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2021-06-04
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每日汽车
换电模式虽好，但超级充电也不差；未来在不远处，一切皆有可能。
可以肯定是，补能焦虑正在进一步蔓延。
当车主们不再满足电车仅被用来上班代步，实现长距离持续补能则成为一件必须正视的事。不得不承认，换电是现阶段最好的补能模式，但“更换电池”的操作怎样都觉得有些似曾相识。
这不就是以前手机电池拆卸自由的样子嘛！引入共享概念之后，换电模式的大范围铺开变得更加畅通无阻。看着蔚来换电站一座座的建立，心中不免产生疑问：被称作“大号手机”的智能电动汽车，会不会也走上手机的老路？
浅谈超充技术
相对于手机，智能电动汽车补能所涉及到的因素更多，场景更复杂。除了人为方面的阻碍，充电技术依旧存在欠缺，尤其是现在快节奏的生活方式下，超级快充的高效率低成本实现就变得尤为重要。
研究超级快充，最根本的目的就是为了让充电时间变得尽可能短。从物理角度，P=UI，可以很好地解答如何提高充电功率的问题，简单来说，提高电压和增加电流就能提高功率，进而实现缩短充电时长的目的。但需要注意的一点是，Q=PT,当时间越长，功率越大时，充电桩散出的热量也就越高，通俗来讲就是“容易烧掉”。
以特斯拉最新V3超级充电桩为例，支持最高达250kW的峰值充电功率，号称充电15分钟就能行驶120公里；充电前自动预热电池，更容易进入峰值功率充电状态；采用全新液冷线线缆，避免被“烧”的同时，更避免遭遇甩锅给用户、国家电网的尴尬情况。
讲到这里，除了干巴巴的几行字，似乎也没有说到V3超充的技术创新，其实我也想扒一些让人眼前一亮的技术干货，但超充的关键技术就是这般“平平无奇”：液冷和高功率。
实现高功率充电，充电桩内部散热和充电电缆散热都是必须要解决的事情。在风冷降温效果堪忧的情况下，液冷散热则是目前可见范围内最实际的解决方案。
正如下图所示，液冷的工作原理也说不上太难，除了导热材料和冷却液的选取，就是冷却液专门循环通道的密封设计，以及推动液体循环“动力泵”的研发。
充电桩内部散热的好坏直接就决定了设备的使用寿命和稳定性，而密封方面的设计则更需要注意，毕竟当管路冷却液发生泄露时，冷却系统失效，充电柱自燃的可能性就会被无限放大。
另外，充电电缆也需要布置冷却技术，这是一种解决“输电发热”的普遍方法。不得不说的一点是，做了液冷之后，充电线缆还能进一步缩小直径，使充电插头变得更加小巧轻盈，最新的特斯拉V3就是这样，借助液冷线缆，实现了单手充电自由。
讲完液冷，唠上几句提高功率的事也未尝不可。毕竟在功率元器件依旧依赖进口的情况下，再三强调“卡脖子”的问题也不为过。
现阶段，实现超级快充势必需要依靠直流充电的方式，而想要增加充电桩的输出功率，最直接的解决方法就是重新设计一款直流电源，并考虑到功率限制、成本等诸多方面的因素。充电桩的输出功率不可能无限制扩张，只能尽可能在一定体积内满足最大限度的“功率密度”。
实际上，能够实现超级充电，占总成本50%以上的“充电模块”功不可没。该模块的主要作用在于将电网中的交流电转换为充电的直流电，原理方面会涉及到三相交流电的整流滤波、交直流电压转变、高低频变压，以及IGBT模块的应用等。
很有意思的是，IGBT器件并不仅仅被用于充电桩，它还是本次“汽车芯片荒”中除了MCU之外的“主角”之一。整车内部的IGBT模块主要是在电池放电的时候，将直流电转变成交流电机使用的交流电，同时控制交流电机的变频，进而保证百公里加速赶超油车的关键器件。
目前，就国内而言，好像只有比亚迪有底气说自己不缺IGBT芯片，哪怕星星充电、特来电等第三方充电桩头部企业都曾表示过对IGBT等功率元器件实现了自主研发，但必须承认，多数企业的相关零部件还是依赖于进口。
也就是说，虽然“囤货”能够解决燃眉之急，但只有将相关产业链完善，并可以实现量产制造之后，才算是真正迈出了第一步，而且关于超级充电技术的发展，还需要考虑到另一项技术的适配：电池技术。
