迎接电动汽车新世界

它如何重塑汽车行业

电动汽车会再次改变世界吗？

不管答案是什么，电动汽车给汽车行业带来的颠覆性创新和变革则毋庸置疑。为迎接电动汽车新世界，汽车制造商及其供应商，需要在电池、充电设施、材料和车身结构等方面进行创新，以推进并实现电动汽车大规模生产。

代价也不菲。金融公司BDO一份报告显示，2019-2020年，全球前20大汽车制造商在研发方面便投入接近940亿美元。

▍ 4680电池

尽管很多初创公司和电池制造商都在研究革命性电池技术，以寻求大幅降低成本的同时，提高电动汽车续航里程。但值得关注的是，特斯拉与合作伙伴松下的新技术正在逐步推进中，几乎可以立即实现显著改进。

特斯拉4680电池延用大家普遍使用的圆柱形电池。但4680不同之处在于，其体积是大多数特斯拉汽车现用2170电池的5倍多，而且还进行了部分结构调整，以提高每千瓦时成本。

4680这个名字源于其尺寸，它宽46毫米，高80毫米，功率是2170电池的6倍。组成电池组后，续航里程可增加16%。

或许更难能可贵的是，当前通胀环境下，特斯拉承诺在大幅降低成本的前提下，获得更大续航里程。在2020年9月电池日活动上，特斯拉高管表示，4680量产时，每千瓦时成本可降低56%。

与马斯克（Elon Musk）的其他一些承诺，比如完全自动驾驶和赛博皮卡不同的是，4680电池真实可见，而且在限量生产。

特斯拉动力系统和能源工程高级副总裁德鲁·巴格里诺（Drew Baglino）说，2022-2023年，特斯拉将提高4680电池产量，并与外部主要供应商合作，以满足需求。

“我们每天都在组装4680电池组，这些组件正在德克萨斯州组装成汽车。”巴格里诺说，自试产以来，特斯拉已生产100万块4680电池。

特斯拉并不是青睐4680电池的唯一企业。松下表示，将在日本一家工厂为特斯拉生产4680电池。日本广播公司3月报道称，松下正在美国寻找合适地址，在特斯拉德克萨斯工厂附近建造一家电池工厂。

是否所有产品都适合4680？巴格里诺的答案是：并不一定，最终要看成本竞争力、可扩展性和制造工艺。

▍ 模块化超快充

随着更多电动汽车推出，充电基础设施缺乏仍是一些消费者的购买壁垒。对充电设施的担忧，促使一些汽车制造商提供电动汽车充电解决方案，以避开复杂的硬接线基础设施挑战。

其中有两家公司——Renewable Innovations和SparkCharge，虽然在技术上采取了不同方式，但其使命却殊途同归：消除因公共基础设施缺乏而导致消费者的里程焦虑。

SparkCharge成立于2017年。它开发了一种模块化便携式超快充电器，名为Roadie，以惠及那些无法轻松获得充电站的城镇居民。

SparkCharge首席执行官特拉维夫（Josh Aviv）认为，电动汽车普及的最大障碍是对充电的焦虑，其使命就是消除这种焦虑，吸引更多电动汽车司机。

Roadie可以堆叠电池模块以增加存储，充电器置于电池模块组顶部。Roadie自有电池容量为3.7千瓦时，重51磅。每个电池提供3.5千瓦时可用电力，重73磅。最大输出功率为20千瓦。一个两层电池模块的Roadie可以提供20-28英里续航里程。

Roadie与特斯拉车型和大多数使用CCS和CHAdeMO DC充电标准的电动汽车兼容，包括起亚汽车、三菱汽车、日产汽车、丰田汽车，以及极星、大众ID.4、野马Mach-E和雪佛兰Bolt。

SparkCharge初期与路边救援供应商、保险公司、酒店和其他企业合作。但去年，该公司通过一款名为Currently的APP推出按需便捷服务。这款APP为Roadie与旧金山、圣何塞、加州洛杉矶和达拉斯的电动汽车司机搭起桥梁。

