最近,有個汽車廠商堅持語不驚人誓不休,聲稱將推出
充電8分鐘,可以行駛1000公里
的電動汽車,頓時轟動世界。
不過畢竟物理學已經很長時間沒有多少實質性理論突破了,能發現的理論,基本早已問世。電力學理論更加是百年前就成熟了,後面只是材料技術和技術應用在極為緩慢地進步。電力學作為科學,已經很難短時間突破。
可以毫不誇張地說,電磁理論與歐姆定律,依然是電力學的基本支撐。
充電8分鐘,行駛1000公里有多難?
要多久才可能實現?
為何說說這種話的人是騙子無疑?本文做個簡單的分析。
一、充電8分鐘,行駛1000公里,充電器需要多大的輸出功率?
按充電效率90%計算,這個效率在快充中已經比較高了。
充電器輸出功率P1=(1000/6)/(8/60)/0。9=
1389kW
。注意,是千瓦!而且是一個充電樁的輸出功率!
那向這個充電樁供電的市政供電線路,必須提供的供電功率要多大?這裡又有一個轉換效率的問題,任何能源的傳輸或轉換,都會損失能量。這裡按95%計算,P2=1389/0。95=
1462kW
。多數人對
1462千瓦
有多大缺乏想象力,繼續往下看。
二、配套的電力變壓器有多重多大?
一個充電樁用電功率
1462千瓦,
供電部門會直接給你拉條
380V
的供電線路不?不會的。它會給你拉條10kV的電纜,也就是
1萬伏的高壓電
。
我國民用市政供電一般是380V三相四線,要取得這個電壓,往上走,是10kV轉400V的電力變壓器。現在典型的變壓器大概長得像下圖這樣:
乾式電力變壓器
根據《全國供用電規則》,用電功率小於250kW或需用變壓器容量在160kVA以下的使用者,供電部門必須以低壓(1kV)方式向用戶供電。就是說,向這類使用者供電,電力變壓器由供電局負責安裝維護,使用者直接380V(三相)或220V(單相)入戶,不用操心電力變壓器的事。
反之,
用電功率大於250kW或需用變壓器容量在160kVA以上的使用者,供電部門只提供10kV入戶
,使用者需自行
申報、安裝和維護電力變壓器
。
考慮到功率因素和轉換效率,一個
1462千瓦
的充電樁,需要配的電力變壓器容量為P3=1462*5/4=
1827kVA,
這個kVA(千伏安)不妨直接理解為千瓦就是了。
按變壓器的標準規格系列,最靠近的是
2000kVA
。
這個變壓器無疑要使用者自己申報、安裝、維護,不管是安裝在小區裡,還是專業公司安裝在公共場所,小區變配電系統無法直接提供充電樁的供電條件。
2000kVA的10kV變壓器有多大多重?
先看看下面這個800kVA的變壓器的銘牌,800kVA變壓器重量就有2。3噸,輸出電流1154安培!
800kVA10kV電力變壓器銘牌
考慮到它很不能小看的發熱量和1萬伏高壓絕緣的需要,這個800kVA變壓器安裝在這樣
高度超過2米、寬度和深度超過1。5米
的大金屬箱子裡,裡面有必須的控溫散熱裝置,絕不能像手機充電器那樣外殼直接被人手觸控。
800kVA10kV電力變壓器保護箱
2000kVA10kV的電力變壓器有多大多重?每個廠家產品有點差別,但差別不大,參考下表,
重量超過5噸!
乾式電力變壓器重量參考表
配套的箱子有多大?至少比800kVA的大50%。
考慮到維護和安全,要不小的房子或帶安全隔離設施的空間來放置這個變壓器。
三、市政供電能承受這樣的充電樁開啟和斷電造成的瞬間負荷衝擊不?
一部車開始快充,市政供電線路就瞬間增加高達2000kVA的用電功率;這部車充滿拔插頭,市政供電負荷馬上就少了2000kVA。10部車呢?100部車呢?1000部車呢?10000部車呢?這種瞬間大起大落的負荷增減衝擊,有多少個城市的市政供電系統能承受?
要知道,2020年深圳市最高負荷才
2000萬千瓦,
僅僅相當於
1萬個2000kVA變壓器
的容量!裡面有多少容量能用來向電動汽車進行這樣的“
快充
”?
四、這樣的充電樁,需要多大的導線和開關?
按電力變壓器輸出
400V
計算,2000kVA變壓器輸出電流為I=2000*1000/400/1。732=
2886A(三相)
。
這個
2886安培
電流有多大?
