电动汽车的难题:如何在需求增长之前建立充电基础设施

通用汽车、福特、丰田等公司数十款新型电动汽车预计将在未来几年内上市。是否有足够的电力来保持它们的运行?


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先有鸡还是先有蛋:是先有电动汽车还是先有为电动汽车供电的基础设施?这是汽车制造商如果希望他们的插电式汽车能够填满高速公路,就必须回答的关键问题之一。

找到答案并非易事。目前,大多数司机由于多种原因对购买电动汽车持犹豫态度。一方面,根据商业咨询公司普华永道的数据,即使这些汽车明年大量上市,其价格也将比同类内燃机汽车高出7,000至20,000美元。

也不能保证汽车制造商不会放弃他们的电动汽车客户(还记得通用汽车的 EV-1 吗?)并转向其他有前景的绿色技术。能源部长朱棣文可能已经削减了对氢燃料电池的研发资金,但国会仍可能投票恢复资金。此外,丰田、通用汽车和其他投资氢能源技术的公司也不太可能在这个时候放弃它。

但对于电动汽车(以及氢能源汽车)来说,也许最大的问题与基础设施有关。司机将如何在何处为他们至关重要的锂离子电池充电,特别是当这些司机远离家乡时?在大多数情况下,这意味着他们计划行驶的距离将超过满电电池的 160 至 240 公里。普华永道在上个月的一份报告中估计,到 2020 年,纯电动汽车可能占轻型汽车总产量的 2% 到 5%。虽然某些类型的电动汽车,如通用汽车的雪佛兰 Volt,包含可作为电池充电器的增程汽油发动机,但纯电动汽车,如日产的 Leaf,将完全依赖其电池组提供的行驶里程。

普华永道全球汽车领导人 Steve D'Arcy 在公司报告发布时发表的一份准备好的声明中表示:“基础设施不足……将延迟向电动汽车的广泛转变。” “缺乏可用的充电站网络将司机限制在短途通勤中,而完全为电动汽车充电可能需要几个小时。建立充电站所需的空间,以及消费者为给车辆充电时使用的电力付费的合适方式,都是尚未解决的问题。”

快速充电站
电动汽车由一个或多个由可充电电池组供电的电动机驱动,这些电池组将电池中 75% 的化学能转化为驱动车轮的动力。(内燃机将汽油中储存的 20% 的能量转化为动力。)然而,目前美国各地的充电站相对较少,只有加利福尼亚州拥有 400 多个,而大多数州都没有

几家公司正在争夺机会来消除最后一个担忧,他们称之为“里程焦虑”。虽然插电式混合动力汽车可以通过 220 伏插座,甚至标准的 110 伏连接成功充电,但总部位于加利福尼亚州蒙罗维亚的AeroVironment, Inc.认为,纯电动汽车需要自己的快速充电基础设施才能获得成功。AeroVironment 电动汽车充电器主管 Kristen Helsel 表示,这样的基础设施将包括看起来像今天的加油泵的充电站,但可以产生 400 至 600 伏的电压,足以在几分钟内为电动汽车电池组充电。

AeroVironment 在其开发这些充电站的计划中取得了一些成功。美国专利商标局本周早些时候授予该公司一项专利,该技术旨在从电动汽车或其充电器中收集数据,并使用这些数据来确定充电速率是否针对车辆的性能、电池的长期健康状况和当地公用事业公司的电力供应进行了优化。5 月,华盛顿特区交通部、日产北美公司和 AeroVironment 宣布建立合作伙伴关系,他们预计到 2011 年将在华盛顿特区至少建成 100 个快速充电站。该地区还承诺将日产的 Leaf 添加到其车队中

AeroVironment 曾帮助通用汽车设计了命运多舛的 EV-1,该公司认为现在是电动汽车的好时机,甚至再次与通用汽车合作,这次是为了开发其纯电动 Impact 汽车(“Impact”也是 EV-1 的预生产名称)。Helsel 说:“这次电动汽车的优势在于,政治环境似乎正在鼓励使用更环保的交通方式。”

电池更换
总部位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的Better Place承诺通过建造免下车电池更换站来创建不同的电动汽车基础设施,这些更换站使用自动化轨道上的机器人,该机器人滑到汽车下方,在几分钟内将电量不足的电池更换为新充电的电池。(该公司制作了一段演示此过程的视频。) Better Place 将拥有这些电池并负责为其充电,从而将该责任从驾驶员手中移除,Better Place 的公用事业运营和可持续发展战略总监 Sven Thesen 说。根据该公司的计划,司机将在购买电动汽车时注册访问此服务,并按类似于手机服务的方式收费。

Better Place 还销售可安装在家中或企业中的充电桩。Thesen 说:“作为基础设施提供商,我们将拥有和运营这些充电站和更换站。” 他声称,该公司已在以色列安装了 1,000 个充电桩,并在该国与包括 IBM 和耐克在内的 30 家公司签约,为他们的员工提供充电服务。以色列铁路公司本月早些时候宣布,将在全国各地的火车站安装 220 个 Better Place 充电站

推销困难
尽管 AeroVironment、Better Place 和其他公司正在努力推销电动汽车的想法,但“电动汽车业务目前还为时过早”,加州大学戴维斯分校机械与航空工程教授Andrew Frank说,并补充说,主要原因是没有足够的充电基础设施,也没有明确的计划说明最终谁将为此付费。Frank 警告说,汽车公司不应期望公众为此出钱。他说,再次扼杀电动汽车的一种方法是要求公众在基础设施上投入大量资金。

Frank 说,即使 Better Place 的电池更换策略不需要接入电网,它仍然缺乏资源,即电池。Frank 补充说,为了使 Better Place 能够提供他们提出的电池更换站,他们将需要大量的电池,并且这些电池需要适合各种汽车品牌和型号。

美国能源部 (DOE) 已采取措施缓解电池积压问题,本月拨款24 亿美元用于 48 个先进电池和电动驱动项目。总部位于威斯康星州密尔沃基的江森自控公司获得了近 3 亿美元用于制造镍钴金属电池单体和电池组。在基础设施方面,能源部正在向一个由电气运输工程公司 (eTec) 领导的项目提供 9980 万美元,eTec 是总部位于亚利桑那州斯科茨代尔的 ECOtality 的子公司,该项目用于在五个市场安装多达 12,750 个充电站:田纳西州、俄勒冈州、圣地亚哥、西雅图和亚利桑那州凤凰城/图森地区。该项目还包括在每个市场部署多达 1,000 辆日产 Leaf 电动汽车。

尽管有这些举措,Frank 仍直言不讳地支持在短期内使用插电式汽油-电动混合动力汽车,因为它们可以在不需要大规模充电基础设施的情况下减少燃料消耗。AeroVironment 和其他公司提出的高功率快速充电站的主要替代方案是使用现有的 110 伏插座基础设施,这些插座提供低功率并且需要更长的充电时间,这种情况非常适合目前已经在路上行驶的混合动力汽车,Frank 说,并补充说,“插电式混合动力汽车在短期内是很好的选择,这可能是 50 年。”

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