聊聊电动车几种电能传导方式

前言

商用车电动化要比乘用车更为前端，普及率也更高，因为其往往有固定的行驶线路，或者相对的固定路程，及特定的作用等，所以其往往也是各个国家车辆电动化的“先行者” 本文简单的介绍了目前几种电动商用车的能量传输方式；

前言

很多人说2021年会是新能源汽车的一个元年，EV会在政策和市场双需求的刺激下，引来新的爆发；

其实之前我在和咨询机构沟通时，我倒是认为2021年会是很多企业迈出关键一步的一年，2025年才是很多企业的元年，理由也很简单，电动汽车本身的核心技术全部堆积在电池上，同样电池也占据了汽车最大的成本，无论是各家OEM还是各个电池企业都在不断的去研发该方向的技术，OEM围绕电池技术及自身传统车辆平台进行EV平台的整合和开发，Battery的企业围绕更高的密度，更好的成本不断的技术迭代，比如固态电池态（这个地方所说的是全固态电池）等，而无论是各家OEM的EV平台批量的年份还是固态电池有望商业运营的年份，很多企业纷纷都把这个时间放在了2025年左右，如果以此时间往前倒退，那么2021年我们可以大胆的假定它为黎明前的黑暗，如果在这个时间点你不能赶上这些OEM的计划，那很多企业将会等不来2025年的春天；

我们在看汽车市场的时候，往往区分商用车市场和乘用车市场，电动化的市场也是如此，而商用车市场的兴衰往往能够体现一个国家或者一个地区对于电动化的热衷以及是否激进；

传导方式分类

本文章主要是把目前商用车市场，比如EB市场的几种 电能传导方式做一个简单的介绍和汇总，这样能够帮助初入该行业的人员有基本的了解，其实在思考分类方式上，我有点错乱，起初我想按照EB的充电快慢进行分类，比如把插头快充、受电弓大功率充电、换电模式、定义为快速大功率充电；把AC插头充电、无线慢补电定义为一般充电，但是这样分类多少有点错乱，还是以定义来区分比较好，这样能够有比较直观的认识，文章会从如下几个方式进行阐述；

• 有线充电方式

• 受电弓充电方式

• 换电模式的方式

• 无线充电模式的方式

01 有线充电方式

EV charging : AC and DC fast charging

这个地方之前的文章写过N多了，我们目前最熟悉和最普及的充电方式都是带线的，这是比较传统的传导方式，我们按照几个重要定义进行分类；

01-1按照充电模式可以分为四类，其实就是充电场景，这个基本上全球差不多

• 模式1-从常规电源插座（单相或三相）缓慢充电，需要非常长的时间

• 模式2-从常规插座缓慢充电，但是带缆上保护盒

• 模式3-使用具有控制和保护功能（例如SAE J1772和IEC 62196）的特定连接器进行慢速或快速充电

• 模式4-使用某些特殊的充电器技术（例如CHAdeMO）进行快速充电，就是直流充电

  
  

01-2充电系统目前全球基本上3套充电系统：

目前全世界充电系统基本上就3套系统四种连接器，（因为欧美是一套系统，但是连接器是2种，combo1 和combo2)，日本人的CHADEMO,欧美的CCS,和我们的GB,而通信协议也分成了CAN通信和PLC通信2个阵营，中日是CAN通信的阵营，欧美的CCS是PLC的阵营；

01-3 物理接口，五花八门，主要如下几类

EC62196/2:Type1 Type2 Type3 (AC慢充）--3类

IEC62196/3:AA BB EE FF (DC快充）-4类

这个地方需要注意的是，未来应该还会增加一个MW+的充电接口，目前看很有可能会采用特斯拉的方案，这个方案未来对商用车，尤其卡车充电会有很打大的影响；

电动汽车-充电世界里“无硝烟的战争” 传统的充电方式，因之前文章有仔细叙述过，不是很清楚的朋友可以结合之前的文章来看，再次不做过多叙述；

02受电弓充电方式

EV pantograph  charging technology

受电弓的相关技术其实是一种非常成熟又久远的技术，我们经常坐高铁，高铁上部那个铁架子挂在高压线上的，那就是受电弓，同样，早些年我们在城市里经常看见的BRT顶上的那个挂2根电线沿固定路线跑的公交也是受电弓技术，和目前主流的电动汽车受电弓技术所不同的是，高铁也好，老式的电车也好，上面的弓都是一直挂在导线上的，运行过程中一直处于通电的状态，所以换据话说，这种方式因为其电压可以做的非常大，所以功率可以很大；

一般车辆上也都备备用的蓄电池紧急和初启动时用，当然高铁动车的电压是和我们供电侧的不一样，所以在次我们不做过多的叙述；在电动汽车上，受电弓方式主要用于公交及电动货车的大功率充电，这种方式也可以称为“车顶充电”；