我國最大的電力電纜截面積為600mm2,它大概可以承受600A~800A的電流(視使用條件)。需要更大截面積電纜或導線,可以多條電纜或電線並聯。
電力電纜
但由於這樣的巨無霸電纜,加上絕緣護套本來就非常大非常重,而且很硬很難彎曲,所以在電力配電中,需要傳輸大電流時,一般不再使用電纜或電線,而是使用下圖這種“
銅排
”,就是厚厚的
純銅板條。
配電銅排
上述
2000kVA變壓器
輸出的
2886安培
電流,每根導線需要的截面積超過
2500mm2
,只能使用
銅排,
無法使用電纜或電線。
多條這種銅排捆綁在一起,中間以硬質絕緣片隔開,整體外表再用良導熱的金屬包裹,形成下面這樣的“
母排橋架
”,不再是大家印象中的那些電線、電纜模樣。
銅排橋架
控制這樣的銅排
開關
又是怎樣的呢?開關
觸點
外形必須很大,因為那麼大的電流要透過觸點,觸點小的話,瞬間就會燒電焊一樣把觸點燒掉,經常採用
金屬銀
觸點;連線觸點的導體截面積照樣要很大,與銅排一樣;壓緊觸點的力度也要很大,不然接觸電阻引起的發熱也會瞬間燒掉觸點。
所以呢,這個開關也很大,一般不再叫開關,而是叫
斷路器
,比下圖這個1600A的還要大,它的高度和寬度超過35cm,深度超過40cm,價格要
幾萬元
!它只是一個開關哦。
電流大了,電壓高了,什麼東西都超出想像。
低壓大電流斷路器
這個1600A的開關後面的“
導線
”是這樣的,兩條銅排並聯成一根使用。
低壓大電流斷路器背部
所以僅僅是安裝這種開關的櫃子,就有下圖那麼大。它像衣櫃一樣,很難縮小,因為散熱、安全和維護的原因。至於複雜和發熱量巨大的充電器本身,比這個開關櫃還要大得多。
另外,電力變壓器前後都要配開關櫃,分別是高壓和低壓,而且一定要分開佈置在不同的櫃子裡。
低壓配電櫃
一個充電樁所需要的變壓器、高低壓開關櫃、充電器放置所需要的空間就那麼誇張,小區停車場是沒法安裝這種充電樁了。
公共區域,又有多少空間能安裝?那簡直就要在一個個停車場設定一個個巨無霸的變電站啊,怎麼整?
五、這樣的快充充電樁樁頭及電纜有多大?
電動汽車電池組輸出電壓一般為
300V~700V
,電壓越高,相同容量的電池組需要的充電和輸出導線截面積越小,成反比例。
但電壓高了,會帶來嚴峻的
安全考驗
,尤其是汽車還要考慮
車禍損壞和涉水、密封、散熱
等問題,電壓不能太高,不然真的沒幾個敢開。
即使提高到
1000V
,1389kW的充電功率,電流I=1389/1000*1000=
1389A
,也絕對非同小可,要配的充電樁充電電纜總導電截面積也不小於1000mm2(形成迴路至少要兩根導線,導線數量再多也不會減少總的截面積大小,多芯軟電纜載流量大於銅排),腦補一下這樣嚇人的電纜怎麼搬動?充電頭得有多嚇人?
另外,汽車本身的動力電池開關、主電纜,即使採用
貴金屬銀
來做,體積也不小,因為充電控制必須直接控制充電線路,主開關是不可能少的,不管是用
可控矽還是斷路器,
而且採用銀來做導線和開關成本可想而知。
儘管可以採用直接輸出高於
400V,
可以直接使用於高電壓充電樁的
1000V
定製變壓器,減小一點變壓器體積,減小一點變壓器到開關櫃的銅排規格,但減小不了多少,還是巨無霸。
六、結語
綜上所述,懟騙子的院士作為專家,當然有完全的把握,保證自己所說的絕非心血來潮,絕非博眼球。
營造噱頭的廠商家無論如何粉飾,都改變不了
幾十年內,無法實現充電8分鐘行駛1000公里
的家用電動車的現實。
超級快充所面臨的難題,絕非攻關
常溫超導體解決電線和開關大小、電池技術解決電池容量
這些問題這麼簡單,況且常溫超導技術,也都是放衛星不斷,幾十年內都不可能達到實用的程度。還有幾乎不可能解決的市政供電能力、裝置安裝空間等其它問題,可以預見的幾十年內都無法解決。
博眼球的炒作不時有,不僅僅是考驗大家的智商,對社會的進步,也是一種阻礙與資源浪費。
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超級電容能替代新能源車動力電池,或給動力電池充電嗎?(點選開啟)