替你的電動車充飽電,+++ 到底需要多少電力?

本文討論電車充電需要多少電力

簡單的介紹 電力/電池容量 這兩個名詞是什麼意思

(本想做些圖文解說,但實在太忙了,先文字敘述一下,要是哪天有想到再來補幾個簡圖)

起因是: 特斯拉卡車正式供貨了?

有人在討論區很斬釘截鐵的說,電卡車絕對可以一小時充飽電

他們說 "畢竟手機都能一小時充電了,特斯拉卡車當然可以" 想當然有點鳥毛比象腿

我把我敘述過的東西,在這邊做個整理給大家參考

我並不想討論到底可不可以,畢竟科技日新月異,現在辦不到的,以後未必不行

可能是2005年附近,有人跟我說手機可以做進電子錶內,那時我覺得不可思議

結果現在滿街都是智慧手錶,I WATCH什麼的也都出好幾代了

另一個不同角度的例子,2000年以前,人類登陸月球,商用的超音速客機協和號開飛

那時候的人八成都以為,他們未來會有10倍音速的客機到處飛

事實上,省錢經濟主導了一切,現在到處飛的是強調省油的大型飛機,而不是很快的超音機型

所以超音速客機反而絕種了

地球上的事情會怎麼發展呀? 天知道呢

廢話終於講完了,回歸正題吧

到底充電用的電力是什麼概念?

我們用電費計價的方式來解釋可能比較容易懂

我們把電力想像成水

花錢買了一度電,就好像買了一桶標準容量的水

一度電的定義是什麼? 

大家都告訴你,一度電就是一千瓦小時

瓦特是做功的單位,什麼是做功? 基本上就跟你的車有幾馬力是不同單位,一樣意思的東西

(講到這邊你如果覺得滿天星了,那麼你就先把這一段話刪除,讀完其他的內容再回來看)

1000W(1KW)想像成一個標準水龍頭的出水流量

(1K就是千，1M就是1百萬)

有一個水流量相當於1KW的標準水龍頭

你把水龍頭打開,用標準水桶接起來，

一小時以後你會接了剛好一通標準筒的水

這一桶水就是一度電

一個是每小時可以供應(用掉)多少水( W / KW )

一個是水池裏面總共有多少水可以揮霍 ( W-hr / KW-hr )

 

在台灣一度電大概2～5台幣

一個月用掉幾度電,就好像你一個月用掉多少水一樣,十分合理的計價方式

手機或是任何的電池容量，如果用W-hr來計算

就在講電話裡面的水庫相當於幾個標準水桶

把電池的標稱電壓（手機大約是4.2V）與容量相乘就是 W-hr

好比4000mA(4A)/4.2V的電池,容量就是16.8 W-hr

這代表如果用1W放電，可以放接近16.8小時

或者用16.8W放電，可以接近放電1小時 

(實際上放得太快的話,電池的容量會被偷吃掉而變少一些)

(請對應一下,一個標準水桶,一度電,電量是 1000W-hr)

現在的特斯拉轎車配的電池容量大約100KW-hr

相當於100度電的容量

要充飽它，因為會有一些損耗，看充電速度而定，通常需要大約110度電

要在1小時內充飽這個電池,水龍頭就要非常大

或是你需要110個標準水龍頭同時開 (看你喜歡怎麼類比都行)

現在台灣的超級充電站似乎是120KW，剛好滿足這個規格

更新的250KW以上的充電站不知道上線了沒

特斯拉卡車據說是875KW-hr容量的電池

依照一小時充飽的最低需求計算，就需要960KW以上的水龍頭,或者說需要960個標準水龍頭

想像一下，充飽特斯拉卡車大約需要接近1000度電

如果一小時那充飽,就是一小時用掉（供應）1000度電的能力

這個供電能力最少就是1MW

你可以看看你們家一個月總共用掉幾度電

(正常一期如果幾千塊電費的話,一個月用電量可能也不見得有1000度)

也可以看看你家電力供電的上限是多少

(電箱總開關上的XXA,乘上220V)

(我租的公寓單層是60A,所以是13.2KW)

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這邊總結一下

電力 W (瓦特) 代表的是你有多少力氣

好比舉重選手單次可以舉起一個棧板的貨,他的W比較大

但是我單次只能舉半箱礦泉水,我的W很小

容量 W - hr 是總共搬了多少貨

就算我不是舉重選手,每次只能搬半箱的貨

但是我如果持之以恆的搬了幾個月,還是能搬完選手一天就能完成的貨量

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延伸的討論

事實上如果要1小時充飽,就跟手機充電有點類似

雖然手機才15W-hr左右的電量,但需要超過20W才有機會在一小時內充超過90%電量

因為鋰通常沒辦法一直灌很大的電流,否則電池與系統都會過熱

所以會在前半段把充電電流增加,這代表供電能力就要再提高一些

到了80%電量之後,就必須慢下來,否則高電量時還用大電流充電,電池更容易升溫造成危險與損壞

如果要讓卡車通通變成吃電的

那麼,一個充電站/停車場,需要可以停幾台電卡車呢?

如果在台灣,中小型的卡車停車場,至少也需要20個位置

20台車同時充電,就需要20MW的電力

再考慮一小時充飽的這個目標,就需要可能是30MW的電力

各位不妨上台電的網站查詢一下,去年度一整個台北萬華區的變電站,最大負荷電力也不過19MW多一點而已喔

即使是家用的電動轎車,如果普及化之後,其實對於電力的需求也是很驚人的

想看看,假設一個大賣場,隨便100個以上的停車位,如果大家都想要120KW,或者更新的250KW的快充

隨便都是幾十個MW的電力需求

這就代表大賣場的停車場必須自帶變電所了

各位也無須在這邊罵台電,罵政府

(就我的經驗,會這樣罵的人,從來不曾,也不願意花精神了解台灣現在能源問題到底是怎麼回事)

(大部分這樣罵的人,自己才該被罵)

電車需要很高的能源密度,這是每個國家都遇到的問題,對每個國家來說也都是挑戰

這本來就是很難的事啦

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回到這個水桶與水龍頭的比喻

這大致上只適合解釋到上面的狀況

電學裡面的電壓與電流,如果繼續用這個比喻,不但太容易失真,而且會更容易誤解

建議新手們搞清楚電力與容量的關係之後,回歸正統的方式來理解電壓與電流之間的關係

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延伸到特斯拉卡車的電池規格的另一個數值

他將電池組的電壓,由原本的420V提高到可能是900V

電壓提高一倍多一些,到達900V,那麼只需要原本420V電池組不到一半的電流就可以達到相同的電力

900V如果要提供1MW的電力,電流約略需要1111安培

那麼1111安培需要多粗的電線呢?

依照台灣的法規,你需要......嗯.................對不起,超過法規上限耶

(基本上台灣的法規上限是500平方,單一條線大約跟我手腕一樣粗 ,而需要至少兩條線才會有迴路嘛)

然後900V這個不算太高壓的高壓,絕緣的間隔距離不夠還會跳火跳電

需要符合的安規更多了

然而,我們討論的這些問題,就有如蘋果外面的那一層蠟一樣的深度,離技術核心問題還很遠

但這些基本上就已經很不好克服了

想要普及這些技術,絕對不是坐在沙發上滑滑手機這麼簡單的事情

以上,希望對大家的常識增長有點幫助

謝謝各位耐心看完