未来的汽车充电站

詹姆斯·麦凯

2020年9月25日

自从Carl Benz在1886年为他的三轮汽车申请专利后,汽车技术就得到了飞速发展。未来10到20年将是电动汽车的一场革命-但是未来我们将如何为这些汽车充电?在本文中,我们探讨了五个不同的充电站在未来可能会变成什么样子。我们正在检查的充电站是 快速充电 , 太阳能 , 无线 , 氢燃料 动态导电充电 如今,这项技术已经投入使用或正在开发中。

 

 

我们选择了10个目前电动汽车销量最高的国家 1 概念化未来不同的电动汽车充电技术会是什么样子。

这是我们将在本文中探索的10个国家:

  • 中国
  • 美国
  • 英国
  • 挪威
  • 荷兰
  • 瑞士
  • 法国
  • 德国
  • 奥地利
  •  Belgium

充电站将来会如何?

快速充电站

给电动汽车充电可能需要几个小时。如果您已经迟到了或者只是想逛商店,那不是很方便。

输入快速充电站。

这些先进的充电站可能意味着城市可能需要升级其能源网格,对于家庭使用,可能需要采用涉及在非高峰时段进行充电的智能电表或充电方法,如朱利安·德·霍格等人所述。1

将现有的加油站转换为快速充电的电动汽车充电站,可以帮助满足强大的能源网络支持的主要城市和郊区交通繁忙的路线的需求。

这些快速充电的电动汽车站不仅可以位于经过改装的加油站,而且还可以在主要城市,郊区,城镇的公共区域弹出,并且也可以在家中私人使用。

由于大多数人在晚上为电动汽车充电,2 能够在高峰时段满足不断增长的需求,对于便利人们在家中安装快速充电端口至关重要。

我们可以期待哪些快速充电功能?

功率增加

当今的快速充电技术已在全球范围内广泛使用,并且可以在250分钟内以250千瓦(kW)为电动汽车提供160公里(100英里)的充电。3

将费用增加到 400kW 据托马斯·布赖登(Thomas Bryden)等人说,据信可以满足大多数长途旅行的收费要求。4

提供功能更强大,充电速度更快的充电站需要电动汽车电池技术的进步,以确保高效交付–因此,不会因效率低下或电动汽车电池方面的问题而“损失”能量。

液体冷却

快速充电还会产生大量热量,这可能会损害汽车电池的效率。此类热量还可能因充电器熔化部件过热而造成物理损坏。

当前的快速充电电动汽车站和电池已采用液体冷却和空气冷却技术来避免高温。因此,我们可以期望在未来的快速充电站中继续看到这项技术。

根据Ryan Collin等人的文章“先进的电动汽车快速充电技术”,液体冷却比空气冷却更有效,5 这可能意味着我们可能会在未来的更先进的快速充电站中看到液体冷却方法。

快速充电站可以在哪里普及?

尽管可能会受到广泛欢迎,但研究表明,由于各个国家/地区和全球范围内繁忙的贸易,商业和金融中心,以下城市可能是采用这些站点的领先者。快速发展的经济区可能会发现快速充电站吸引了越来越多的电动汽车。

中国

中国是全球最大的电动汽车市场之一,占全球电动汽车总销量的一半。根据Virta Global的报告,2018年,中国售出了230万辆电动汽车(包括插电式混合动力汽车或PHEV以及BEV)。6

很难想象,像北京或上海这样的中国主要城市都将其现有的加油站改造成快速充电的电动汽车充电站,因为全球能源网络研究所指出,这些城市由500kW的电网相连。7 但是,我们以深圳为例。

在全球金融中心指数(GFCI)排名中,深圳是中国大陆排名最高的城市,8 因为那里发生了大量的贸易和商业。这样一个快速发展的城市将来可能需要快速充电站来容纳越来越多的电动汽车。

英国

自2017年以来,燃料和能源公司Royal Dutch Shell已开始在伦敦部分地区的现有加油站增加电动汽车充电站。9 英国(UK)2019年共售出99,437辆新电池电动汽车(BEV)10 单独。伦敦还是英国的金融之都,在GFCI上排名世界第二。11

美利坚合众国

尽管美国许多大城市可能都在接受快速充电的技术,但很难超越比纽约更具有标志性的城市“永不眠息的城市”。作为世界上快速发展的金融,贸易和商业之都( GFCI排名第一)12 有可能的是,“大苹果”将希望为不断增长的电动汽车车队充电并准备迅速上路。

