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电动汽车充电基础设施全方位解析

2020-04-28 10:10:34

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多年来，电动汽车 (EV) 行业一直处于缓慢增长的状态，但现在已开始发生重大转变。爱迪生电气协会 (Electric Edison Institute) 最近的一份报告显示，按照最近8年的电动汽车销量计算，如今美国道路上的电动汽车数量已超过100万辆。目前新电动汽车的销量是一年前同期时间的两倍，分析师估计，达到第二个百万辆的销量只需要三年。到2030年，美国道路上的电动汽车数量将超过1800万辆，全球道路上的电动汽车数量将从1.25亿辆到2.2亿辆不等。


不过目前电动汽车还不是主流，这主要是因为充电站的数量跟不上。从Verge公司的报告来看，美国和加拿大约有22000个（2级或快充）公共充电站，但爱迪生电气协会估计，仅在美国就需要960万个充电端口（包括公共场所、工作场所和家庭充电端口）才能跟上电动汽车的销售速度。显然，在未来十年内，必须建造大量的电动汽车充电基础设施。那么这会涉及哪些工作？将由谁来做？本文将介绍充电系统类型、充电站基础设施以及负责满足这些日益增长的需求的组织和机构。


充电系统类型


现在市面上有许多种电动汽车充电技术，世界上不同的电动汽车制造商和地区对这些技术有着不同的偏好。表1列出了美国汽车工程师学会 (Society of Automotive Engineers) 定义的充电技术标准类别。

请注意，大多数人所说的3级快充都是特指直流快充或DCFS，交流快充通常就称为交流快充，而不是3级快充。


电动汽车内置了交流-直流转换器 ，使交流电源能够直接连到汽车上。在直流充电中，交流-直流转换发生在电动汽车外部。电动汽车的直流电源直接连到汽车的电池组，绕过汽车内置的交流-直流转换器。


除了这些标准充电系统外，一些公司还提供无线充电功能。无线充电有两种类型：


· 电磁感应：当一个主线圈（通常位于汽车下面的的垫子中）通电时，会在连接到车上的次级线圈中产生感应交流电。
· 磁共振：与感应类似，只是主线圈和次级线圈工作在相同的谐振频率，提高了无线功率传输的效率。


目前，无线充电需要对电动汽车的次级线圈进行改造，并在停车位等合适的位置安装主线圈垫。


电动汽车充电模式及其复杂性


电动汽车充电基础设施与我们熟知的加油站模式截然不同。尽管一些传统的加油站可能会增加电动汽车充电服务，但电动汽车完全充电所需的时间较长，因此通常需要车子在休息的地方充电。表2总结了电动汽车最常见的充电模式。



爱迪生电气协会在其最新的电动汽车预测中，将2030年预计需要的960万个充电端口进行了如下细分：


· 家里：78%，750万个端口（2级）
· 工作场所：13%，120万个端口（2级）
· 公共场所：8%，80万个端口（2级）
· 公共DCFC：1%，10万个端口


不同充电站的成本和复杂性各不相同，具体取决于它们的预期负载（家里和公共场所）以及充电类型（1级、2级或DCFC）。除此之外，还需要以下三级服务设备来支持电动汽车充电基础设施：


· 电网的电动汽车服务连接升级：新变电站和变压器
· 电动汽车供电基础设施：电表和操作面板
· 电动汽车充电设备（也称为电动汽车服务设备或EVSE）：充电站、端口、电缆和连接器


建设充电基础设施的长期规划所面临的挑战之一是缺乏标准化。不同的充电系统（1级、2级和DCFC）在不同的充电模式下各有自己的成本和性能优势。电动汽车用户可以在典型的日常使用场景中轻松使用所有这些充电模式，因此所有这些模式都是必需的，只是不在同一个地方。此外，不同的电动汽车有着不同的充电要求，包括使用不同类型的连接器。有些电动汽车，比如特斯拉 (Tesla)，是使用专有连接器。