电池技术是产业桎梏
现在的超级快充技术已经实现了很大的进步，但如何在大功率充电下保证电池的安全和寿命依旧是难点所在。就比如快速充电所导致的电池负极“结晶化”。
以锂电池为例，在充电过程中，电池的负极会吸引锂离子从正极向负极运动，当充电速度过快，锂离子的移动速度就会随之变快，如果此时的负极材料不能满足锂离子的快速通过，就会引起负极锂离子堆积过盛，进而形成一层“结晶”，从而影响到整个电池的可循环利用。
换句话说，当充电桩能够提供足够的大功率充电时，汽车电池方面反而后继无力了。虽然，利用石墨烯做正负极材料应该可以解决此类问题，但现阶段的石墨烯电池还停留在实验室和卫星上，因成本问题并不能商用。而且，这也只不过是电池技术中一个比较明显的技术难点而已。
从结构上划分，电动汽车电池可分为蓄电池和燃料电池两大类别。相对于蓄电池来说，燃料电池的技术并不成熟，所以更稳妥的方案是利用蓄电池。蓄电池的主流是锂离子电池，主要以磷酸铁锂电池和三元锂电池为主。
相对比而言，三元锂电池的前途似乎更好，尤其是固态三元锂电池一出，其安全性问题也得到了很好的解决。所以，哪怕磷酸铁锂电池的成本更低，三元锂电池反而会更受各方的青睐。就比如蔚来ET7选择搭载的固态电池，再比如特斯拉一直以来使用的松下三元锂等。
电网能否承受？
随着充电桩越来越多，电网的用电负荷必然越来越大，各地推行错峰充电也是出于这个原因。尽管国家电网每年也会对线路进行扩容改造，但扩容的速度一般很难能够跟上充电站对能源的需求，更何况是去铺设对电网影响力更大的大功率充电桩。
当某个地区需要大功率供电时，往往会提前做好电网规划和布局，比如在附近建设变电站、改造供电高压线路等。然而矛盾的是，现有充电需求旺盛的区域，往往配套的电网基础已经铺设完毕，相应的电网扩容难度也就随之增大，再加上审批、新建电缆沟等必要步骤，都需要花费更多的时间和成本。
所以，在现有的供电基础上建设大功率充电桩，更像是一项拼手速的操作，功率限制下，固定地区的大功率点位竞争将会变得更加激烈，毕竟谁建设的快，就意味着谁能够通过更小的代价，占到一份超级充电市场份额。
而且，从发展的观念来看，超级快充服务很有可能会成为未来电动汽车竞争的重要战场之一，毕竟“人无我有，人有我优”的竞争力才会更加强劲。
目前，特斯拉在中国大陆的超级充电桩数量已经突破了6,000根，而且上海超级充电桩工厂也在今年2月份正式建成并投产，初期规划年产能预计10,000根，如果全部布置下去，那将会是一个十分可观的规模。
小鹏汽车“玩的更野”，全国100个城市建立了超过670个的超充站点，并且“鹏”友们还能享受终身免费充电的服务，优越性油然而生。
蔚来则是更热衷于布置换电站，不过超充方面也没有放弃，或者称其为充换电一体站。数量上，蔚来已经在全国范围内布局约232座换电站，以及169座超充站，而且数字也还在不断上升中。
另外，值得注意的一点是，除了“新势力”之外，传统车企也在加紧布置超级充电站等服务站点。奥迪就是其中很有代表性的一家，其最近提出的大功率充电中心解决方案引起了很多思考。
奥迪的大功率充电中心是两层设计，一层充电，二层是休息区和食堂。除了能提供300kw的充电输出外，奥迪的大功率充电中心还在屋顶配备了太阳能电池板进行补能。更有意思的是，该充电中心的电能，竟然是由一些被用过的锂电池提供，此时的锂电池既作为电能缓冲存储器存在，还能解决高压线缆、变压器等昂贵基础设施的扩展问题，成本得到了很有效地控制。
当某处节约了成本，是否就意味着可以在培养用户习惯上，下更深的功夫？总的来说，为了解决充电焦虑，各大车企都有自己的一套解决方法，换电也好、超级充电也好、储能再转换也好，都不过是为了占据更多的电动汽车市场份额。但如果说，什么样的补能方式才是未来，那可能还需要去看各大车企对市场的“教育”程度。
或许人们更容易接受换电，3分钟就解决，很飒；或许人们更喜欢充电之余放空自己，30分钟也不是不能等；亦或是无线充电也给安排上，汽车行驶过程中就实现了补能，未来的一切谁又说的准呢！
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