瑞士

许多欧洲国家正在积极向可再生能源和提高能效的电动汽车过渡。瑞士就是一个这样的例子。

到2035年,瑞士的人均能耗将降低35%,13 为苏黎世等主要城市的快速充电站的家庭使用提供充足的网络稳定性。苏黎世以瑞士的贸易和金融首都而闻名,是GFCI排名中瑞士排名最高的城市。14

太阳能充电站

电动汽车是汽油或柴油汽车的环保替代品。但是,如果通过燃烧化石燃料产生电力怎么办?

幸运的是,太阳能汽车充电站可为您的车辆提供完全清洁的能源。

太阳能充电站最有可能出现在阳光最充足的地方,在满是摩天大楼的城市中,地面上可能会挡住直射阳光,因此太阳能充电站可能不那么常见。

例如,目前有计划在加利福尼亚州的乡村地区建立一些太阳能充电站,15 它们不连接到现有的电网,而是提供自己的电力。

我们可以期待哪些太阳能充电功能?

自供电

太阳能为充电站提供了独特的机会。它不仅可以提供清洁电力,还可以在自己的网络上提供清洁电力,直接为电动汽车充电站充电。这意味着充电点无需依赖现有的电网或基础设施即可自行供电。

先进的电池存储

太阳能面临的主要挑战是,它可能会受到天气的影响,并且无法始终以最高效率运行。正如正在测试这种太阳能充电技术的CSIRO所指出的那样,高级太阳能电池板可以与更高效的太阳能电池板一起使用,以存储太阳能以根据需要来克服这一挑战,而无论太阳是否发光。16

较小的面板尺寸

太阳能技术的最新进展表明,两平方米的透明钙钛矿电池对占据整个屋顶的大型太阳能电池板同样有效。这些电池还可以用作建筑物的窗户,以利用更多的太阳能。17

虽然这意味着太阳能电池板可能更小,并且可能更容易安装在已建成的市区中,但是由于摩天大楼遮挡了直射光,太阳能充电站可能不会在主要城市中出现。

我们在哪里可以看到太阳能充电站?

我们可以在哪里看到这种技术的一些主要示例包括:

  • 较小的城市,摩天大楼的阴影较少;
  • 自然获得更多阳光的城市;和
  • 沿高速公路停靠,以容纳可能不存在现有电网的长距离行驶的电动汽车。

我们考察了一些日照量较高的城市,它们的位置可以充分利用其自然太阳能的潜力。

美国

美国的一些城市,例如凤凰城(亚利桑那州),圣安东尼奥市或达拉斯市(得克萨斯州)和阿尔伯克基市(新墨西哥州)已经处于有利位置,可以利用未来效率更高的太阳能站。

每个城市都拥有充足的阳光,并且已经拥有数个太阳能发电场。18

法国

联合国环境规划署指出,法国南部,奥地利和德国比该清单上的其他国家接受更多的自然阳光。19 法国南部地处地中海,阳光充沛,因此马赛或尼斯市等城市将来可能会在电动汽车上采用太阳能充电技术。

德国

德国的弗赖堡(Freiburg)被德国旅游部门誉为德国最阳光明媚的城市之一。20 随着德国电动汽车数量的持续增长,弗莱堡也许能够利用其大量的阳光为它们提供动力。

奥地利

如上所述,奥地利南部比其他国家的阳光多。奥地利国家旅游局称,克拉根福湖畔小镇被认为是该国最温暖,最阳光的景点之一。21

无线充电站

近年来,无线充电技术在手持设备中变得越来越普遍。例如,您现在可以将手机放在平板电脑上,该平板电脑可以为手机充电,而无需抓住电缆并将其插入。

这种便利性正在进入汽车充电站,并且在未来几年中可能会在世界上某些城市使用。

根据计划在何处试用无线充电技术,我们可能会在人们的家中或拥有大量停车场的公共场所看到这种技术。

我们可以期望的无线充电站功能

节省空间

挪威的奥斯陆市已与芬兰能源公司Fortum和美国科技公司Momentum Dynamics合作在奥斯陆安装了一系列无线电动汽车充电站,用于出租车。22

这些充电站通过将充电板停在汽车下方指定的停车位上方的地面上来工作。然后,该极板会随着时间的流逝为汽车的电池充电。

无线充电的到来与奥斯陆的计划相吻合,奥斯陆计划到2023年拥有完全无排放的出租车。

便利性-无需插头!

