矩阵充电®—自动充电的时代已不遥远

编者荐语：

矩阵充电是一种全新的传导连接充电方式，之前也写过很多的充电方式，但是矩阵充电的方式个人比较推崇，比无线充电效率高，比传统传导充电方式更便利，作为私人或者目的地充电非常合适，也适合未来无人驾驶充电

过去的2020年，尽管新能源汽车补贴大幅退坡，但中国电动汽车市场在经历短暂的调整期之后重新进入增长轨道；同时，新冠肺炎疫情的爆发，加速了欧洲能源转型的进程，欧盟各国纷纷制定或更新了禁售燃油车的时间表，全球主要汽车制造商在向电动化转型方面达成了共识。

当前，电动汽车在乘用车总体销量中的渗透率尚不足5%。人们之所以在购买电动汽车时仍心存疑虑，是因为与竞品燃油车相比，电动车仍然存在诸多难以满足用户需求的劣势，例如价格高、续驶里程短、充电时间长、充电便利性差等。

随着占据整车成本比例最大的部件—动力电池—成本的下降，电动汽车预计将在2022-2023年前后实现与同级别燃油车的平价。考虑到用电成本低于汽油、柴油等燃料，电动汽车在全生命周期的总使用成本将会显著低于燃油车。

当前，动力电池能量密度仍在不断提升，搭载更大容量电池的电动车型也在不断增多。进入2020年，主流电动车企的旗舰车型，已普遍实现了500公里以上续航里程——当然，是否所有的电动汽车都真的需要这么长的续航能力，则另当别论。

在以上背景下，充电便利性和充电体验，正在成为制约普通消费者购买电动汽车的最重要因素之一，需要被重新定义。

未来的智能电动汽车，究竟需要什么样的充电解决方案？

自动驾驶能力，正成为验证新一代汽车智能化成色的依据之一。当前市面上的部分智能电动车型，已经具备利用摄像头绘制停车场地图、记忆和识别停车环境，并在特定条件下进行无人自动泊车的能力。特斯拉汽车甚至已具备了响应车主呼唤、自动从停车场前往车主所在位置的功能。

这些技术和能力将在未来几年内得到进一步增强。试想，如果在停车场中的汽车，能够根据每辆车的剩余电量、预计停留时间等信息，自动排队，一辆接一辆地连接充电装置，整个过程无需人类的参与即可充满电，并在车主需要用车时自动前往接驳区——这将会为我们的生活带来多大的便利，并在停车场空间、动力电池容量和电网配电功率等方面提升多少效率、节省多少资源？

这样的场景距离我们并不遥远。

在自动充电的场景中，当前传统的插拔式充电枪，显然无法满足需求。要从充电行为中去除人类的参与，在自动驾驶（自动泊车）功能的帮助下，可能的方案包括无线充电、机械臂充电，以及本文的主角——矩阵充电®。

一、为什么说自动充电是未来趋势？

在未来的智能电动车时代，人们对汽车的补能习惯将与现今的加油习惯有所不同。

尽管人们一直在追求“与加油体验相当的充电体验”，但电池对能量的存储方式，以及其本身的能量密度极限，决定了充电的速度很难达到液态燃料加注的速度。


然而，充电也有着加油无法比拟的优势，那就是电力供应的普遍存在性——与任何其他家用电器一样，电动汽车只是一部能够移动的大型智能机器，因此理论上讲，我们可以在任何能够接入电源的场所为其充电。

因此，为电动汽车充电的行为，将逐渐变得类似于为手机充电，即停即充，每次充电的时间因停留的场景而长短不一，无需像加注燃油车一样将油箱加满。事实上，这样的充电习惯，也更利于动力电池循环寿命的保持，对电池健康更有益。

在改变了对充电行为的理解和预期之后，电动汽车充电的时间和机会一下子多了起来——据Statista统计，欧洲私家车平均每行驶900公里发生64次停车（每次行程平均14公里）。因此理论上看，这64次停车过程中的时间，均是可以用来充电的潜在时机。

既然充电的潜在时间如此充足，如果我们能够建立起覆盖广泛的充电设施，那么即使续驶里程仅有200公里的电动汽车，也足够日常城市行驶使用。而更短的续驶里程，意味着更小容量的电池、更低的购车成本、更低的平均行驶能耗和更环保的生活方式。

要建立这样的充电设施，实现自动充电技术是必要的前提，原因包括：

1.自动驾驶及自动泊车等技术的实现，需要自动充电技术的配合；

2.为提升用户体验，需要通过汽车的自动充电，解决充电枪和线束过于沉重（对妇女、儿童和体力有限人群不友好）、不卫生、恶劣天气下使用不便等问题；

3.通过自动充电技术，可优化电动车与电网的连接时间，依照需求调整充电功率，并实现V2G功能，起到“削峰填谷”的作用；

4.充电的便利与“无感”，会提高用户感知上的续驶里程，从而适当降低电动汽车电池的尺寸；

二、为什么选择矩阵充电®？

当前可用的充电技术，主要分为传导式充电和感应式充电两种。其中，感应式充电已经成为行业内众所周知的技术。但是，鉴于感应式充电可实现的充电功率及传导效率有限，以及高昂的成本，我们坚信传导式充电才是大规模推广自动充电的正确方向。

在传导式充电当中，矩阵充电®是最利于实现“即停即充”的技术。与传统插拔式充电桩相比，矩阵充电®的特点和优势主要体现在以下几方面：

充电装置位置：矩阵充电®技术的充电连接位置位于车辆下方，因此不会占用车辆本身停放位置以外的空间，坪效更高；且除了立体式停车场之外，停车位所在的地面是各种类型停车位均包含的位置特征，因此最大限度地确保了矩阵充电®的通用性。

