更换电池才是电动汽车的正途-2

接上编
1.前 言

随着世界各国分别发布了全面禁止燃油车的时间表。电动汽车，对于今天的你已经不是一个陌生词语，在我们的身边已经出现了不少的电动汽车，如：特斯拉纯电动车，比亚迪的油电混合电动车等都是熟悉的名字了。但还不是大多数人的选择和通勤的车辆，为什么呢？无非就是，充电慢呀，充满电跑不远，很少地方可以充电哦。其实说来说去按现在的充电技术和电池技术还是不能一步到位，满足不了当前的需求。那按当前的技术我们能不能解决电动汽车对当前的需求？答案是能。其实欧洲和日本的公司早在10年前就描绘出来了，就是可快速更换电池的电动汽车。最早提出这种设想的欧洲和日本公司，原意是想通过快速更换电池实现能源的快速补充，但由于电池在车身内的放置必须符合配重合理的要求，不能放在前后两端，而在车身中部，只能放置在座位和底板下，在这个位置上，很难实现电池模块的快速更换，除非对车身结构进行重新设计，而这样一来，就需要更新全套模具，重建生产线，没有几亿元的投资和3年的周期是搞不出样车的。就是有了样车，还必须有完全与之吻合的出租电池并对电池质量完全负责的充电站相配套，因此，要想实现在小型电动汽车上快速更换电池，就必须进行包括充电站的技术条件和运营方式在内的系统设计，而这绝非汽车制造厂家所能完成的，更重要的是，这样一来，汽车制造厂商就只提供不装电池的裸车，它就成了电动汽车的配角，也就很难拿到政府补贴。这种结果是汽车巨头不愿意看到的。因此，国外公司在提出换电池的设想后根本就没有往下进行，在小型车上更换电池的方案就搁浅了，各国的大公司又回到了老路上去，各搞各的，力图在不改变营业模式的前提下，搞出能够直接替代燃油汽车的电动汽车。但可以肯定地说，目前汽车巨头所坚持的技术路线，统统是意在套取政府补贴的游戏！不采取更换电池的技术路线，注定是死路一条！更换电池式的电动汽车才是当前电动汽车的正途

2.现今电动汽车的局限

2.1 电动汽车现状

现在市面上流行的电动汽车有两种：第一种纯电动汽车，主要的代表有特斯拉Model S；第二种是油电混合电动车，主要代表是比亚迪的 秦。既然他俩是典型的代表那我就简单的介绍一下它们。

特斯拉Model S 中大型轿车，采用纯电池驱动，电动机最大功率525马力，电池质量500kg,整车重量2108kg,最大续航里程480公里，电池充电时间：快充4.5小时，慢充10.5小时，售价：70万—130万。

比亚迪 秦 紧凑型轿车，采用1.5T汽油发动机和154马力电动机，电池重量160kg，整车重量1720kg，最大电池续航里程80公里，电池充电时间：快充1.2小时，慢充6小时，售价：18万—26万。

从上面我们可以看到现在电动车的主要问题了：第一充电时间问题，最快都要1.2小时，正常都要8—10个小时；第二续航里程问题，最大480公里；第三电池占比重大。围绕着这些问题我们剖析一下现在电动车的局限性。

2.1.1 不更换电池，充电永远是难题。

与不更换电池车型配套的充电方式有三种，一是充电站，二是可在城市小区和停车位普遍设立的刷卡式充电桩，三是任意民用电插座。民用电插座不仅涉及电费计费问题，而且充电时间长，最快的都要1个多小时，不可能成为主流充电方式。而在停车位设立刷卡式充电桩，几乎所有的车辆都在下班后的同一时间充电，一旦电动汽车的拥有量达到一定规模，就会产生谐波，对城市电网构成破坏性影响，电网将不堪此负。而充电站对车辆的服务，必须能在短时间内完成，尽管各国都在研究快速充电的方法，也进行了快速充电的成功试验，但是，快速充电对电池的破坏作用是无法杜绝的，用牺牲电池寿命作为代价来完成快速充电是不划算的！

2.1.2 不采用换电模式，单电模式航程是现在技术没办法解决的问题。

现在出现的纯电动车最大的续航为480公里，但是电池的质量都去到了500kg，带上电池的其他保护装置的重量就超过了700kg了。想跑得更远那么电池的质量将更大，车身的总体质量就会大大增加，远远超出人们对汽车自身质量的要求。如上面所说的特斯拉Model S才跑480公里所需的电池容量就让车身重量达到了2000多kg，比现在市面上的大型豪华轿车的重量还要重。如果是短途出行或只在小范围的区域来回还是可以满足的，但是如果用于经常性跑动和远程出行就不太方便了，再加上电池充满电要好几个小时，谁也等不了，而且充电的地方也不是随处都有的，要充电桩，充电站等，在现阶段这些充电方式都没有普及，普及也比较困难的时候，不可换电池的电动车还只能是一些公子小姐们的玩物，对于普及使用还是不理想。