至今年年底，这款APP将扩展到10个城市。

用户每月支付25~80美元，外加按次收费的服务费，就能在30分钟内或最长两周内预订。特拉维夫说，过程很简单，只要把电动汽车停在附近的星巴克，打开充电口，等管理员来就行，司机不需要在场。

SparkCharge使用混合动力货车车队在每个指定区域内运送Roadie。当电能用完后，这些货车载着Roadie回到城市周围的充电设施充电。

Renewable Innovations也采用类似方法建立移动充电网络，但它使用氢燃料电池为充电器充电。其充电器名为Mobile Power Generator（简称MPG）。

该公司创始人兼首席执行官罗伯特·芒特（Robert Mount）说：“为了让电动汽车真正普及，我们需要让充电符合现有消费者的行为和活动。”对于那些想要长途旅行或前往偏远地区的电动汽车司机来说，可以消除里程焦虑。

MPG有四个基本部件——氢、燃料电池、电池和逆变器。氢为燃料电池充电，电池再为逆变器供电，然后为电动汽车充电器供电。

所有这些过程都是在不依赖公共电力或燃油的情况下完成。这意味着，充电可以在偏远的地方、拥挤的城市，甚至可以用于音乐会等活动，实现有限的时间，快速地充电。

MPG内部燃料电池是模块化的，可堆叠，因此可以缩放，以适应不同应用。

对于大规模充电需求，该公司可将装置安装在加油站或便利店，约25分钟就能充满电。也有移动装置，通过卡车拖车，到达城镇郊区的车辆。

▍ 边开车边充电

未来的电动汽车司机可能不需要插上电源充电，甚至不需要停车。

佛罗里达州、印第安纳州、密歇根州和犹他州正在测试一种技术，这种技术可以在车辆沿着特殊路面行驶时给车辆充电。

普渡大学里尔斯土木工程学院（Lyles）教授纳蒂亚·格雷扎（Nadia Gkritza）解释说，充电基本原理与无线充电站，甚至无线手机充电器原理类似。安装在道路上的线圈会循环产生高频电流，从而产生磁场。车辆上的接收器接收到这些能量后，为电池充电或直接为电机供电。

普渡大学与印第安纳州运输部，以及由美国国家科学基金会资助的工程研究中心Aspire Initiative合作开发这项技术。该项目还与德国初创公司Magment合作，Magment开发了一种可磁化混凝土，研究人员希望这种混凝土可以为大功率、重型卡车提供高效充电。

“我们不主张100%的道路都能充电。”格雷扎说，“但我们认为，在某些特定条件下很适用，比如在没有很多电动汽车充电站的沙漠地区提供充电服务，特别是长途货运卡车。”

印第安纳州运输部一位女发言人表示，项目正处于测试阶段，计划在未来几个月修建一条四分之一英里（约合1.6公里）长的公用公路，并配备充电功能。

格雷扎说，研究人员的长期目标是根据各种试点项目结果，将印第安纳州70号州际公路试验路段扩大到1英里。到2030年或2035年，目标是建成可充电的10英里长道路。

Aspire董事总经理贝拉克（Tallis Blalack）认为，研究人员正在研究的不仅仅是无线充电技术，车辆到基础设施的链接是实现这类系统的关键。

车辆需要能够有效地告知，道路充电系统是什么类型的车辆，以及司机是否希望给电池充电，如果需要，还需要提供支付信息。

“所有这些信息都将被交换，而且必须安全。”贝拉克说，“考虑到规模化，我们将跨越州界线，将有不同税收。这将花费很长时间来建设，我们正在研究，以实现这一目标。”

布莱克补充道，无线充电对长途卡车司机来说特别有效，因为他们必须开车经过美国一些可能没有多少充电站的地区。这项技术在改善残疾人使用电动汽车方面也有很大潜力，因为驾驶员无需离开汽车充电。

