從科學角度，淺談提高汽車充電效率的幾個途徑

近一個時間段以來，無論是中國還是海外其他國家的汽車產業，無一例外地都在向電動化、電氣化時代大幅度前進。但是隨著EV的逐步推進，同時也出現了很多問題，最為顯著的就是續航焦慮問題、補能焦慮問題——無論是去年十一的排隊數個小時等一個充電位的亂象、還是電動汽車們春節出行在路上不敢開空調、不敢開快車只能在路上“爬”的窘態，無不在向大家說明，續航焦慮和補能焦慮不僅焦慮在心裡，對某些人來說，甚至這種焦慮都會表現在肢體語言上。

汽油車之所以沒有那麼強烈的補能焦慮問題，是因為補能（即加油）已經足夠方便，當油燈亮起，一般情況下在中國大陸境內，不出20分鐘（特別偏遠地區可能不是這樣）就能找到一個加油站，只用幾分鐘的時間就能加滿汽油，又能再行駛數百公里，這就“沒得可焦慮”了。

（這是拉薩市範圍內的加油站數量）

不過，電動汽車可就沒有這麼幸運，當電池燈亮起的時候，只剩下50km續航的你，不僅要擔心哪裡能夠找到充電站，而且還要擔心由於部分BMS系統的不當設定導致表顯50km的時候直接高壓斷電導致路邊趴窩的問題。另外，從SOC 0充到100%也不是一瞬間或者幾分鐘的事情，等待也會進一步導致焦慮情緒惡化。由此看來，加大充電站密度或者提高充電效率，讓充電也能像加油那樣，幾分鐘補充幾百公里的續航能力，才是緩解充電、補能焦慮的有效方案。如何提高充電站密度的事情我們先放到一邊，這一期我們來聊聊如何讓充電這個過程更加快速高效。

給電動汽車充電，其實就是把電網當中的電能，透過中間的變電途徑，移動到電動汽車的電池組當中儲存起來。這中間一共要經歷電網、電纜、變電所、車充線纜這幾個環節——前幾個環節不需要我們操心，我們只關心車充線纜和車輛這個環節。

1 提高充電電壓，降低電流以降低損耗

現在大家使用的電力，其實都是利用超高壓輸電（110kV）原理輸送過來的，這本身就是一種用提高電壓降低電流來提高輸送效率的手段，在汽車充電上也是如此。

我們先看一個公式：（P代表功率，U代表電壓，I代表電流）

P=U·I

把U這一項除到左邊，就變成了

I=P/U

這也就是說，在功率一定的情況下，電壓和電流呈反比例關係，也就是說，電壓越高，電流就會越小；另一個方面來說，電流維持不變的時候，電壓越高，功率也就越大。那這對電動車充電有什麼意義呢？首先，在額定的充電功率不變的情況下，提高充電電壓，可以減小充電電流，這將線上纜損耗的層面上做出很重要的貢獻。電動汽車電池在充電的時候，其在電路中的作用實際上是用電器，就和燈泡、電機等一樣都是在吸收能量，而為之輸送電能的線纜自身具有一定的阻值，其等效電路原理類似如下所示：

（去往負極）—正極——用電器（汽車）——線纜內阻——負極—（正極迴流）

所以，用電器本身的阻值和線纜的內阻，都會損耗電源所輸出的能量，並且以熱量的形式散發出去，形成能量損耗，且這種損耗還沒有辦法避免。電路的發熱量又和電流有這樣的關係：

Q=I2·R·t∝I2∝I（∝為正比於）

由此可以看到，在電阻值一定的情況下，電流越小，由於線纜內耗產生的熱量也就越少，電網輸送給電動汽車電池的能力損耗也就越小，一定程度上提高了線網能量的利用率，為電動汽車充電提高了一定的效率。

請注意，上下兩節的內容並不互相矛盾，它是充電這件事的兩個側面

2 在容量允許範圍內，電流不變的情況下提高電壓來提升充電功率

有了上面的P=U·I作為基礎，還可以透過保持電流不變的情況下，提升充電總功率，來提高充電速度。目前如比亞迪漢、保時捷Taycan等“高壓平臺車型”都是基於這個原理。以保時捷為例，透過設定變電所容量允許範圍內的高充電電壓來完成在統一線纜規格下儘可能高的充電功率，以達到快速補能的目的。目前國內包括沙龍汽車、極氪（雖然最後放棄800V平臺）等車企，很多都在這個層面上發力。

3 瘋狂的想法：超導車充線纜，很有可能實現

結合我們剛才所說線纜發熱的內容：Q=I2·R·t，可以發現，發熱不僅與電流有關係，還與電阻值有關係。熱量Q與I的平方成正比，與電阻值R的一次方就已經構成正比關係，I這個變數比R要高出一階，也就是說，R對Q的影響比I對Q的影響要更為直接。

所以，透過降低輸電線纜的電阻，也是一個降低熱量損耗的好辦法。在接近絕對零度的時候，部分金屬的電阻率會下降至0，這就意味著，輸電線纜的內耗就消失了。根據剛才的Q=I2·R·t，R→0的時候，Q→0，因為一個乘數為0，積為0。那麼一旦線纜材料實現超導輸電，效率將達到100%。這就是所謂的瘋狂的想法，參考核磁共振裝置的超導原理，我想給線纜製作一個超導環境應該不是什麼大問題吧。

（以下是超導電纜的百度簡介）