无线汽车充电站自然可以适合公共停车场,驾驶员可以在该停车场停放汽车并返回充满电的旅程。这可能包括购物中心,街上的公共停车场和新的多层停车场。

这项技术的关键问题之一是,尽管全新的基础设施项目可以包含无线电动汽车充电功能,但现有的停车位必须被挖掘和重建。

在哪里可以看到无线充电变得越来越普遍?

无线电动汽车充电技术仍在开发和试用中。我们使用概念图探索的城市以其所在国家/地区的技术枢纽而闻名,对于这种令人兴奋的充电技术,可能会有更多的投资或基础设施。

挪威

如上所述,挪威的首都奥斯陆是开始试用无线充电技术的首批城市之一,并且可能会将该技术的使用范围进一步扩展到该城市和其他挪威城镇(例如卑尔根)。

美国

在奥斯陆引领潮流的同时,可以看到这种技术的其他城市可能包括美国的旧金山或帕洛阿尔托–“硅谷”的所在地,这里有多家技术和软件公司。

比利时

谈到比利时,安特卫普市正在拥抱现代和未来技术,以使其成为“智能城市”,并着重于将IT用于物流和出行。23 这可能会使安特卫普和其他比利时城市采用诸如电动汽车无线充电站之类的先进技术。

加氢站

给汽车充电的一种非常不同的方法是用氢燃料代替电力。这种替代方法包括使用氢燃料电池(一种清洁能源),该氢燃料电池通过将液态氢通过两个电极将其转化为电能。24

与化石燃料不同,氢燃料是一种完全环保的能源。氢也是宇宙中最常见的元素。25

我们可以期待的加氢站功能?

通过氢气快速加油

由于氢燃料是液体,因此给氢汽车油箱加油与使用汽油或柴油一样快。26 即使与快速充电的充电站相比,也可以节省您的时间。

加氢:潜在的挫折

氢燃料在全世界范围内使用之前确实面临着几个问题。

首先,如挪威石油和能源部的白皮书所述,由于氢燃料电池的生命周期较短,当前技术的效率不如电池。 改变的力量–迈向2030年的能源政策.27

氢气加油站也需要与加油站类似的基础设施-因为有一个加油的凉亭连接到一个大型储油罐。除了分配现有的加油站或建立新的加氢站外,该技术可能不适合其他充电站可以使用的地方,例如,在已建成的城市环境或大型多层停车场中。

最后,尽管今天有几辆氢燃料汽车可用,但供应氢燃料的加油站数量有限,这意味着目前通常只有几个地方可以为氢动力汽车加油。这限制了驾驶员可以乘坐氢能汽车的范围,这是需要克服的另一个障碍。

此外,由于在燃料电池中使用了铂金,因此氢动力汽车比其他环保型替代品更昂贵, 28 这是一个昂贵的元素。

但是,将来,随着成本,效率和技术的提高以及可用性的提高,这些汽车的价格可能会降低。如果氢汽车变得越来越流行,则对氢燃料站的需求将会增加。

将来我们在哪里可以看到氢燃料站?

氢燃料汽车在已经开始采用氢燃料并有条件建立更广泛的加油站网络的城市中可能更为常见。

美国

加州率先在全州建立了氢燃料站网络,以鼓励更多的驾驶员购买氢动力汽车。29 旧金山,萨克拉曼多和洛杉矶等城市是好莱坞故乡的主要氢燃料枢纽。可用的充电站越多,人们越有可能乘坐氢动力车,这可能会使它们对驾驶员更具吸引力。

荷兰

国际能源机构(IEA)的一项研究指出,海牙是荷兰的一个城市,已经建立了重要的氢燃料基础设施,30 因此,如果氢动力汽车越来越普及,我们将来可能会在海牙看到更多的加氢站。

英国

全球其他城市也可能会出现更多的加氢站,例如英国的科巴姆。当皇家荷兰壳牌公司与ITM Power合作时,科汉姆是2017年英国第一个拥有加氢站的城镇。31

动态导电充电

先前的电动汽车充电站示例旨在在车辆静止且停放在适当位置时工作,但是如果可以在行驶中的电动汽车充电,该怎么办?