充电器活动部件的集成方式：矩阵充电®改变了传统充电桩将活动部件布置在车辆外部（停车位或充电桩内）的做法，将伸缩性充电连接装置集成在车辆内部。这样做的好处是，能够最大化地保障车位上充电板的简易结构和牢固性。

充电接触面形式：矩阵充电®选择了平面接触，这与充电枪的插口连接相比，从根本上解除了需要借助人工操作的属性——尽管，特斯拉已被报道正在测试机械臂式充电设施，大众集团也曾展示过自动充电机器人的宣传视频，但考虑到充电装置的结构复杂性、成本、维护便利性等多方面元素，矩阵充电®在工业级量产可行性层面上优势明显。

与无线充电和机械臂充电等同样具有实现自动充电潜质的前沿技术相比，矩阵充电®具有显著的低成本、免维护、充电效率高、节省空间等方面的优势，因此更适合于规模化推广。


当我们在用户、主机厂和基建提供商三个利益相关方对电动汽车充电装置的诉求当中寻找重合点，我们会发现，低成本、高效率、可规模化、安装便捷等因素，是最符合三方共同利益的核心元素——而这些正是矩阵充电®本身固有的优点。

综上，矩阵充电®技术具备了在现有电网设施、充电技术、整车平台等各方条件下，以低成本进行大规模部署的潜力，且能够完美匹配自动驾驶、车联网、V2G等技术成熟后的自动充电场景。


三、矩阵充电®技术特征

矩阵充电®设备主要由两个硬件模块组成：车载连接系统和矩阵充电®板。其机械结构简单，有利于成本控制和保障较强的鲁棒性。以下分别从两个模块介绍其主要特征：

矩阵充电®车载连接触手

矩阵充电®的所有车辆端元件，均针对大规模量产车型需求设计，具有轻量化、机械构造简单且低成本等特征，且这些单元的形状可作调整（例如扁平设计、最小面积设计、双盒设计等）从而有利于节省集成空间。



矩阵充电®系统的连接动作，是由车载单元向下伸至地面上的充电板来完成的。这样的单一方向运动，是基于最基本的机械结构，从而确保了设备在整车全生命周期的可靠性。

此外，矩阵充电®的车载连接触手，目前可支持12V电源供电和CAN连接；其支持的最高充电功率可达交流22kW,直流50kW（未来可扩展至200kW以上），且在50kW直流充电的配置下，系统净重小于5kg，非常利于电动汽车轻量化的实现。

矩阵充电®板

安装于地面的矩阵充电®板，本身无活动部件，具有坚固、安装简易、零维护、可定制等特征，可抗湿气、水、灰尘、石子以及腐蚀等，且可灵活支持交流慢充和直流快充。

标准的矩阵充电®板尺寸为500mm*580mm，由于充电动作仅需连接矩阵充电®板上的7个触钉，因此标准充电板的停车偏差容错范围可达225mm*390mm，可确保人为停车时的简易程度。而在自动驾驶停车模式下，随着停车偏差容错范围的缩小，矩阵充电®板的面积可大幅度缩小，从而进一步降低制造和安装成本。



矩阵充电®板的另外一项重要设计，是其自我清洁功能。

当恶劣天气、气候或人为因素造成矩阵充电®板上覆有水、泥土、沙子、灰尘、树叶或其他杂物时，车载充电连接器带有的一套吹气系统，以及其扭转切力运动系统，可对矩阵充电®板表面进行清洁，确保充电板上的杂物在充电器连接之前被清理干净，并利用吹气系统使连接部分保持干燥。

在安全性方面，矩阵充电®满足最高的电气安全标准，拥有比传统家用电源插座更高的安全级别。充电板上的触钉只有被矩阵充电®连接触手的接触面覆盖时，才会被激活。充电元件不会暴露在外界环境中，且所有未激活的导体元件均默认接地。此外，充电板与连接器之间的不间断通信，能够全程监控充电程序及触钉的激活状态。

四、开发进展及Easelink公司概况

经过4年开发，矩阵充电®技术已完成了初期原型制作、概念阶段、深度开发及验证阶段，并在法兰克福国际车展，北京国际车展，慕尼黑emove360°等重要国际展会及活动上，通过与不同主机厂、政企组织、技术合作伙伴等完成过多轮验证和展示。目前，针对矩阵充电®技术的多个真实环境示范运行项目已持续进行超过2年，与欧洲主机厂针对量产的联合开发也正在进行中。

真实环境下的示范项目

1）矩阵充电®的开发公司Easelink于2018年9月起同奥地利能源公司EnergieSteiermark公司合作，在其公司车队的e-Golf上集成了矩阵充电®连接触手，并分别在地下停车场及室外停车场安装了矩阵充电®板。在过去的2年多时间里，该车辆在两块充电板分别进行了大量实际充电测试。通过该项目，矩阵充电®在室内及室外环境下的高可靠性得到了很好的验证。



2）此外，Easelink于2020年5月同奥地利共享车辆品牌Tim联合进行了矩阵充电®板平齐地面安装方式的室外真实场景示范项目。在过去的半年多时间里，矩阵充电®技术在真实环境下的稳定性及抵抗恶略气候的能力获得了合作公司的高度赞赏。


此外，Easelink公司正在与格拉茨市机场及维也纳出租公司共同筹备更大规模的示范项目，具体细节将会在后期进行相关介绍。



与主机厂针对量产应用的合作

目前Easelink公司在欧洲正与某领先主机厂进行针对量产的联合开发项目。针对中国市场，Easelink公司已与国家新能源汽车技术创新中心(国创中心)建立了战略合作关系，国创中心将同Easelink联手将矩阵充电®技术推广为中国市场的领导充电技术。目前双方正在筹备针对中国主机厂的量产应用开发项目。