新能源電動(dòng)車“換電”有未來？

 

我們可以大致對比一下：

 

一輛燃油車加滿一箱油可以跑600公里，加一箱油大約需要3分鐘，也就是每分鐘增加200公里的續(xù)航里程。而純電動(dòng)汽車的百公里耗電按15度算，如果要達(dá)到燃油車加油的速度，每分鐘要充進(jìn)去30度電才可以。

 

 

每分鐘充30度電需要多大的充電樁呢？1800千瓦。而今天，我們在高速公路休息區(qū)看到的那些充電樁都是多大的呢？一般是兩種，一種60千瓦，一種120千瓦。而且，這已經(jīng)是國家電網(wǎng)的大功率快充樁了。它們只能提供燃油車加油時(shí)補(bǔ)充續(xù)航速度的1/30-1/15，所以今天現(xiàn)實(shí)的局面是加油3分鐘，充電1小時(shí)。

 

當(dāng)然，現(xiàn)在有些廠家自己定制的專屬充電樁的功率更大，比如特斯拉最高就有250千瓦的充電樁。但這也只是1800千瓦的1/7而已，依然不能算快。只有當(dāng)進(jìn)展到加油3分鐘、充電5-6分鐘這個(gè)比例的時(shí)候，純電動(dòng)汽車補(bǔ)電才不會(huì)是人們的焦慮。那個(gè)時(shí)候，充電功率就是1000千瓦。

 

 

 

這種超高功率的充電樁不要說國家電網(wǎng)了，就算是最激進(jìn)的電動(dòng)汽車品牌也都沒有。不是因?yàn)樗鼈儼l(fā)展速度比較慢，幾年后會(huì)慢慢達(dá)到1000千瓦，而是永遠(yuǎn)也不可能達(dá)到這個(gè)功率。因?yàn)檫@么高的功率已經(jīng)超過了兩個(gè)限制，一個(gè)是人體限制，另一個(gè)是電池限制。

 

 

 

超過人體限制是因?yàn)樘亮?。具體原因是這樣：

 

要達(dá)到1000千瓦的功率，如果充電的電壓按1000V算，線上的電流就是1000A。1000A肯定不能用一根銅導(dǎo)線傳輸，而是要分成多股導(dǎo)線，再算上高壓大電流下必須做到位的絕緣層、外包皮，這根線從充電樁接出來、接到電動(dòng)汽車充電口上，就算只有3米長，重量也妥妥超過100公斤，而且還很難根據(jù)需要的角度彎折。女性、中老年人是沒有力氣把這根線插在車輛的充電口上的。

 

 

 

同樣邁不過去的硬件限制還有電池的性能。因?yàn)橐?-6分鐘充滿電，就至少要保證10C-20C的充電速率。補(bǔ)充說明一下，1C指的是1小時(shí)內(nèi)把電池電量充滿；如果充電速率是2C，就意味著半小時(shí)充滿。今天，電動(dòng)汽車?yán)锸褂玫碾姵卮蠖贾恢С?C-2C的充電速率，也就是說，最快也只能在半小時(shí)到1小時(shí)內(nèi)充滿。如果再快，電池就會(huì)大幅折壽，所以電池管理系統(tǒng)會(huì)把充電速度卡死在一個(gè)合適的區(qū)間。

 

 

 

為什么不能支持20C的充電速率呢？其實(shí)這類電池也有。比如，航模里的電池很多就支持這種大功率充放，但它們的能量密度會(huì)低很多。原本可以續(xù)航400公里的電池，換用支持20C充電的類型，續(xù)航就變成180公里了。

 

 

 

所以，從人體極限和電池極限兩個(gè)硬性的指標(biāo)來看，充電速度是不可能比特斯拉的250千瓦再大幅提高的。

 

 

 

有這兩個(gè)硬限制卡著，想加快充電速度就只有換電了，也就是把純電動(dòng)汽車的電池整體拿下來，再把另外一塊早就充滿的電池?fù)Q上。這個(gè)步驟如果可以控制在幾分鐘之內(nèi)完成，充電速度上的限制就能打破。

