來源：EV知道
自從純電汽車推出以來，里程焦慮一直如影隨形。人們不禁想到為什么電動汽車不能如同日用電器一樣通過更換電池來保障運行呢？自然而然的，對于電動汽車換電模式的探索近些年來就從未停止。
從Better Place到特斯拉，從國家電網(wǎng)到蔚來汽車，幾經(jīng)波折卻歷久彌新。就在近日，北汽新能源又宣布將在近期啟動面向私人用戶的換電服務，并率先在北京試點運行。
那么為什么如同去加油站加油一樣便捷的使用方式一直處于邊緣，而快充模式則是目前的主流呢？今天我們就來一起聊一聊。
一、換電模式的優(yōu)勢——快捷、高效
1、首先從技術上來看。目前換電模式實際應用的方案中，一般換電操作實際耗時為3-5分鐘，這應該是換電模式在當下相對于快充模式的最大優(yōu)勢。
因為快充模式要達到這樣的能量補充速率，其充電倍率至少應該達到12C以上，也就是電池組可以以日常放電速率的12倍甚至更高的速率進行充電。這對于當前的技術能力來說，無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。
目前嚴格意義上的入門級快充應該是達到3C以上的充電倍率。但實際上從大多數(shù)乘用車的宣傳資料中可以看到30分鐘充滿80%就已經(jīng)可以作為快充的噱頭拿出來宣傳了，也就是一般業(yè)界認為乘用車的1.6C就可以是入門級快充標準了。
以特斯拉為例，其充電樁名曰超級充電樁，它的充電功率是120kW。按照特斯拉Model S 85D的參數(shù)，232.5Ah、最高403V，其1.6C對應最大需求功率為149.9kW。從這里就可以看到，對于長續(xù)航純電動車型，1.6C或者說30分鐘充滿80%已經(jīng)對充電樁構成考驗。
同時快充樁也面臨著由于充電電流巨大、對電網(wǎng)沖擊較大，布局安裝困難的問題。在私人使用上講，目前的國家標準中是不允許在原來的居民用電網(wǎng)絡中直接設置快充樁（充電站）的。1臺快充樁的用電功率就已經(jīng)超出幾十戶居民的用電量（普通居民用電量統(tǒng)計計量值在4-6kW/戶）。因此，快充樁（充電站）都需要單獨設置10kV變壓器，而一個區(qū)域的配電網(wǎng)絡并非都有余量增加更多的10kV變電站。
另外從電池單體來講，對于快充使用也面臨著包括壽命、安全、材料性能支持、可加工性等多方面挑戰(zhàn)。對于常見的三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池來說：
A、磷酸鐵鋰可能更側(cè)重于解決電導、低溫方面的問題。目前國內(nèi)主要電池供應商在該類電池快充技術發(fā)展上比較順暢，基本可以做到3-5C的穩(wěn)定充電倍率。但目前要做到12C以上仍然極為困難。而且由于磷酸鐵鋰電池固有的能量密度較低、電池一致性差的問題，其在乘用車領域的應用前景仍不樂觀。
B、三元材料本身電導已經(jīng)比較好，但是其反應活性太高，更多在安全性和抑制(與電解液的)副反應面臨著挑戰(zhàn)，近來的電池安全事故頻發(fā)也對此方面提出了更高的要求。具體到乘用車實車上，1.6C或者說30分鐘充滿80%（3.2C）基本成為了通用標準。
從以上來看，在一定時期內(nèi)換電模式的便捷性將具有對快充模式的壓倒性優(yōu)勢。
2、從實際應用層面來看，換電模式之于快充模式也存在著一系列優(yōu)勢。通過換電站的集中管理，可以實現(xiàn)：
A、對電池組的采用適度的慢充速率以提高電池壽命；利用充電站的記錄有計劃的對電池組進行一致性校正以降低總成容量衰減。因為從理論上講，快充對電池壽命與一致性是有相當大的負面影響的。有資料顯示，三元鋰電池若是經(jīng)常在高倍率和高溫環(huán)境下放電，電池壽命會大幅下降到不足200次。
B、合理配置充電時間，充分應用峰谷電價。集中充電式模式甚至可以采用自建供電系統(tǒng)模式，以避免大規(guī)模用電對于電網(wǎng)的沖擊和隨之帶來的入網(wǎng)困難等問題。