动态导电充电的特点

充电中

该技术涉及沿道路中心延伸的带电轨道或轨道,汽车可以连接到轨道或轨道。其他选择包括沿着与汽车水平连接的道路一侧的轨道,或者通过架空导线(如电车)。32

虽然较高的车辆只能到达高架电线,并且只有最侧面的车道才能达到马路侧的水平充电,但是任何具有导体的车辆都可以使用在每个车道下的车辆下方行驶的轨道。附着在轨道上。

减少停机时间

具有在行驶中充电的能力,可以减少停电时间,而公共交通工具需要充电,这有助于使人员和货物保持在需要移动的地方。

到2020年,世界上的某些地区正在试用这种公路技术。
在瑞典的隆德,EVolution Road和Elonroad等公司已与省交通运输局Skånetrafiken和隆德市政府合作,开始了为期三年的电动道路技术试验。 33

自2016年以来,在瑞典山特维肯(Sandviken)的试验轨道上也正在进行架空线动态导电充电的试验。34

动态导电充电的障碍

动态导电技术要克服两个主要障碍–证明该技术:

  • 安全地工作,并且
  • 允许移动。

如Collin等。在他们的文章中讨论,动态导电充电可能对人的接触是不安全的,并且会受到水,污垢,雪,碎屑和冰的影响。35

此外,电轨可以 限制电动汽车的机动性 并迫使驾驶员沿着特定的道路行驶,因此需要进行仔细的道路和基础设施规划,以确保交通流量稳定,有效。

这种形式的充电有可能与无线充电交叉,从而形成电动道路,在车辆经过时为车辆充电。36 这项技术可能看起来与动态导电充电类似,只是没有导体将电气道路连接到汽车上。

我们在哪里可以看到动态导电充电?

至于将来我们会在哪里看到这种技术,一些欧洲国家已经讨论了电动道路计划(或者就瑞典而言,已经开始试验)。我们可以看到该技术的关键因素可能是易于通行且拥堵程度较低的道路,从而使驾驶员不必费心在充电车道上为汽车加电。

挪威

挪威公共道路管理局已发布报告,其中包括拟议的从特隆赫姆到克里斯蒂安桑的沿海电力公路。37 如果这个项目成功,挪威的几个城市都可以使用这项技术。

德国

在德国,西门子公司于2017年受委托为法兰克福机场和魏特施塔特之间以及达姆施塔特城市之间的货运卡车建造一条动态导电充电路。38

美国

长滩还拥有一个电动道路系统,该系统于2017年开始测试,这类似于法国瓦莱德拉塞纳河上一段高速公路上正在进行的项目。39

中国

2016年,中国昆明市市长和城市规划师会见了美国波特兰市的城市规划师,以分享城市规划策略。昆明市计划减少碳排放并更好地管理其密度。40 面向未来和规划密度和拥堵的道路规划可能会使昆明将来更容易采用动态导电充电技术。

当今电动汽车面临的挑战

充电中

电动汽车是一种环保的交通方式,也是全球应对气候变化的潜在盟友。但是,在成为主流运输方法之前,有一些问题需要解决,而不仅仅是环保意识的绿色替代方案。

当前技术的关键问题包括 范围有限,充电时间长,购买成本较高,尽管活动部件较少,但更换电池可以 昂贵 .41

幸运的是,随着当前的发展和未来的技术进步,预计电动汽车将在未来几十年内增加续航里程和电池寿命,缩短充电时间,并降低购买和维护的成本。

尽管电动汽车和充电技术的未来前景广阔,但要看到这些不同类型的充电站在全球范围内出现还有很长的路要走。

电动汽车及其充电站只是令人兴奋的未来旅行的一个方面。进一步了解 在这里旅行的未来.