 

 

它到底需要多久呢？

 

其實(shí)，今天已經(jīng)有廠商推出了換電方案。對普通用戶來說，就是蔚來ES系列；對行業(yè)用戶來說，最典型就是電動(dòng)垃圾車。蔚來電動(dòng)汽車換電池的操作，你在網(wǎng)上可以找到視頻，過程大致是這樣的：先把車開到換電站，這和開到加油站類似。然后，把車停到指定位置。一個(gè)車位的換電站，面積大約和機(jī)場書店差不多。停好以后，機(jī)械臂把車輛抬起大約1米，然后會(huì)有一個(gè)和汽車底盤一樣大的機(jī)械托盤伸進(jìn)車底，對準(zhǔn)螺絲孔后把底盤的電池卸下來，托著它送到庫房。同時(shí)，托出一組充滿電的新電池，對準(zhǔn)螺絲孔位安裝好。再把車放下來，開走就可以了。從司機(jī)下車到司機(jī)上車，總共需要5分鐘時(shí)間。

 

 

 

到現(xiàn)在為止，蔚來的實(shí)際用戶換電次數(shù)超過100萬次。這個(gè)數(shù)字聽上去非?？鋸?，我大概算了一下：

 

蔚來在公布換電方案時(shí)，信心滿滿地要在全國建1100座換電站，但實(shí)際上只建成了530座。如果有100萬次換電，每座就要至少承擔(dān)7000次。按每次6分鐘計(jì)算，就需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)29天。而實(shí)際上，換電站不可能一直運(yùn)轉(zhuǎn)，假設(shè)每天有7小時(shí)在運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要每座換電站至少存在了3個(gè)月以上才能達(dá)到100萬這個(gè)數(shù)字。這么一算，還是很合理的，因?yàn)槲祦淼膿Q電站已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)了4年多了。

 

 

 

而且從真實(shí)的視頻采訪里看，下班后到睡覺前這段時(shí)間換電站總是人滿為患，幾乎每個(gè)車都要排隊(duì)，等幾十分鐘時(shí)間。雖然換電只需要5分鐘，但排隊(duì)半小時(shí)到1個(gè)小時(shí)還是非常尷尬的。但這起碼也說明，當(dāng)前換電的需求是大于供給的。

 

 

 

至于純電動(dòng)工程車輛的換電，就沒有這么麻煩了。比如，北京航天橋下的北京環(huán)衛(wèi)垃圾車的換電站，由機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)電池的換裝，垃圾車是不需要排隊(duì)的。

 

 

 

換電方式之所以不廣為人知，是因?yàn)樗嬖趦煞矫娴睦щy，一個(gè)是設(shè)計(jì)上的困難，一個(gè)是資金上的困難。設(shè)計(jì)上的困難就是，注定只能在品牌內(nèi)部實(shí)現(xiàn)換電。不同品牌的汽車，底盤設(shè)計(jì)不同、電池規(guī)格不同，是不可能通用的。

 

 

 

蔚來或其他工程車輛之所以能把換電搞起來，是因?yàn)樗鼈兊氖袌稣加新蔬^線了。比如蔚來，一共賣出了5萬輛純電動(dòng)汽車，而且銷量還在增長。2020年以來，中國每賣出3-4輛純電動(dòng)汽車，就有1輛來自蔚來。所以，它在事實(shí)上形成了一部分電池設(shè)計(jì)上的統(tǒng)一，自然可以搞換電。

 

 

 

工程車輛更是如此。它們本身就是統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造的，只要在畫圖紙的階段規(guī)劃了換電，就一定可以實(shí)現(xiàn)。而且，換電的方案還可以從工程車輛擴(kuò)展到城市公交車和出租車。而對于個(gè)人用車來說，要不要設(shè)計(jì)成換電的方式，需要在車輛誕生之前的3-5年就規(guī)劃好，也就是說，從畫圖紙開始就要把車身和電池分開設(shè)計(jì)。