C、從電池利用率上講，以一輛純電動汽車在現(xiàn)有的慢充+快充交替使用的模式下，一般用戶駕車行駛10萬公里，最多只進行了500次充放電。而采用磷酸鐵鋰電池總成的車輛，其充電壽命理論上應該在2000次以上，剩余的1500次充放壽命則面臨浪費。而換電模式存在的意義，就是通過集中管理、使用電池，將每一塊電池的充放電壽命盡可能多的開發(fā)、利用起來。
D、在換電站足夠多的情況下，可以消除用戶的續(xù)航焦慮，無需擔心續(xù)航問題，實現(xiàn)和一般燃油車類似的使用習慣。且3-5分鐘左右的換電過程完全不用改變用戶的能量補充習慣，與加油體驗近似。未來用戶甚至可以根據(jù)需要選用不同容量的電池，實現(xiàn)在輕度使用強度下減輕車輛整備質(zhì)量而降低能耗。
總結：在換電模式的成熟運營中可以實現(xiàn)對于電池有效壽命的最大化利用、減少對電網(wǎng)接入的沖擊和提供更優(yōu)秀的用戶體驗。
二、換電模式面臨的問題——與現(xiàn)實存在諸多矛盾
一種產(chǎn)品或者運營模式的應用，嚴格說起來是一個博弈的過程。這個過程的參與者至少包括：用戶需求、技術支撐、經(jīng)濟效益、政策指向四個方面，滿足四者交集的才具有成為一個成熟產(chǎn)品、模式的可能。下面我們就談談?chuàng)Q電模式所面臨的問題。
換電模式面對的第一只攔路虎就是政策。新能源汽車市場一直就是一個政策導向型市場，也就是說政策或者政策制度者、執(zhí)行者的具體操作與好惡是新能源汽車市場走向的最直接的關鍵驅(qū)動力。
換電模式大規(guī)模在私人領域應用所面對的主要政策性問題有以下幾點：
1、補貼政策。目前我國的新能源補貼政策是針對一車一電池組的整車系統(tǒng)進行設定的。換電模式則是將車與電分開處理。那么如何取得相應的補貼，在政策執(zhí)行上存在著障礙。
2、車輛管理政策。電池組作為新能源汽車重要的動力總成組成部分，在車型申報管理上屬于重點項目。更換電池組，特別是未來如推進按需更換不同容量電池組上，存在著涉嫌私自改裝問題的政策障礙。
3、新能源發(fā)展方向政策。國家對于乘用車電池引導性發(fā)展方向為高能量密度，而目前來看三元鋰電池是迎合政策方向的主力軍。但三元鋰電池的充電壽命理論上在千次以內(nèi)，而目前主流的電池廠家在其生產(chǎn)的三元電芯規(guī)格書中承諾大于500次（標準條件下充放電），但是電芯在配組做成電池包后，由于一致性問題其循環(huán)壽命大約為400次。
而換電模式重要的盈利模式就是前面提到的對電池組剩余充電次數(shù)的充分利用，這就導致三元鋰電池采用集中換電管理的意義遠低于磷酸鐵鋰電池。所以換電模式要商業(yè)化很可能使磷酸鐵鋰電池再次大量使用與乘用車市場，這就必須先要推動適應換電模式的政策調(diào)整。
再從技術、市場與需求的應用角度來看，換電模式也面臨著下面幾大問題：
1、電路接口的可靠性問題。目前技術條件下可快速插拔的大電流接插件不僅很昂貴，而且可靠性也很成問題。實際應用中，在環(huán)境相當優(yōu)越的小功率UPS（室內(nèi)，功率4kW左右，電流100A級別）上快速更換模塊尚且存在著大量的接插件失靈問題。而電動汽車面對的則是野外大振動使用環(huán)境，而其電池組是500V、200A級別的組件。在這么高電壓和電流，而且還是有強震動的環(huán)境下的，一般接插件可能是承受不住的，只能采用螺栓緊固。 但是大電流的端子顯然只能采用純銅或者銅合金材料，使用螺栓緊固下的端子壽命則又是一個嚴重問題。
2、電池設計、結構重量問題。由于汽車底盤設計的復雜性導致了電池總成造型與布置的復雜性，這就造成了不同車型之間電池組的通用性與電池布置的最大效率之間的嚴重矛盾。同時隨著對于電池總成能量密度要求的提高，電池結構重量減重的要求也越發(fā)嚴格。但換電模式由于要應對拆裝操作，勢必要求電池總成具有更多的加強結構以提高足夠的機械強度。而這必然要付出更多的結構重量，進而導致減重與強度二者之間的矛盾越發(fā)凸顯。