方法

为了确定我们将使用电动和氢能汽车充电和加油站的概念图探索的国家,我们选择了在2019日历年电动汽车销量最高的国家。 42,43,44

资料来源

  1. 朱利安·德·胡格(Julian de Hoog)等。 “考虑了配电网络约束的电动汽车的最佳充电”, IEEE电力系统事务。第30卷第1期365-375页。 2015年。
  2. Thomas Bryden,George Hilton,Andrew Cruden,Tim Holton。 “电动汽车快速充电站的使用和功率要求”, 能源 。第152卷第322-332页。 2018。
  3. 快速充电与慢速充电:电动汽车新时代的利与弊。 Charles Botsford,Adam Szczepanek,EVS24国际电池,混合动力和燃料电池电动研讨会。 2009年。
  4. Thomas Bryden,George Hilton,Andrew Cruden,Tim Holton。 “电动汽车快速充电站的使用和功率要求”, 能源 。第152卷第322-332页。 2018。
  5. Ryan Collin,Yu Miao,Alex Yokochi等。 “先进的电动汽车快速充电技术,能源。第12卷第10期1210-1839页。 2019。
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  7. 国家能源网。全球能源网络研究所。 2017。
  8. GFCI 24级。全球金融中心指数。 2018。
  9. 壳牌在英国启用“壳牌充电”电动汽车充电服务。荷兰皇家壳牌公司。 2017。
  10.  自动驾驶汽车总数(2019)国家:英国。欧洲联盟欧洲替代燃料天文台。 2020年。
  11. GFCI 24级。全球金融中心指数。 2018。
  12. 同上
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  14. GFCI 24级。全球金融中心指数。 2018。
  15. Electrify America向Envision太阳能基础设施投资200万美元,进一步增加了加利福尼亚州农村地区居民获得可持续电动汽车充电的能力。给美国通电。 2020年。
  16. 太阳能电动汽车充电。联邦科学工业研究组织。 2019。
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  19. 自然资源–太阳能(潜力)。 GRID-Arendal,联合国环境规划署,联合国。 2008。
  20. 弗莱堡:一个阳光明媚的城市。德国国家旅游局,德国政府。 2020年。
  21. 克拉根福。奥地利国家旅游局,奥地利政府。 2020年。
  22. Fortum和奥斯陆市正在研究世界上第一个用于出租车的无线快速充电基础设施。 Fortum公司。 2019。
  23. 法兰德斯的智慧城市。法兰德斯政府法兰德斯投资与贸易。 2020年。
  24. 燃料电池。美利坚合众国政府美国能源部能源效率和可再生能源办公室。 2020年
  25. 氢能。澳大利亚可再生能源局,澳大利亚政府。 2020年。
  26. 填充燃料电池汽车时要知道的5件事。美国政府美国能源部能源效率和可再生能源办公室。 2016。
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  28. 加氢站。美利坚合众国政府美国能源部能源效率和可再生能源办公室替代燃料数据中心。 2018。
  29. 加利福尼亚正在填写加氢站地图。大卫·赖克默斯(David Reichmuth),有关科学家联盟。 2014。
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  31. 第一个带壳的氢气加油站开业。 ITM Power PLC。 2017。
  32. 动态道路电力传输到电动汽车的技术。乔恩·阿苏尔(Jon Are Suul),朱塞佩·吉迪(Giuseppe Guidi),挪威交通运输部诺威根公共道路管理局,挪威政府。 2018。
  33.  网络研讨会:斯科讷正在测试未来的电气化道路。斯科讷创新EVolution Road。 2020年。
  34. 动态道路电力传输到电动汽车的技术。是Suul Jon,Guidi Giuseppe,SINTEF,挪威交通和通信部Norweigan公共道路管理局,挪威政府。 2018。
  35. Ryan Collin,Yu Miao,Alex Yokochi等。 “先进的电动汽车快速充电技术, 能量 。第12卷第10期1210-1839页。 2019。
  36. 最终报告–挪威的电气路–概念分析摘要。 Oluf Langhelle,Rolf Bohne,TomE.Nørbech。挪威政府交通运输部Norweigan公共道路管理局。 2018。
  37.  Ibid.
  38. eHighway –电气化公路货运解决方案。 Simiens。 2017。
  39. 动态道路电力传输到电动汽车的技术。是Suul Jon,Guidi Giuseppe,SINTEF,挪威交通和通信部Norweigan公共道路管理局,挪威政府。 2018。
  40. 波特兰因绿色技术,城内合作而获得认可。波特兰市。 2016。
  41. 电动汽车普及:模拟全球现象。澳大利亚政府基础设施,运输,城市和区域发展局基础设施,运输和区域经济局。 2019。
  42. 2020年全球电动汽车市场:统计和预测。 Virta全球。 2020年。
  43. 电动汽车销售:事实和数据。爱迪生电气学院。 2019。
  44. 欧洲联盟欧洲替代燃料天文台。 2020年。