详解纯电动车换电技术难点及现状,技术不是问题,关键看运营

随着新能源车的普及,电池的续航问题以及解决续航问题的方法越来越引人关注,厂商们从早先的“换电”转变为“充电”,到现在“换电”又被中国的造车新势力再一次抬到了公众视野,“换电”的确不是一个新课题,但绝对是一块难啃的骨头,中国的企业们真的能填满这个大坑吗...

“换电” History

早在蔚来宣布要建设换电站之前其实就已经有许多企业进行过创新性的尝试,最典型的就是以色列的Better Place。Better Place是由夏嘉曦(Shai Agassi)所创立的一家致力于打造全球统一的电动车网络的公司。

夏嘉曦 夏嘉曦

他们寄希望于统一制式、标准,想要把自己打造成类似于数据运营商,甭管你是什么品牌的车,Better Place都可以为它的电池进行维修、保养以及更换。Better Place的尝试是值得的,因为即便是整个国家以及一个车企为这个新的想法来背书,依然难以阻挡他走向衰败的进程,证明了换电这条路似乎是行不通的,至少在当时是这样的。

之后美国电动车品牌特斯拉也尝试过快速更换电池来解决电动车续航问题。2013年特斯拉推出了一个90秒快速换电技术,当时发布会现场与一辆奥迪作对比试验,加油加满一辆奥迪的时间可以从容更换两辆Model S的电池。

马斯克想要通过这种方式来解决用户的里程焦虑,然而预算的压力还是让特斯拉先一步感到了焦虑,电池、换电站的高投入以及产品的市场保有量都不足以支撑特斯拉下完这步棋。最终特斯拉也放弃了这一想法,转向了在目前来看的确十分有效的“超级充电桩”。

 

技术上的可行性以及难以翻越的壁垒 

(本人文科生,以下内容若有“伪科”还请谅解。)

 

存储与充电

现在我们所接触到的换电技术,不管是北汽、蔚来还是特斯拉,其实都是以一个自动多层泊车、自动机械手臂为载体的车库,电池的存储仓/充电仓是整个换电站的核心所在,同时换电站的优势所在也在这个电池存储仓/充电仓。本人一直认为换电站的工作效率一直都不是换电速度本身决定的,六十秒、三分钟、五分钟其实对于一台急需重新开始行程的电动车来说区别不会很大,而我认为电池存储仓/充电仓大小、存储量和电池的充电方式才是影响换电站的工作效率的直接因素。换电站电池的集中贮存、充电有利于电池的保养以及充电效率的提高,存储仓/充电仓在恒温状态下充电可以有效的延长电池寿命,最低限度的减小电池活性的损失;而集中充电的优势则体现在能源的利用率,在用电谷时进行大规模充电,峰时则相反,配合换电需求的峰谷大数据来进行非常高效的充换配合。

 

标准统一化

现在换电技术非常大的技术壁垒就是产品和电池的非标准化(尺寸、接口、布置方式),比如特斯拉自家旗下的三款产品尺寸大小以及电池造型都不一样,更何况是不同品牌,此时局限性就显现出来。对行业标准进行统一可以有效的降低电池的制造成本,避免企业竞争之间的无畏劳动,对于换电站的普及也有着积极作用,这也是Better Place当时一直想要推进的事情。

特斯拉Model S 的电池包 特斯拉Model S 的电池包


蔚来换电技术电脑CG 蔚来换电技术电脑CG


但冷静思考如果进行强制标准化就会极大的消耗企业对于新技术研究的积极性,技术固化对电动车行业发展绝度不是一件好事。况且先不管技术更加先进的企业愿不愿意共享成果,光是决定用谁的技术就够吵好几架的。

 

冷却系统

从目前的技术趋势看,内置液冷系统的电池包已经成为主流。简单的说就是在电池组中加入冷却液流动通道,让冷却液均匀通过电池包将热量带走,然后再次将冷却液制冷重新流入电池包,如此往复以达到为电池冷却的功效。

