英里續(xù)航里程，相當(dāng)于三星21700多功能電池組承諾里程的一半。
但就像在特斯拉在電動汽車的其他領(lǐng)域一樣，特斯拉仍然在2170電池創(chuàng)新上占據(jù)上風(fēng)。
當(dāng)三星確定了要在2021年量產(chǎn)其新型多功能產(chǎn)品之時，特斯拉和松下已經(jīng)在內(nèi)華達(dá)州的“超級工廠”（Gigafactory）制造2170電池了，特斯拉也在這里制造其太陽能電池板。
以電池驅(qū)動的電動汽車是交通運(yùn)輸?shù)奈磥恚M(fèi)者也有了越來越高的興趣：盡管受充電時間長和充電樁數(shù)量少的限制，2016年美國電動車的銷量同比還是增長了37％。
隨著大功率電池的生產(chǎn)難度降低（且在低成本電動車中部署成本更低），除了特斯拉，我們將會看到更多的公司將高壓充電器帶到大眾市場。
雷鋒網(wǎng)點評：在傳統(tǒng)的汽車行業(yè)中，動力亦是關(guān)鍵，但不論是燃料還是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，都早已進(jìn)化成熟，消費(fèi)者和廠商關(guān)注的無非是發(fā)動機(jī)的配置、定位，以及少數(shù)經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)。
相比起汽車，電動車則是一片新天地。而純電動車目前表現(xiàn)與消費(fèi)者期望之間的差距，是技術(shù)所需要填補(bǔ)的空白，更是電動車價值體現(xiàn)的空間。究竟該如何讓電池成為真正驅(qū)動龐大公路交通的動力源？如何讓電氣化真正走進(jìn)汽車業(yè)？進(jìn)而讓人類的公路交通方式再次升級？這些疑問都有待解開。
未來誰最先掌握快速充電技術(shù)，誰能保證革命性的行駛里程，誰能提供最完美的行駛體驗，誰就是電動車的龍頭。
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