2.1.3不采用换电模式，电池寿命就无法实现理想的指标。

锂离子电池生产厂家提供的数据表明：单体磷酸铁锂电池的循环寿命可以达到5000次以上，按照2000次来设定出厂标准是完全可以实现的。而超过100个单体成组后的电池模块，在人工维护的情况下，寿命只能达到1500次，如果每次充电可以行驶200公里，电池的里程寿命就可以达到30万公里。这对于电动汽车的用户来说，是完全能够接受的。但是，如果没有人工维护，采取盲充方式补给电能，电池组的循环寿命将急剧下降到200次左右，甚至会出现几十次充电就损坏的情况。这对电动汽车来说是要命的事情。因此，国内外的汽车制造厂家都试图从电池质量和电池管理入手，解决电池组的寿命问题。但是，提高电池的出厂质量和一致性并不能从根本上延长电池寿命，因为无论出厂质量和一致性再好的电池，都会在使用和充电过程中出现随机性个体差异，最终导致电池组提前损坏。而电池管理系统如果细化到对每一单体电池进行监测和控制，其造价将与电池相差无几，这就意味着本来就很昂贵的电池，又增加了一倍的成本，而且，高性能的电池管理系统本身要消耗15~20%的能量，这就意味着电池里程寿命已经损失了20%，这还不算，就是安装了高性能的电池管理系统，也不可能将电池寿命提高到理想的千次以上，日本出名的某电动汽车不超过3年10万公里的电池寿命就是最好的例证。因此可以说，虽然通过提高电池质量和优化电池管理可以有限提高电池组的寿命，但想通过这个途径使电动汽车在综合成本上具有对燃油汽车的竞争优势，是根本不可能的，这条技术路线必将永远依赖政府补贴。

2.1.4由于采用不换电模式，混动性的电动汽车大大增加汽车成本。

国外汽车巨头就把主攻方向放在以电池为辅的混合动力和增程式电动汽车上，采用小电池承担辅助功能，弱化了电池的作用。但由于混合动力汽车二元切换的复杂结构，使其成本永远也降不到与燃油汽车相当的程度，而其节油性又非常有限，它绝对不可能成为电动汽车商业化的主流模式。如比亚迪 秦 一个紧凑型的车，价格去到了20多万，车身的重量达到了1700kg，从中看出他能省油，但省得了使用成本吗？更不用说是花了豪车的价格开着紧凑的小车了。这样的性价比能在市场上站住脚吗？

1. 换电式电动汽车可解决现有电动车的问题

可换电池电动汽车所依赖的基本上都是成熟技术，不存在难以突破的技术瓶颈，但要使这种技术路线实现商业化，还是有一些常规性的技术问题和运营模式问题需要配套解决。 首先，要解决的问题是，电池怎么换，电池装在什么地方怎么快速更换电池。其次是如何统一电池的标准，充电站的运营模式和收费标准。最后，电动汽车普及后电池坏损处理及环保节能。

3.1 可更换电池电动汽车如何达到电池合理配重和快速更换电池？

纯电动汽车通常采用能量密度很高、安全性很好的磷酸铁锂电池，在目前的技术条件下，还没有性能和价格上更优越的电池材料可取代磷酸铁锂，指望发明新的电池材料在成本不显著增加的前提下进一步提高能量密度，在短期内是没有希望的。在此前提下，可续驶150公里以上的纯电动小汽车，其电池箱的重量将达到200公斤以上。为了配重合理，不能将电池箱安装在车辆的前、尾两端，只能安装在车辆中部乘员座椅的下方，这就为快速更换电池出了难题。有三种可选择的方案：①如果从上往下装入电池，则需要乘员离开座位，并将座位掀开，十分不方便。②如果从下往上装入电池箱，就必须设计出十分牢固的固定系统，才能防止车辆在高速行驶和剧烈颠簸中电池箱的松动，而在一般情况下，电池箱牢固的安装和快速更换相冲突，二者只能取其一，很难找到两全的解决办法。③从侧面装入电池箱，虽然可以使牢固性和快速装卸同时实现，但需要将车身覆盖件和车架的模具全部更新，甚至生产线也需要进行伤筋动骨的大调整，没有几亿元的投资是出不了样车的，而样车并不见得可以定型。无论是鸡生蛋，还是蛋生鸡，都存在着难产问题。因此，快速装卸电池虽然只是一个常规性的技术问题，解决起来却也有相当的难度。这就是世界上至今没有一辆可快速更换电池的纯电动汽车问世的原因。 但是随着技术的发展，大家可以从特斯拉Model S电池配置和电池管理可以找到灵感，如图3.1电池安装在底盘中间，既可以让车的前后比重均匀，又可以降低重心让车更平稳。电池盒或电池后盖可以类似底盘装甲直接栅锁在汽车两边大梁上，电池更换可以像客车检修站一样开到站台上直接用升降架快速更换。对于专业的充电站来说这个问题比较容易解决。再有在底盘安装电池还可以在电池着火的时候还可以像飞机弹射仓一样可以把电池弹射出去车身往前冲快速脱离电池防止汽车自燃。