Better Place设计并推广的标准化冷却接口 Better Place设计并推广的标准化冷却接口



冷却剂目前以乙二醇与水混合物为主,虽然是低毒性,但是遇明火、高热或与氧化剂接触,有引起燃烧爆炸的危险;若遇高热,容器内压增大,还有开裂和爆炸的危险。电池包在与车身安装时需通过三种接口连接(锁止、电气以及冷却接口),而频繁的电池更换,打破原本静连接状态,显然会带来很多技术难度。当然,这并不是难以完成的技术,但势必会带来更多成本。

 

车身形变

相比与服务类的营运车辆,民用(私人)车辆的使用周期会更长,而且随着车辆使用时间的增加车身会慢慢变形,虽然这种变形可能肉眼无法观察到,但是车作为一种非常精确的产品,每一点的变形都会引起一系列连锁反应。


若一台电动车行驶时间足够长导致其车身结构变形,那么电池在组装时会不会产生偏差呢?公差应该在多少范围内算是合理?蔚来给出的答案是公差五毫米,而且电池与车身安装连接处是使用专用卡扣,这个卡扣是可以更换的,就是为了抵消形变对于装配上的影响。

 

充电模式

通过集中性充电站对大量电池进行集中存储、充电、配送,并在电池配送站内对电动车进行电池更换服务,这是国家电网在2011年提出的建设模式,也是目前大多数换电站最基本的核心所在。换电站的充电模式或者说是换电站的工作模式可以分为两种: 

1、“集中充电/配送” 模式

这样的模式优点在于换电站不用承担大规模充电的任务,也就不需要考虑电网接入的问题,所以选址也会变得更加灵活,甚至在普通的停车场里面就可以完成铺设;而且从宏观上看,统一进行充电管理还可以有效的参与负荷调控与系统调峰,提高电网的符合率,最大限度的减小谐波污染对于电网的不利影响,从而提高整个系统的整体运行效率。缺点在于充电站需要电网接入,所需电容量极大,所以一般需要依托于变电站的建设,导致成本很高;同时还要解决换电站与充电站之间的物流问题,毕竟电池的运输可不是一个“面的”就能解决的。在未来一旦此种模式形成规模,电池的调配数量将变得十分巨大,如何及时、准确配送电池,不仅要保证每个换电站正常运行,还要降低配送过程中的人力、物力成本,这是一个非常严峻的课题。

 1、“充换一体” 模式

此模式是以换电站为载体,同时具备充电以及电池更换功能,站内包括供电系统、充电系统、电池更换系统、监控系统、电池检测系统以及维护管理系统等。这种模式的优点就是省去了电池运送的物流问题,但是缺点却是很多,首先它的选址不够灵活,既要考虑建设成本以及地理位置,还要顾及电网接入;每一座换电站都要单独配备充电机、电池储存箱,这些日常的维护成本将会异常的高。

  

发展的现状以及症结所在

目前中国的车企们纷纷开始重新研究换电站的可能性。虽然同为换电,但北汽、蔚来等等车企都有属于他们自己的一套理论体系,看似相同实则需求以及目的都有所不同,我们就拿特斯拉、北汽、蔚来和BatterPlace作一下对比。

特斯拉:用户在行驶过程中可以选择去换电站换满电电池,原电池将会放在换电站的超级充电桩进行充电,使用结束后需要回到换电站更换回原电池,换电过程需要花费60-80美元左右。如果用户选择不归还电池,也可以留下,不过需要评估两款电个的新旧情况,特斯拉对用户收取一定的差价;如果都想保留特斯拉也很愿意给你快递到家,不过物流费是免不了的。在我看来特斯拉的换电不像是解决用户续航需求,更像是一种变相的旧电池回收与特殊情况的应急措施。

