德国促充电标准统一背后:电动车将供过于求

导语

德国未来几年电动车的生产力很可能远远超过本国的需求量,急需一个突破口来推动本国电动车行业的发展。正是这样的背景下我们迎来了德国总理默克尔。

(专栏作家 马翼)国际著名的策略咨询公司麦肯锡从2010年起研究全球12个主要国家电动车市场的发展,并为此提出了一个新的概念,电动车指数Electric Vehicle Index(EVI)。EVI综合考虑了当地电动车市场需求量以及未来五年电动车生产能力之间的关系,基于此指数每个季度发表一篇最新的报告。根据2014年4月的最新报告,目前美国日本德国还是稳居前三位,中国仅列第八位。

引人注目的是,麦卡锡的报告显示,德国未来几年电动车的生产力很可能远远超过本国的需求量,德国的车企急需一个突破口来推动本国电动车行业的发展,这个突破口很有可能就是中国。正是基于这样的背景下我们迎来了德国总理默克尔。

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麦肯锡McKinsey2014年4月基于EVI的最新报告,右图中横轴表示生产能力,竖轴表示需求量

德国总理默克尔访华,提出统一中德充电标准。在充电标准上究竟该如何统一?谁统一谁?想要理解未来可能的走向,不妨先了解下电动车充电标准的过去和现状。

各种充电标准的前世今生

充电标准主要含有两大内容,外形结构以及通信协议。首先来介绍一下各标准外形结构的区别,以便先有个直观的认识。

在一开始电动车还只能通过交流电充电,此时美国和日本采用的是同一个充电系统,这种系统命名为Type1。

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Type1

在欧洲相当长一段时间内并存两种充电系统,由德国Mennekes设计生产的Type2以及由法国和意大利联合设计的Type3。虽然这三种交流电充电标准都被国际电工委员会(IEC)列入国际标准,但在欧洲Type2最终被欧洲议会在2013年1月确定为欧洲范围内交流电充电系统的唯一标准。

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Type2

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Type3

欧洲的Type2和美日采用的Type1之间能够互相兼容,通过简单的转换插头就可以给装有Type1充电口的汽车在Type2的充电桩充电。

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Type1和Type2之间的转换插头

直流电国际充电标准

在用交流电充电时,从充电桩进来的交流电通过车内的整流器转换成直流电,给电池充电,因为对电动车充电功率的要求越来越高,整流器的负荷越来越大,成本以及散热的问题越来越突出,因而开始发展直流充电,即把交流电通过在充电桩内的整流器转换成直流电后再引入车内,很好的解决了散热以及整车成本的问题。

早在2010年3月,东京电力、尼桑、铃木、斯巴鲁联合推出了CHAdeMO的直流充电系统,之后丰田也加入了这个阵营,并开始全球推广。截止到2014年7月2日为止全球已安装了3816个CHAdeMO充电桩,其中1978个在日本,1181个在欧洲,633个在美国,24个在其他地区。

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日本的CHAdeMO

美国机动车工程师学会宣称因为技术原因没有采用现成的CHAdeMO,而是在2011年7月提出了一个新的直流充电标准,combined charging system (CCS)充电系统,是在北美交流充电标准Type1的基础上额外增加两个直流充电针孔,简称Combo1。

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CCS的美国版Combo1

CCS最大的好处是将汽车内的交流充电的插座盒直流充电的插座集中成一个插座,能实现两种充电方式,这样所有的充电桩都可以使用,只是在使用不同电流充电的时候采用充电桩不同的插头,另外尺寸减小,可以像汽油车一样安装在油箱盖后面。

正因为如此2011年10月初,奥迪、宝马、戴姆勒、福特、通用汽车、保时捷和大众达成一致,将全力推广CCS成为国际电动车充电标准。一个月后五家德国汽车公司奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷和大众根据北美的Combo1提出了一个适用于欧洲的新的CCS充电系统,在欧洲的交流充电标准Type2上加以扩展,简称Combo2,尺寸与功能基本与Combo1类似。因为是欧洲交流标准的衍生物,所以也理所当然的成为了欧洲直流充电的标准系统。

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CCS的欧洲版Combo2

紧接着中国在2011年12月也推出了自己的充电标准,既包括交流充电也包括直流充电的部分。值得注意的是,国标的交流充电插头和欧洲的Type2很接近,然而在直流充电系统的设计上却和日本的ChadeMO很相似。

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中国国标交流充电插头

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国标直流充电插头

2014年1月国际电工委员会(IEC)在官网上发布了 61851-23, -24,其中将四种现存的直流充电标准,日本的CHAdeMO,中国的国标以及欧洲和美国两种版本的CCS一同列入了国际直流充电标准的行列。