图3.1

3.2 可换电池电动汽车如何统一标准，定格商业模式？

我们设想一下，快速更换电池的商业模式中，车主买到的是不含电池的裸车或者说是不含主电池的裸车，充电站为车主提供电池租赁服务，在通常情况下，为100辆车提供服务，需要有2倍的电池用于周转，充电运营商作为电池租赁方本身将拥有全部电池的所有权，这就是充电运营商一身担起三个重担：电池租赁、充电服务、电池维护。谁能承担这个角色？汽车制造商不可能将电池的责任都揽到自己身上，电池生产厂商虽然可以承担这个角色，但在商业化运行中，只有充电运营商专业化独立运作，才能培育出高效率的团队和商业品牌，充电运营商自成一家不可避免。那电池的标准呢？这个不能忽略吧不能你家做的车的电池是这样的，我家做的又是另一样的。还有收费怎么收，是按换的电池次数还是按实际电量收费？围绕的上面的问题，我也用一下现有的其他行业的商业模式，如瓶装煤气的商业模式是不是我们可以参考，那么我们可以把现在的加油站全部转型为汽车电池充电供应商，所有换的电池按电池电量收费，因为所有车上面的仪表都有电量显示的，充电商也有电量表。高压电线直接到充电站，充电站建立大型充电柜，电池由国家配发回收或出资格规定委托电池厂生产配送和售后电池处理。电池保养维护也由充电站负责，保险公司承保。这样也安置了加油站的工人，顺接了加油站的驳接工作。电池标准我们可以参考特斯拉的电池块，电池砖和电池组的模块方式，不管你车的电池箱是什么样我给你的都是电池模块，这个模块的电流，电压，大小，形状，接口都是统一标准的不能改变的。这样上面的问题就决解了。

3.3 可换电池电动汽车如何达到节能环保？

人民网北京4月18日电（记者 张雨）据公安部交管局统计，截至2017年3月底，全国机动车保有量首次突破3亿辆，其中汽车达2亿辆。看到这个数据我们想一想，假如换成2亿的电动汽车，按每辆车两个可换电池算，汽车电池保有量4亿，按电池寿命5年算，一年要处理多少电池，如果不由国家统一处理这个电池环境污染何其严重？旧家电处理混乱和污染现在已经是整个社会关注的热题，难道再来个汽车电池污染。但是这个如果是可更换电池的，电池由充电站统一管理国家统一回收这个问题就容易处理了，不会由修理厂任意随便处理了。再有用电的问题，大家都知道我们用电是有高峰期和波谷期的，在工业用电中晚上的电是最便宜的，为什么呢，晚上没人用呀，发电机是不停的发电的，你没人用它也在工作的这个电不用就是浪费了，有一些精英都用抽水储能的方法来节约这个用电了。那我们2亿多辆电动汽车加入了用电的行列对用电行业又形成什么影响？这个我们就要来算一算了，就按现在特斯拉Model S跑480公里的电池电量为80度电算，4亿电池充满了就要用掉4*80=320亿度电，什么概念？据国家能源局1月16日披露的数据， 2016年全社会用电量59198亿千瓦时，一天的用电量59198*365=162.2亿千瓦时，看到了这个数据就可以知道了要充满4亿个电池要用2016年全国2天的用电量（大家不要喷，这个是理论假设，你可以说不是每台车都要充电的）。如果它们一起在充电，那完蛋了全国发电量都不够用。这种无序的挤堆的在高峰期充电的电动汽车对于国家电网也是一个压力。但是如果是可换电池的电动汽车，那么他的电池充电是由充电站来完成的，那可控性就强了，在经济大棒的指挥下他们会在用电低价的时候充电，甚至这些充电站还成为了电量储能库，对国家电网还起到了调节的作用，减少了电量的浪费。

2. 结论 可更换电池电动车是电动车发展的正途

从上面的论述我们可以看到，电动汽车的时代就要来临了，它现在发展的方向是可更换电池的发展方向。那我们为什么要分析和讨论它呢？除了它是我们以后出行的代步工具外，聪明的你是不是也在里面发现了商机？对于个人或企业我们未来应该在哪里布局？在电池加工制造？充电站服务？还是汽车生产？汽车系统控制？这些都等着你去选择和布局。

参考文献

[1] 杨鹏. 电动汽车的现状及应用面临的问题[N]. 《青年与社会》2015年第16期

[2] 张雨. 全国机动车保有量 [N]. 人民网北京2017-04-18.
[3] 杨漾. 据国家能源局1月16日披露的数据[N]。 2016年全社会用电量59198亿千瓦时[N]. 澎湃新闻，2017-01-17

[4] 刘琦. 特斯拉Model S底盘深度解读[N]。腾讯数码，2015-08-20

[5] 刘伟.汉字不同视觉识别方式的理论和实证研究[D]. 北京：北京师范大学心理系，1998.25-26

[6] 曹科技.特斯拉电池管理系统[N]. 新能源汽车网，2017-02-03

[7] 马亚军.浅谈BYD电动车技术[D]. 南阳理工学院，2015-05-29

[8] 郭德英.纯电动车可采用换电池模式吗[N]. 搜狐科技，2016-0809

作者：方良钦 日期：2017年9月12日