北汽:买改租,省去电池这个大头毫无疑问的降低了整车的售价。比如售价为12.98万的EU300,消费者只需7.98万元就能购得,省去的5万作为电池租赁费用,每月租金458元人民币。里程套餐每月小于1200公里432元、小于1800公里630元、小于3000公里1020元,个人认为这个套餐简直就是为出租车师傅们量身打造的。

蔚来:蔚来同样是以租代买(也可以直接购买),在原车价基础上减免十万,月供1280元人民币78个月,折算下来99840元人民币,还比十万稍少一些。但其实回过头来想,这三年内电池技术的在发展,人民币也在不断贬值,现在的十万和未来的十万可不是一样的价值,买到的电池更不是一种电池,通货膨胀率也有必要算进去。目前蔚来的换电站铺设工作总的看来有些不太乐观,即使是询问蔚来内部的工作人员也是对这方面”含糊其辞“,似乎是一个不太方便透露的状态。而且换电过程其实也并不像是一开始未来宣传片中介绍的那么有逼格,车主不可以自己去换电站换车,只能通过蔚来的工作人员代理。

蔚来与北汽的换电模式感觉是差不多的,模式也基本相同,但由于两者产品定位有很大区别,北汽是做大众都能消费得起的“低端”车型,而蔚来打一开始就定位”高端“小众,再加上像北汽对北京地区公共出行行业的“垄断”,产品的保有量天差地别。不过小众也有小众的好,蔚来不需要更大的宏观战略,而是满足这一小部分人就足矣让它好评如潮。

 

BatterPlace:BatterPlace希望电动车生产商只卖车不卖电池,把电池作为类似于汽油的一般商品,传统汽车生产销售时不会要求用户只能使用它们的汽油,同理电池也应该是一样的。BatterPlace将电动车先行收购,然后通过组合收费的方式再次出售,降低电动车的售价(比同档车型平均便宜五千美元左右)来吸引消费者购买电动车。BatterPlace电池月租赁单价每英里(约2.5公里)0.08美元(约0.5人民币),计划将逐步减少每英里的租赁价格。其实这种按形式距离统一计费标准在一定程度上缺乏公平性,比如高速路行驶、山地爬坡、城市如星,这些不同的使用场景对于电池的损耗是不同的,从单独个体角度来看影响不是很大,不过一旦大规模推广不公平性显露无疑。不过BatterPlace对于电动车未来发展有着独到的见解,而且也是非常超前的,在我看来当时的BatterPlace非常有潜力成为改变汽车行业甚至是能源结构关键的一环,但无奈天才的想法总是不被当下人们所接受。

【总结】

BatterPlace野心很大,想法也是最超前的;特斯拉则是目的性非常明确,从一开始就不是为了满足人们的使用需求去的;而反观国内两家车企,北汽是在制造需求,而与之对应的就是蔚来的满足需求。其实归根结底,换电的难点不在技术本身,技术的壁垒通过时间推移很容易去找平。但是资本和市场对这项新技术的的宽容度显然不够高,不过“幸好”有钱能使鬼推磨,财大气粗的北汽可以再短时内完成大密度的换电站网络的铺设就是一个典型的资本推动市场的例子。我认为换电技术最大的作用其实是稳定住消费者购买电动车产品的信心,消除消费者对于电动车续航这一缺点的焦虑,同时亦是为消费者提供了一种看似非常合理的、直观的解决电动车续航问题的可能性。汽车企业的老板都是聪明人,换电到底是在花钱还是在挣钱绝对心里门儿清,然而市场推广是首先要做起来的,即便是赔本儿赚吆喝那也只是一段时间,一旦完成了对消费者使用习惯的培养,那就到了真正的收网时刻。

本内容来自汽车之家创作者,不代表汽车之家的观点和立场。
0 +1
收藏
纠错/举报
5万关注 | 7453作品
+ 关注
好看专业的汽车原创
Ta的内容

下载之家app

2
评论
收藏
意见反馈