另外还有其他因素使得基础设施的规划变得比较复杂。比如，有多家公司提供无线充电解决方案，但使用这项技术的最佳方式是什么？它是主要供家庭使用，还是可以用于公共停车场和路边充电？无线充电的任何公共应用都将是一种不同的充电模式，对基础设施有着重大影响。


还有一个问题是电动汽车本身在未来几年将如何使用。随着电动汽车的发展，自动驾驶车辆和共享出行服务也在同步发展。从目前人们使用汽车的方式角度来看，分析人士预测，未来10年，大多数充电端口将以家用为主。但十年后，电动汽车使用方式的改变可能会使需求转向不同的充电模式。


尽管存在这些不确定性，充电站的建设仍是在稳步进行，许多公司也都参与其中。他们都在赌电动汽车有着美好的未来。


谁在建设电动汽车充电基础设施？


如今的电动汽车基础设施建造商包括专门的电动汽车充电网络公司、汽车公司、石油公司、电力公司和政府机构。下面列出了它们的投资方式：


电动汽车充电网络公司


这是一种业务类型相对较新的公司，包括拥有或运营充电站网络的企业。ChargePoint是一家规模超大的电动汽车充电公司，致力于打造智能化充电网络，目前在全球拥有41000个充电站。ChargePoint生产电动汽车充电桩 (EVSE) 并将其卖给业主。ChargePoint负责品牌管理，但业主可以自行制定收费价格。Blink是另一个拥有其大部分充电站的电动汽车充电网络。电动汽车充电网络支持多种收费模式，包括按量计费、按时间计费，甚至免费（由赞助商支付电费）。


汽车制造商


许多汽车制造商正在积极建造充电站，以鼓励消费者接受电动汽车。特斯拉是最早投身这个领域的公司之一，目前在全球1422个地方拥有约12011个独立的DCFS充电站，领先于其他公司。IONITY是宝马集团、戴姆勒公司、福特汽车公司和大众汽车集团的合作伙伴，其目标是在欧洲建立一个大功率充电网络。为应对柴油排放门丑闻，大众汽车创建了Electrify America，这家子公司正在美国各地建造充电站，计划于2019年中建成2000个。


石油公司


许多石油公司在其零售点提供充电服务，有些公司已经开始朝着这个方向发展。壳牌收购了欧洲最大的电动汽车充电网络公司 NewMotion，英国石油公司投资了一家生产汽车充电桩的公司。据Axios称，就连过去不看好电动汽车的埃克森美孚 (ExxonMobil)，现在也在认真研究电动汽车充电服务。


电力公司


电力公司对于售卖电能很感兴趣，部分公司已经主动出击参与电动汽车充电业务。加州和马里兰州的电力公司已经提交了在各自州建造数千个电动汽车充电站的提案。电力公司正在通过各种途径参与整体系统建设并积极投身电动汽车充电业务，不光是一如既往地鼓励企业建造电动汽车充电站，还实际参与充电桩之外的基础设施建设。截至目前，电力公司的参与方向还不太清晰。


政府机构


一些州政府正积极投资电动汽车充电基础设施，目前加州在这方面处于领先地位。很多这种投资是为了减少温室气体排放，根据美国进步中心最近的一份报告，美国27%的温室气体排放来自于内燃机汽车。


未来走向


从美国目前的22000个公共充电站到未来10年需要的100万个充电站，需要企业和政府的大量投资。这不是两三个主要市场玩家就能带动的，将会有众多细分市场玩家持续不断地加入。


如今，汽车制造商和电动汽车充电网络公司已经带头建造了充电基础设施。他们这样做有最直接的财政激励，而资金是充电基础设施持续增长的最终动力。这项建设将随着电动汽车的销量同步增长。


对于电动汽车制造商来说，其市场机会是让消费者更愿意购买电动汽车，并且他们还可以从充电站再赚取一份收入。而对于绝大多数的普通人来说，机会则来自于从电动汽车休息处赚取充电收入