无论国内还是国外都在大功率充电上，都把使用受电弓充电作为重要的选择方式之一，国内这些年这种方式主要用在EB（电动巴士）上，推广程度也比较好，各个充电桩厂家的 受电弓技术也有所不同，也趋于智能化控制，从方式来说，有类似"下压式、柔性连接式”等，但是相比传统充电方式，保有量还是比较少，只是作为大功率的充电的一种方式，一方面是因为其设施成本相比传统的DC桩较贵，另外一方面充电速度和充电技术的提升和进步已经基本上可以满足目前的充电需要； 

在欧洲 ，CCS3.0的潜在定义里也把这种方式推荐为MW级商用车充电的可选方式之一，可见其重要性，从应用普及的程度来看，个人感觉欧洲的EB厂这种大功率的快速充电方式更为普及，应用案例也比较多，比如比较典型的案例是 欧洲的老牌EB公司 沃尔沃的7900e方案等，这个地方比较有意思，值得一提的是，作为同样巴士在国外卖翻天的比亚迪，却没有跟进这种技术，倒是其北美比亚迪巴士跟进了无线商用充电技术（当然，这是北美那边的技术趋势）

主流标准及模式

受电弓的充电方式目前主流的标准基本上只有SAE的SAE J-3105，标准按照不同电压和电流，分了2个等级，而且2个等级是兼容的，其无线通信协议依据IEEE 802.11n，2个等级不同的功率基本上满足了 BUS和TRUCK的快速充电需求；至少在MW+级物理充电接口没有出来之前，这种方式是目前比较稳妥的一种MW+充电方式；

Level 1: up to 600 A (350 kW)

Level 2: up to 1200 A (1.2 MW)

标准按照不同的连接方式分成了3个类型，

第一个类似“轨道”，或者可以称为“十字轨道”形，基本上就是有 VSC端(设施端）的2根轨道，和ISC（车辆端）2根轨道交叉接触导通；

第二个和第一个比较类似，但是类似一个“屋顶一样的结构；

其实不同于前面2种的轨道式接触，第三种类似 ”插针、插销“式接触，这种接触方式很类似的传统的导通形式，这种方式也被大量用于码头AGV的大功率充电场景，比如下面视频是史陶比尔在长滩港的方案；同时比较重要的是，这三种方式对于车辆和设施端的尺寸要求都是不同的，SAE标准上也做了详细的说明

03换电模式的方式

EV battery-swap mode

换电模式，目前在国内市场上“硕果仅存”的，恐怕就只有乘用车里的新贵：蔚来 了，原来还有北汽等企业，但是市场销量不好，也没有太多动静了，只有蔚来是把换电和服务做出了各种花样，也做到了极致；

曾几何时，国内EV市场刚刚兴起的时候，依稀记得 换电是绝对的主流，那些年还为此 捣鼓过”换电连接器“呢， 早期国内的”电动巴士、电动出租车“几乎清一色全部是换电，一方面是当时的充电技术不成熟，不够理想，标准也是雏形，一方面换电技术相对比较可把控，记得特斯拉的毛豆3刚刚推出的时候，马斯克就捣鼓过换电的方式，当时经过市场反馈投票，最终选择换电方式的寥寥无几，就此马斯克踏上了充电市场，

乘用车换电

前几天和朋友聊天，聊到换电的标准，目前来看，换电还没有相应的国家标准出来，去年的时候 蔚来、北汽、中汽研等联合制定了《电动汽车换电安全要求》，目前看好像还没有出来，包括比较重要的物理接口（换电连接器）的标准也都还没有出台，换电的连接器要求相对是比较高的，不仅仅要求和充电接口一样的插拔10000次，同时还要具备浮动盲插等功能要求； 

其实想了想，换电这种方式很多年前放弃了，到这2年又被提及，并且政策层面又鼓励多种方式并存还是和电池本身也很大的关联，还是因为车电分离是趋势，电池太贵了，但是换电这种方式有多少企业能够愿意投入并进行运营呢，换电站的成本回收需要很多年，而且从电池厂家来说，不见得愿意和车厂一道搭建商业架构，至少在短期内成本很难收回，当然像蔚来这样的贵族车企，手握几百亿，要的就是给客户无微不至的服务，换电还是比较合适的，这种方式就有点类似特斯拉走到哪里都自建自家充电桩的方式 很类似，形成自己的圈子；

