只要你稍微关注过如今遍地的电动汽车,就会发现电动车的充电口位置各有不同。有的车型将充电口布置在车头进气格栅上,有的布置在前翼子板一侧,还有的则跟大部分燃油车一样布置在后翼子板上。那么车企为什么要把充电口玩出这么多花样?不同的布置方式又是出于哪些考量?今天我们就来聊聊这个看似简单、实则复杂的问题!
通常来说,前些年推出的一些低价位电动车,大多把充电口布置在车头进气格栅位置,比较常见的做法是隐藏在车标内,这种设计最大的优势就是成本低。首先,车辆的前格栅基本都是塑料件,而改塑料件的模具成本要比钣金件低很多。其次,家用车的水箱散热风扇都位于车头,充电时可以利用水箱风扇给车辆的充电系统散热,这样一来就省去了一套额外的散热风扇。尽管将充电口布置在车头可以最大程度地降低成本,但这种设计在易用性和易损性上也存在非常明显的缺点。众所周知,国内的充电桩一般布置在垂直车位的最后方,如果车辆的充电口布置在车头,那么充电时车头必须朝内。但凡开过车的朋友应该都知道,在停车时如果车位左右两侧都有其它车辆停放,那么开车“扎”进去的难度,要远高于倒车入库。除了使用便利性的劣势外,把充电口布置在车头也不利于提高防护性。比如在发生追尾事故时,即便碰撞力度比较轻微,布置在车辆最前方的充电口也可能损坏,无端增加维修成本。其次,目前C-NCAP和中保研都推出了车外行人保护测试项目,而充电口本身是一个较硬的物体,如果把它布置在车头对行人保护也是不利的。基于以上原因,如今除了宏光MINIEV这类低价微型车外,大部分新车都不再采用车头充电口的设计了。
汲取了充电口布置在车头的经验之后,现在部分车型已经把充电口布置在前翼子板上,这样基本解决了追尾、行人保护方面的问题,并且也可以用水箱风扇散热。但由于前翼子板厚度比较薄,而且采用的是钣金冲压工艺,所以修改模具和增加翼子板补强结构会使整车成本有所增加。在使用便利性上,前翼子板的充电口和车头充电口的设计,在垂直停车位上的体验并没有什么本质区别,两者都需要把车头扎进去。但是在侧方停车位充电时,前翼子板充电口的体验就会便利很多。
相比车头或前翼子板充电口布置,目前最受欢迎的设计就是把充电口布置在后翼子板上,也就是燃油车加油口的位置。在易损性和安全性上,后翼子板的充电口设计跟前翼子板是相同的,但在垂直车位停车充电时,采用后翼子板充电口布置的车型可以倒入车位,操作起来更加方便。只不过,目前后翼子板充电口布置也有左右之分,二者之间各有优势。充电口在左后翼子板上,驾驶员从左侧下车就可以操作充电,不用绕到右侧。而充电口在右后翼子板的话,如果是在狭窄的停车位充电,就能给左侧的驾驶员留出更多的空间,并且在遇到侧方停车位充电桩时,右后翼子板也距离充电桩更近。与前机舱相比,后备厢的容积本来就不大,如果把充电系统直接布置在后备厢的话,必然会影响后备厢的实用性。同时还要在后备厢内设计风扇和冷却风道,成本相对更高。因此在尺寸不大、价格不贵的电动车上,很少采用这样的设计。
不难发现,在安全性、易损性、以及使用便利性上,将充电口布置在后翼子板上是最优的选择,但目前依然有不少车型把充电口布置在进气格栅、前翼子板上,那么汽车厂商这么设计的原因是什么呢?首先使用电动车的朋友都知道,电动车有慢充和快充两种充电口。其中慢充就是家用220V交流电,一般充电功率在3.5-7kW之间。虽然慢充的功率不大,但对于电动车来说慢充需要处理的问题更多。首先是电流特性问题,跟直流电不同的是,交流电的电流方向和大小会一直呈现出周期性的变化,所以交流电是无法给电池充电的。考虑到这个问题,电动车的慢充都需要配备车载充电机,这个部件主要有两个功能,第一个功能就是把交流电转换成直流。不过有了直流电之后还是无法给电池充电,这是因为家用交流电的电压一般是220V,而电动车的电池电压普遍在300V以上,如果要给电池充电,那么充电电压必须略高于电池电压,因此充电机的第二个功能就是把家用220V电升压到300V以上。因为充电机和相关的线束电压很高,为了保证安全性,充电口-充电机-电池之间均采用了醒目的橙黄色高压线束。与一般的低压线束不同,高压线束需要采用防触电、防火、防水设计,成本非常高。如上图所示,假设一款电动车的充电机布置在前机舱,但充电口布置在后翼子板上,那就需要再增加一根跨过电池的高压线束(PS:图中电池上的橙黄色线束是给空调、转向机供电的)。但如果把充电机挪到后备厢内,那么高压线束的长度就大幅减少了,成本也更低。因此从成本角度考虑,充电机跟充电口应该布置在一块,这样可以把高压线束长度降到最短。除了成本外,充电机体积也是一个问题。前面提过,充电机集成了交流转直流,以及升压的功能,它的体积其实并不小。如上图所示,大众ID.4的充电机(黄色圆圈)就塞满了后副车架的空隙。在散热方面,因为充电机的效率只有94-95%,剩下的5-6%则转换成了热量,所以哪怕充电功率只有3.5-7kW,充电机也要配备专门的散热器和风道,甚至可能是冷却管路,这也使得充电机及其相关的散热系统需要占用一定的空间。而且随着技术的进步,汽车厂商通常会采用高集成度的设计进一步减少连接线束和零件数量,比如将充配电系统的充电机、高压配电盒、转换器,以及电驱系统的电机、减速器、电控融为一体,也就是6合1设计。对于采用6合1电驱系统或者更高集成度的车型来说,充电机放在哪一般取决于它的驱动形式。假如这款车主打前驱,那么充电机必然跟动力总成一起放在前机舱。此时如果要把充电口布置到后翼子板,那就需要一根连接机舱与后翼子板充电口的高压线束,这样势必会增加成本以及布线的难度,因此绝大部分厂商都选择了就近布置,也就是把充电口设计在前翼子板上。同理,如果一款车主打后驱,那么充电口布置在后翼子板上所需的高压线束最短成本最低,所以后驱电动车的充电口主要布置在后翼子板上。至于采用四驱布局的车型,就要看前后桥哪个是主驱动了。如果是以后驱为主,那么多合一的驱动系统就布置在后桥;要是以前驱为主,则布置在前桥。但同理,如果一家车企对于用户的体验足够在乎,那么无论是前驱、后驱、还是四驱,将车辆的充电口布置在后翼子板都是最好的设计。
综上所述,电动车想要和油车一样将加油口统一布置在同一个位置是不太现实的,这里面既有成本的因素,也跟电驱系统的集成、车身尺寸有关。考虑到目前各大厂商的电驱系统设计水平高低不一,电动车的尺寸差异也很大,充电口的位置必然就不一样了。