普渡大学项目是美国正在进行的几个无线道路充电项目之一。

密歇根运输部今年也宣布了一个项目，计划到2023年，在底特律修建一段一英里长公路，配备无线充电功能。该项目由以色列初创公司Electreon牵头。

密歇根州州长格雷琴·惠特默（Gretchen Whitmer）在新闻发布会表示，其目标是通过提高电动汽车产量和降低消费者成本，引领未来移动和电气化，无线道路充电系统是解决可持续性问题的一步。

▍ 更换电池

蔚来汽车正在为电动汽车客户推出最大胆的服务之一——更换电池。

目前，蔚来汽车已在中国安装850个交换站，今年1月在挪威开设第一家交换站，目标是12个。蔚来汽车正计划在挪威开展更广泛的销售活动。

对于那些习惯几分钟就能给汽车加满油的消费者来说，这种移除车辆硬件技术的背后逻辑听起来有些奇怪。蔚来挪威电力和运营经理Espen Byrjall详细阐述了交换站的工作流程。

该交换站是一个700平方英尺（约合40平方米）的工棚。根据Byrjall的描述，它看起来像一个自动洗车场。挪威交换站是第二代版本，拥有13块电池，理论上一天可以换312次电池。

整个过程从路上开始，当一辆汽车导航到交换站时。司机越开越近，系统会告诉他是否需要排队，APP还会显示有多少块充满电的备用电池可用。

车辆到达后，司机将车停在一个有标志的广场上。广场会被加热，以确保没有冰雪——这是蔚来汽车流程中的北欧特色，Byrjall说。

司机按下仪表盘屏幕上的一个按钮，汽车自动倒进换电室。一个横向传送带精确地将汽车定位在一个能处理2.5吨电动汽车的剪式千斤顶上方。

千斤顶将汽车抬离地面2英寸。

然后，一块磁铁附着在汽车底部，这也是可拆卸电池组的底部。接下来，电动螺丝刀拆卸10个快速交换螺钉。

Byrjall表示，处理起落架上的结冰也没有问题，因为电池温度通常足以融化它。

旧电池组被放在一个滑块上，一个新的充满电的电池组滑到适当位置。整个过程大约需要5分钟，与加汽油所需时间大致相同，但排队等候会延长时间。

蔚来汽车的电池组都是相同尺寸，即使功率不同。目前，在挪威销售的ES8功率为100千瓦时，重量为1224磅。今年，蔚来汽车推出75千瓦时电池，2023年将推出150千瓦时电池。它们都适用相同的电池组和相似的重量。

蔚来汽车计划到2025年，在欧洲建立一个总计1000个交换站的网络，彼此距离约为155英里。

▍ 重塑汽车设计

电池动力汽车改变了车辆运行方式和外观，不仅仅是因为风格与时俱进，还因为新技术触发新想法。

汽车制造商正在重新考虑电动汽车设计，以适应新的动力系统和其他部件变化。例如，由于轴承上不再有笨重的传动装置，汽车内部的座椅和设计可以更加富有创意。由于不再需要风冷发动机，传统格栅变得多余，为重新想象电动汽车面貌创造了机会。

以下是电动汽车技术如何重塑汽车设计的三个例子。

其一 ，减少风阻。

极星5电动四门旅行车就是一种形式追随功能的尝试。

“空气阻力难以消除，规避它的方法并不多。”极星设计总监米索尼（Maximilian Missoni）告诉Automotive News。

米索尼和他的团队已经想出几种方法来提高能源效率，这款受飞机启发的极星5将于2024年问世。极星5基于极星内部开发的全铝粘接平台，对标特斯拉Model S和保时捷Taycan而打造。

作为极星最符合空气动力学的车型，为防止迎面而来的空气偏离引擎盖，增加阻力，极星的设计师增加了一种扰流板。

集成在引擎盖前缘的导流风管起着机翼作用——使其下方空气加速，并将气流向下拉到汽车上。这种效果可以减少湍流，提高动力效率。

其尾灯设计跨越整个车身宽度，集成一对延伸车身的流线型叶片。这种尾部设计减少了空气从汽车表面通过时的阻力，米索尼说，这种叶片的作用就像飞机上的小翼，可以减少风阻。

其二 ，垂直电池。

英国设计公司Page-Roberts重新思考现代电动汽车电池布局。Page-Roberts的专利设计理念，不是将电池水平放置在汽车底盘上，而是将电池垂直放置在前、后座椅之间。