商用车换电

相比乘用车而言，电动商用车，尤其是电动重卡的换电，今年的市场倒是如火如荼，很大一部分原因也是受政策补贴所影响，目前重卡的电动化趋势国内市场正当时，利用智能机器人进行快速的电池更换，换一套电池组的时间只需3-4分钟，这个效率还是非常高的，如果在一些繁荣的港口、码头，这些重卡的换电设施的投入成本还是很容易就能收回来的，而且还要补贴可以拿；从政策层面来说，这个也是国家希望看见的，发改委也在大力的鼓励重卡企业多采用换电模式，商用车目前大功率充电技术还非常不成熟，而商用车，尤其一些电动卡车往往搭载了非常大容量的电池组，要想在短时间内给这些卡车充满电是不太现实的，换电是一种不错的选择，至少这几年来看，电动重卡的市场换电是主流的方式，也是春天；

换电的方式无论乘用车还是商用车都需要投入高昂的设施和营运的费用，这笔钱怎么收回来，多久能收回来，靠什么样的方式能收回来，是国内和国外市场所不同，从技术本身来说，这个方式没有太多的技术壁垒，主要还是在市场盈利模式和市场大小，所以至少在大功率充电的方式、电池续航能力没有得到大规模的突破和应用之前，换电技术还是有市场的；

04无线充电模式的方式

EV Wireless Power Charging

对于电动汽车的无线充电，早在10几年前，美国人就开始在研究了，其实无线充电的技术还是要感谢两位上古大神，迈克尔·法拉第和尼古拉·特斯拉，如果不是这两位大神发现利用电磁能在两个线圈之间传输功率，那至少无线充电的技术也不会发展这么快，其实对于消费类的民用市场，比如手机、电动牙刷啥的 已经普及了无线充电，并且效能非常好；

标准

对于汽车市场的而言，去年10月份，SAE发布了全球第一个商用的无线充电系统的标准SAE JS954,新标准可帮助无需充电即为充电铺平道路-被广泛认为是加速电动汽车和自动驾驶汽车普及的关键推动力,这个标准制定了接近10年，才正式完成，同时完成了全球WPT（无线功率传输）的统一，该标准建立了整个行业的规范，该规范定义了互操作性，电磁兼容性，EMF，最低性能，安全性以及轻型插入式电动汽车的无线功率传输（WPT）测试的可接受标准

去年，ISO 19363创建了车辆侧的标准（仅VA），而IEC / ISO继续开发其四文档系列标准（IEC-61980-1，-2和-3，以及ISO 15118-8和ISO 15118-20），中国出版了GB / T 38775系列的一部分，并继续编写其八份文件

从SAE的标准里，我们可以看见其按照不能的能量，分成了4个等级，这个和其SAE J1772的3个等级比较类似,不同的等级，路边的间隙高度等要求也是不同的，按照一些相关企业的说法，目前11KW的传输效能可以达到94%，如果不考虑成本，几乎可以完全替代小功率的AC充电了；

WPT1:3.7KW

WPT2:7.7KW

WPT3:11KW

WPT4:22KW

目前标准里也只考虑了设施到车辆短的单向充电，未来也会考虑V2G的方式，同时目前只研究了固定式，车辆固定充电的方式，未来也会考虑车辆移动中的无线充电技术和要求；至少从目前的技术来看，无线充电在成本不做考虑的情况下，作为慢充补充还是非常不错的选择的；

基本原理

电动汽车无线充电基本原理，按照目前SAE的标准规范，电流从壁挂式的装置(VA&GA)流入主充电板（GA),主充电板通过电磁在2个线圈之间进行电能的传输，这个传输过程中，电磁的干扰、对人身体危害等研究就至关重要了，同时这个传输过程中的热损耗，传输效能几何也非常重要，电能传输到车辆上的车载控制器后（VA)，再由车载控制器把电能转换传输给电池

这个过程中无线通信的协议采用什么标准也比较重要，决定了是否具有互换性的可能；

市场

如前文所说，在不考虑成本的前提下，现行无线充电技术作为AC慢充的补充还是非常好的选择的，目前还未看见该充电系统的成本，但是目前各个主机厂对此技术都在大力的研究，国外的保时捷、戴姆勒、奥迪、大众、沃尔沃、现代、日产、丰田等，国内企业如一汽、吉利、长安、东风、比亚迪等也都在研究该技术，预计未来5年会有不少车型会陆陆续续搭载该辅助充电技术；

目前无线充电系统的厂商国外主要是 美国的Momentum Dynamics Corp和WiTricity Corp等，

国内的中兴新能源、万安、安洁 、华为科技等

对于无线充电而言，其技术里还有一项各OEM非常热衷的技术，那就是自动泊车的技术，随着未来AVP的商用的推进以及固定场景的自动驾驶车辆的应用，无线充电技术也会随之迎来春天，行业规模起来，成本才能大幅度下降，从而良性循环

因篇幅和时间关系，本文暂时未展开聊聊EB市场我无线充电，目前这个市场的无线充电，以Momentum Dynamics Corp为代表的公司，已经可以提供200KW的充电系统，但是效能如何暂时因市场未大规模的推广还不得而知。