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国际电工委员会(IEC)承认的四种直流电国际充电标准

另外值得一提的是特斯拉的Supercharger,虽然受限于自身的影响力没有被列入国际标准,但是特斯拉的充电技术足以让人称奇,他以最快的充电速度傲视群雄,在北美能达到120kW,销售到欧洲的特斯拉有特别设计的充电系统,可以通过Type2进行直流充电,最高可达90kW,作为比较,大众的e-golf的直流充电功率为40kW,宝马的i3的直流充电功率为50kW。

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特斯拉Supercharger北美充电接口

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特斯拉Supercharger欧洲充电接口,通过Type2实现直流充电

值得注意的是,究竟是交流还是直流充电,并不是能简单的从插头的形状来区分,同样的物理结构,相同的针脚排列,在不同的通信协议规定下能实现不同的功能。以德国的Type2插口为例,同样的插头可以实现四种工作方式,下图中CP和PP针脚负责电动车与充电桩之间的通信,PE是保险,L1,L2和L3为多相线导体,N为中性线导体,+和-分别代表直流充电时的正负极。

1. 交流充电,单相或者三相交流电,适用范围从家里电源口到充电桩,充电功率范围3-44kW。

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2. 交流或直流充电,单相或者三相交流电,交流电充电功率同上,直流电充电功率最高可到40kW,禁止同时使用直流和交流电充电。

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3. 直流普通充电,最高充电功率可达70kW。

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4. 直流快速充电,也就是上文提到过的CCS的欧洲版本Combo2,充电功率可达140kW。

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如果说插口的结构是人的身体,通信协议就是人的大脑。思想不一致,行动也自然无法统一。

总结

目前为止,以尼桑LEAF为首的日本电动车在国际市场仍占有统治地位,CHAdeMO充电桩的覆盖面也依然无人能及。然而以大众宝马为首的德国车企正准备强势进入电动车市场,CHAdeMO优势也在逐步被CCS蚕食。欧洲议会就已经提议,在欧洲范围内从2019年起不再支持CHAdeMO充电桩的安装,是否真会实施虽然还不得而知,但是起码表明了欧洲议会全力扶持CCS的一种态度。CHAdeMO在美国想必也会遭遇类似的待遇。尽管如此CHAdeMO仍旧在美国和欧洲高速的扩建CHAdeMO充电站,试图以统治性的规模优势压制反对的声音。

美国和德国的汽车工业有着很深的历史渊源,1929年通用就并购了德国的欧宝,1930年福特也在德国建立自己的工厂,2012年福特还在德国开设第二家工厂,专门生产电动车Focus Electric。此外,从美德两国的CCS直流充电标准的产生过程可以看出,在设计之时就已经将标准基本统一,虽然接口尺寸还有些差别,只需要简单的转换接口就可以实现完全统一。目前市场上已经有交流电Type1间Type2的转接口,相信以Type1和Type2为基础的直流充电Combo1和Combo2间的转接口也会在不久的将来面世。虽然目前CCS在美国和德国都处在刚起步的阶段,但是在CCS正式纳入国际标准后,借助于德美两国广阔的市场以及雄厚的技术,必定会在未来几年高速发展。

仅从充电功率来看,特斯拉无疑有着巨大的技术优势,然而定位高端注定了受众面小,影响力小,没有入选国际直流充电标准也不让人意外,没有谁会愿意看到在自己的国家有两种强势的国际标准并存。德国Type2的设计公司Mennekes为了更好的推广他们的产品,在很多年前就已经放弃了自己的专利,这在当时,对于一个中型规模的公司不能不算是一次赌博,然而他们的冒险收到了成效。特斯拉现在也打算效仿Mennekes的做法,在不久前免费公开了自己的专利技术,试图吸引更多的车企采用自己的技术,扩大影响力,但似乎为时已晚,中日美欧的电动车充电标准的格局已经基本形成。特斯拉只能夹缝中求生存,主动研发Supercharger与四个国际标准间的转换接口。但无论如何,使用转换插头充电都很难达到在Supercharger充电桩充电的高功率。

由此可见,统一充电标准很可能只有两条路可走,车企在设计上采用统一的充电接口,然后根据销售市场研发合适的转接口,或者根据所面向的市场设计特别的充电接口,比如特斯拉。当然无论哪条路,通信协议的开放以及部分技术的专利问题都是最主要的障碍。各个充电标准在未来几年的发展态势会在一定程度上影响标准制定者下一步将采取的策略,继续尝试垄断亦或是退一步寻求分享。

与欧美车企相比中国在技术上处于绝对的劣势。如今中国的充电站正按照国标要求快速建设,但几乎不可能在一段时间后转向德国的标准,将所有充电站推倒重建,那样损失的人力物力难以估量。但是针对国标的转换插头应该会很快出现在市场上,到那时,门户大开,国内现成的充电网就能完全为进口的电动车所用。到那时,国内的电动车将受到极大的冲击,正如中国当年加入WTO,国内电动车市场难免经历一次大规模的洗牌,阵痛在所难免。在此之前,应该是中国电动车生产厂家最后的机会,增进合作,改进技术,扩大市场已是当务之急。

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