卡车电动化的充电基础设施

原创汽车电子设计 2022-02-05 12:09

之前谈到中国开始进行换电重卡的尝试，与此同时，特斯拉、欧洲和美国也开始了一系列高功率充电基础设施的准备。和乘用车不一样，在2B业务中，整个运行效率是考虑在第一位的，如果没有补能设施的落地，卡车的电动化是没办法推进的。在去年年中，代表欧洲汽车行业协会的ACEA发布了一个卡车充电基础设施的需求概览，如下图1所示。

卡车的电气化渗透率非常低，欧洲到 2025 年，大约 40,000 辆电动中型和重型卡车将投入使用。到 2030 年，中大型卡车将增加到大约 270,000台。对应的充电基础设施，根据ACEA测算， 2025 年在欧盟范围内建立 10,000-15,000 个高功率公共充电点， 2030 年建立40,000-50,000 个充电点。根据实际需求，2030 年还需要至少 40,000 个低功率的（100 千瓦）、设置在高速公路沿线卡车停车场的公共夜间充电桩。

面向卡车的充电功率分为三个功率类别：350 kW 以下、350-500 kW 和 500 kW 以上。

▲图1. 欧洲2030年需求的充电基础设施

Part 1 车企所做的充电网络设施建设

从当前的态势来看：

●欧洲

欧洲三大商用车制造商（沃尔沃、戴姆勒和大众集团斯堪尼亚和 MAN 品牌）签署协议，将于 2022 年在欧洲建立合资充电网络，将部署和运营一个用于重型长途卡车高性能公共充电网络，将总共投资5亿欧元，每个企业将向合资企业出资1.67亿欧元。

▲图2. 欧洲的卡车充电网络

●美国

Daimler Truck North America、NextEra Energy Resources 和 BlackRock Renewable Power就如何解决美国卡车充电问题，签署MOU，目标也是成立合资企业，设计、开发、部署和运营一个全国性的高性能充电和加氢网络，计划于 2022 年开始运营，投入资金约 6.5 亿美元，由三方平分。

▲图3. 美国的充电网络建设

●特斯拉

特斯拉比较实在，车辆开发和基础设施是同步建设的，从目前的数据来看，这些为Semi Truck开发的充电桩最高功率可能达到了1.6MW，通过并联的方式给车辆电池进行充电。

▲图4. 特斯拉的Semi Truck

从现有的信息来看，给800kWh的电池4组电池，可能是以4路并联充电的方式进行的，按照400kW*4的做法，这个系统的配线设计和整体的逻辑也就并不复杂。

备注：从驱动系统来看，可以看到这个设计的复杂度在电气上主要是不同的电池组可以灵活驱动不同的驱动系统。

▲图5. 特斯拉Semi Truck的电池

Part 2 卡车领域的充电和换电

和乘用车一样，卡车领域也出现了换电和快充充电（慢充对卡车无意义）两种不同的路径，我个人觉得在当前已经实行的路径上，是需要为卡车（商用车）快充做更多的考虑。

（1）换电：第一步已经走到了部分场景，在中长距离的背景下，标准化也制约着换电走到下一步。

（2）快充：快充能覆盖的车型会更多一些，瓶颈如上所说的还是充电站。由于干线高速公路的负荷问题，可能需要和分布式发电弄在一起，在高速公路附近堆一些光伏和储能站可能是最好的办法。由于快充哪怕是1MW以上，通过分离的接口设计，如果在车内也做液冷线路设计，可以实现两端同时液冷，降低充电线的重量，通过并联设计，这个路最大的瓶颈是当前铁锂的快充特性。