美国电动汽车充电慢成为大难题 彻底解决只能靠科学突破

·极客观察11月13日 在美国，电动汽车充电仍然是一件麻烦事，连标准都没有统一。J.D. Power最近在一份报告中指出，虽然美国安装的充电器越来越多，但用户对公共充电设施仍然多有不满，一些企业的充电服务让人失望。

电动汽车充电行业满意度非常低，缺少充电器仍是最大问题

J.D. Power电动汽车体验总经理Brent Gruber说：“与电信、有线电视等行业的满意度相比，电动汽车充电仍然处在非常低的水平。”Gruber指出，缺少充电器依然是用户最大的抱怨。

根据美国能源署提供的数据，美国有公共电动汽车充电器144000个，当中有42000个装在加州。密西西比州（Mississippi）和蒙大拿州数量很少，只有几百个。说到标准，那就更复杂了。很多汽车制造商都说要在未来几年转向特斯拉NACS标准，但现在还没有转型。如果不是特斯拉汽车，许多还是支持CCS（Combined Charging System）充电的。因为支持CCS，如果你找到一个充电器，它不是特斯拉充电器，基本上还是可以给汽车充电的。如果你开的是日产Leaf汽车，可以用ChaDeMo接口实现快充，只是这种充电器相当少，要找到有些困难。

在美国，如果家中装有充电器，充电费用比汽油便宜很多。不过如果是在住宅之外充电，充电成本相当于家中充电成本的两倍。为什么呢？因为在住宅之外充电除了要支付电费，还要承担设备维护费。

实现真正的快充需要充电器和汽车协同配合

公共充电器有几个等级，Level 2和Level 3，还有Level 1，但基本不考虑，Level 1就是用常规插座给汽车充电。Level 2充电比Level 3慢一些，如果你去看电影，吃饭，可以用Level 2充电。如果是在高速上行驶，想充电，用Level 3更好。

如果是真正的快充充电器，15分钟可以从10%充电80%，几分钟增加100英里续航。当电量达到80%时，为了保护电池，充电速度会慢很多。许多所谓的快充达不到那么快的充电速度。50KW快充比较普遍，充电速度比150KW和250KW慢很多。

能否实现真正的快充，除了看充电器标准，还受限于汽车本身，二者必须协同。UL Solutions先进电动汽车充电实验室高管Nathan Wang说，当你第一次给汽车充电，汽车与充电器之间会来回传送大量信息，然后电流才开始输入汽车；汽车必须让充电器知道它能承受的安全极限在哪里，充电器必须尊重汽车限定的充电速度。例如，通用汽车Bolt EV在美国比较流行，它只支持55KW充电器。你可以将更快的充电器插入Bolt EV，但速度并不会更快。

保证充电速度的同时，安全问题也不容忽视

不久前美国七大汽车公司宣布将会在高速公路和市区新增3万个大功率充电器，这一决定有望缓解充电难问题。但电动汽车充电器提供商ChargePoint的首席运营官Rick Wilmer 说：“安全是极其重要的。你肯定不想烧到人或者烧毁汽车，只要存在安全风险，系统会自动关闭。”尽管如此，Rick Wilmer仍然宣称ChargePoint充电器在大多时间里是正常运行的。

因为充电器属于不同的网络，想使用，必须下载相应的智能手机App，开设账户，然后才能充电。美国充电产业正在努力解决这些问题。J.D. Power的调查报告显示，车主如果提前规划好充电时间，比没有规划满意度更高一些。美国企业开发了很多App，汽车自带有导航系统，它们可以告诉车主哪里有充电器，然后根据相应信息规划路线。车主可以提前知道充电器所在位置，类型是什么，是否空闲。App和导航正在增加更多信息，比如目前正在使用充电器的汽车还有多久充满，这样可以方便车主排队。

提升汽车充电速度还需要依靠科学突破

大学、汽车制造商、美国政府机构（比如能源署）认为，如果能实现科学突破，汽车充电速度应该可以大大提升。他们认为，可以调整汽车电池内部化学构成、重新设计充电线，从而突破众多限制。如果汽车充电速度和加油一样快，那就达成目标了。

宾夕法尼亚州立大学电池与储能技术中心高管Christopher Rahn说：“在电化学方面已经有许多创新，但它们仍然只存在于实验室。为什么呢？因为这些技术要么太贵，要么需要不同的制造工艺，现在还没有为大规模普及做好准备，但可以肯定的是许多研究人员带来一些令人振奋的成果。”

改变电池化学结构

如果能改变电池的基本化学结构，就能解决充电难题。锂离子在电池正负极流动，完成充电。问题在于，电池内的锂离子是有速度限制的，如果跑得太快就会堵住。更糟糕的是一旦锂离子堵住，累积，电池可能会短路甚至起火。

阿贡能源储存科学合作中心高管Venkat Srinivasan说：“移动锂离子如同将100个人送入狭窄的房间，房间的门很小，它们会挤在门口进不去。”我们假设，如果实现化学突破，能让锂离子在电池内轻松移动，问题不就解决了吗？阿贡科学家想让锂离子以多种方式在电池内移动，从而减少拥堵。Srinivasan认为，最难的地方是在微观层面设计这道门。

更好的电池算法

电池用电解液运送锂离子，如果能找到更好的电解液，也可以突破限制。改变电池化学性质听起来容易，实际上很难，要经过严密的测试、验证才能使用，否则如何保证安全？有一种办法比较取巧，那就是用软件来管理电池，确保充电安全。电池如果按恒定速度充电，当电池增加，速度会下降。爱达荷国家实验室相信，如果开发更好的电池算法，用它调节电流，也许能提升充电速度。

爱达荷国家实验室科学家Tanvir Tanim说：“也许可以先用小电流充电，充到30%，然后再增加电流大小，因为此时电池的内阻已经降低了。当电池快要充满时，又可以再次缩小电流。”

充电线冷却技术

我们还可以从其它地方着眼。例如，普渡大学机械工程教授Issam Mudawar正在研究新的充电线冷却技术。研究人员认为，如果想提高充电速度，必然让线缆承受更大的电流，目前的充电器只能承受500安倍的电流，要是电流过大，发热太严重，线缆无法承受。

Issam Mudawar开发的冷却技术可以让电缆承受超过2400安倍的电流，只要电流达到1400安倍，5分钟就能给汽车充满电。系统用到一种新的液态冷却剂，它涉及到过冷沸腾原理。Issam Mudawar解释称：“电流越高，发热越多。如果想在5分钟内给汽车充满电，电流极高，它所发出的热量是惊人的。”

虽然我们都在追求更快的充电器，但对于一个国家来说，承担大部分充电使命的可能还是较慢的充电器，比如家里和停车场有慢速充电器就足够了。阿贡国家实验室研究人员Tim Pennington说：“拥有电动汽车并不需要每天都使用10分钟高速充电器。”（小刀）

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