 

 

 

這個(gè)思路有點(diǎn)像配電腦，存儲(chǔ)部分就相當(dāng)于車輛的電池，可以用一個(gè)外置硬盤，也可以用NAS系統(tǒng)，或者最簡單的，插一個(gè)500G的SSD。車電分離的設(shè)計(jì)也是這樣，電池安放在底盤的一個(gè)固定位置，電量可大可小，電池規(guī)格的高低和車輛本身的性能、內(nèi)飾、配制完全無關(guān)。但是，目前大部分純電動(dòng)汽車一開始都沒有這樣設(shè)計(jì)，它們一般采用的是一體式的設(shè)計(jì)思路——當(dāng)車比較豪華時(shí)，電池往往就比較大；車比較普通時(shí)，電池容量也隨之配備的比較小。

 

 

車電分離的好處是什么呢？

 

這樣一來，電池的拖累就不再有了。比如，我很看好某款車，而且我對電池比較懂，知道剛剛涌現(xiàn)的一大批純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程之所以都飆到600公里以上，是用NCM811這種電池堆出來的。而這種電池我不喜歡，雖然它能量密度高，但業(yè)界早就有質(zhì)疑，夏天聽到的“純電汽車充電時(shí)著火了”的新聞就和它脫不了干系。于是，在車身和電池不分離設(shè)計(jì)的時(shí)候，即便這款車設(shè)計(jì)得再好，我也不愿意買。我寧可買出租車水準(zhǔn)的、使用了磷酸鐵鋰電池的那種很難自燃的車款。

 

 

 

但如果車身和電池是分離設(shè)計(jì)的，我就不用操心電池了。我可以買車身租電池，這樣購車款可能比買帶電池的還便宜7萬元。電池呢？就按月租。比如，我總是上下班跑，租一個(gè)小一些的電池就夠用了，租金也便宜；如果我要跑一趟400公里的長途，就租最大容量的電池，租一次就可以。而且我知道，NCM811電池不穩(wěn)妥，但之后肯定會(huì)有改進(jìn)型推出，比如NCM523出來了，我租這個(gè)型號(hào)的電池就可以了。

 

 

 

所以，電池和車身分離不僅能實(shí)現(xiàn)快速換電，更可以催生一些中間形態(tài)。比如，用戶偶爾采取換電的方式補(bǔ)充續(xù)航，但他可能根本不看重這種充電方式，而是看重今后可以隨時(shí)升級自己的電池。

 

 

 

除了設(shè)計(jì)上的困難，換電方式的另一個(gè)麻煩就是資金困難。

 

 

 

舉一個(gè)現(xiàn)實(shí)中的例子：蔚來汽車3年前規(guī)劃要建設(shè)1100家換電站，但實(shí)際到今天只建成了500多家，困難之大，可見一斑。如果廠商按照100輛車配一個(gè)換電站的比例建設(shè)，一個(gè)廠商每年賣出50萬輛新車，就要新建5000個(gè)換電站。一個(gè)換電站占地60平方米，每年光新建換電站就要占用30萬平方米土地。土地審批難、租金高，所以換電站建設(shè)費(fèi)用高，需要大量資金才可以。

 

 

傳統(tǒng)車廠從沒有遇到過類似的業(yè)務(wù)和困難，而新能源換電方案的車廠相當(dāng)于不但要賣車，還要提供對應(yīng)車型的個(gè)性化加油站。

 

 

 

換電的方案當(dāng)然可行，尤其是對那些銷量巨大的車企更是一個(gè)可選項(xiàng)。而對于用戶來說，換電的方案不止是彌補(bǔ)了電動(dòng)汽車充電慢的不足，哪怕是對那些自己家就有停車位、充電樁的用戶，換電都是一個(gè)更好的設(shè)計(jì)。因?yàn)槿绻麖膱D紙階段就做到了車電分離，那么你買到的就是一輛相當(dāng)于電池可以升級的純電動(dòng)汽車了。