这种设计使电动汽车更紧凑、更轻、更安全，能源效率最高可提高30%。传统平板设计导致车身更高、空气动力学更差、笨重的电池外壳和更长的轴距。

Page-Roberts称，与底盘电池相比，将电池从地面移开，可以降低车辆整体高度，提高空气动力学20%~30%。此外，它还让设计师更具创意——开发低底盘、运动型跑车式四人座电动汽车。

这种电池布局提供了安全性和成本效益。在Page-Roberts看来，将电池垂直放置在车辆中心，可以提高车辆刚度，并减少振动。车辆的低惯性则降低了阻尼器的工作负载，改善了倾斜度和翻滚控制。

将电池从底盘上抬起，在底盘上电池更容易受到道路碎片的损坏，可以减少用来加强电池外壳的铝和其他材料的用量。这意味着，可以节省18%的重量，并将制造成本削减36%。

其三 ，更多照明。

取消需要空气冷却的发动机，使得传统格栅在电动汽车上变得多余。作为回应，设计师们正在发明各种方法重新利用这处备受瞩目的区域。

现代摩比斯开发了将汽车前面板转换为照明元素的技术。现代摩比斯认为，这一功能不仅仅是装饰。照明格栅使用LED与其他车辆或行人沟通。该系统可以显示车辆是否在充电，是否处于半自动驾驶模式，甚至可以显示问候。

现代摩比斯还在格栅上安装了音响系统，可以播放虚拟引擎的声音，还可以在露营时播放音乐。

▍ 双向充电

除零排放尾气外，电动汽车还能改善生活。一项新兴技术直接把电动汽车带出了交通领域概念。

未来三五年内，双向充电这个词将逐步进入消费者生活。当电动汽车配备这种设备时，它有一个双向功率流，可以将直流电源返回到交流电源。这将允许电动汽车车主使用汽车电池为家庭供电。

福特汽车能源服务主管戈尔曼（Ryan O"Gorman）表示，当福特F-150闪电皮卡开始交付时，就能以可用的双向充电引领市场潮流。这种功能需要一个连接充电器和房屋的中间家庭集成工具。

当闪电车主选择开启双向充电时，这款皮卡将提供9.6千瓦的能源。戈尔曼说，这足以让一所房子运行约3天，但能源使用情况因家庭而异。

这种双向充电器被称为充电站专业版，选择标准续航里程的买家需要为充电器支付1310美元。

这种家庭集成套件，是通过与家庭太阳能电池板和电池供应商Sunrun合作来达成并提供安装。安装价格尚未公布。

该系统将直接连接到运行电器和插座的同一家用电器系统中。目前，它仅用于家庭用电出现故障时提供备份。

集成套件有三个部分：一个转换开关，断开房屋与电网的连接。一个逆变器，将直流电源转换为交流电源。一块电池，没电时可以让系统继续运行。

如果家庭发生停电，假设皮卡是插入状态，系统会向皮卡发送警报。然后，皮卡开始发送电力。

车主也可以设置里程限制，防止皮卡的电池完全耗尽。如果司机想让皮卡留下100英里的备用里程，系统会在这个阈值关闭。

与此同时，福特汽车正在开发一种新的双向充电技术，该技术被称为智能动力。这一功能将超越备用电源，使相同系统能够优化充电成本。这种皮卡能从低成本能源来源（如太阳能电池板）中获取能量，在电力成本最高的用电高峰时段将电力输送到家中。

戈尔曼说：“如此一来，皮卡不仅可以在熄灯时给房子供电，还可以作为一种资源降低总成本。业主可以不使用太阳能，或者在晚上用它为房屋供电。”

关键词： 电动汽车 印第安纳州