3、電池總成、接口標準化問題。這個問題同時涉及到了規(guī)?；?、市場化的經(jīng)濟要求，即鑒于充電站初期的巨大投入而必然要求其要保有一定數(shù)量級的用戶群體。而擴大用戶群體最直接有效的方式就是推進電池總成與接口的標準化、通用化。簡單說就是讓電動汽車的電池組與接口，做到如同現(xiàn)在燃油車的標準化燃油標號和加油口與加油槍的通用適配。但這種標準的統(tǒng)一，如果沒有國家的直接且堅定的推動，并經(jīng)歷一個相對漫長的實施過程，很難想象如何實現(xiàn)。
4、要使換電站如同加油站一樣星羅棋布，讓消費者便利使用，就涉及到了換電站的布局建設問題。如今新能源汽車的主力市場均處于經(jīng)濟高度發(fā)達的大型、特大型城市，建設用地極為緊缺、拆遷困難、地價高昂等等都限制了換電站的大規(guī)模布局。同時充電站的建設同樣面對著與快充樁一樣的電網(wǎng)負荷限制。
曾經(jīng)有過利用現(xiàn)有加油站網(wǎng)絡進行換電站布局的設想，但由于仍然無法避免前述矛盾，且又帶來了換電站的電氣安全與加油站的油氣安全的新矛盾而不了了之。所以目前國內(nèi)推出的換電站方案，基本是借用停車場等場站的集裝箱式臨時建設模式。
5、資金壓力與資源調(diào)配問題。
為了保證換電用戶的使用便利性，則要求服務提供商必須提供
A、足夠密度的換電節(jié)點。以北京市為例，有資料顯示市內(nèi)加油站的服務半徑平均是1.8公里。鑒于電動汽車的保有量仍然相對很少，換電站的服務半徑大概是在2-3公里即可以像加油站一樣提供方便快捷的服務。但即便如此所需的節(jié)點數(shù)量仍不在少數(shù)。
B、足夠數(shù)量的備用電池。由于車輛使用中的區(qū)域與密度不確定、不規(guī)則性，必然導致?lián)Q電站之間的備用電池組需求的不均衡問題。但電池總成的調(diào)配難度與燃油的調(diào)配難度顯然不在一個數(shù)量級上。調(diào)配難度的增大則又必然導致電池總成儲備比例的大幅上升。這個問題的惡果，其實從現(xiàn)在的共享單車市場可見一斑。
C、電池技術發(fā)展的不確定性。由于需求的巨大推動，電池技術可謂是日新月異。換電提供商所儲備的大量電池是否可以達到預期使用壽命，及后續(xù)再利用價值存在不確定性。而由于個體企業(yè)保有量的巨大，資金風險進一步放大。
6、電池標定標準問題。電池的新舊程度、殘留能量的差異，電池更換時如何計費、計量的難題，還沒有徹底解決。而且對于不同電池在具體車輛上的標定調(diào)整也是一個難題。
7、安全性與責任界定問題。換電模式的發(fā)展有可能徹底改變傳統(tǒng)汽車企業(yè)、能源企業(yè)和消費者的三方結構，而出現(xiàn)電池制造商和充電運營商等參與方。在這種新興格局下，電池的日常維護工作由誰來承擔，當出現(xiàn)安全問題時責任如何界定等都是有待解決的難題。
總結：換電模式的發(fā)展仍然可謂是前路漫漫。
三、北汽新能源的這次嘗試
通過仔細研讀了這次北汽新能源的介紹后，筆者還是發(fā)現(xiàn)了一些看點。
據(jù)其官方宣傳資料介紹：“早在2015年，北汽新能源就開始面向出租車市場推廣換電模式。截至目前，北汽新能源已在全國建成換電站113座，投放換電版的出租車、網(wǎng)約車6000余臺，累計運營里程8億公里，個人最長行駛里程50萬公里，累計更換電池800萬次，曾為全國兩會以及廈門金磚國家領導人第九次會晤等世界級盛會提供出行保障服務?！?
這里提煉出的第一個信息點是換電模式主要適于與運行規(guī)律性強、需求穩(wěn)定的集團用戶，這也是目前業(yè)界的普遍看法。近年換電模式較為成功的市場運營實例基本都是針對公交、出租車等行業(yè)的案例。而且北汽新能源確實通過這一市場積累了一定換電模式的運營經(jīng)驗及技術、服務儲備。
第二個信息點，也是該方案的新意與亮點所在，即：依托于為集團客戶所布局的充電場站與運營車型，為個人客戶提供換電服務。這對于企業(yè)來說是避免了前期投入的不確定性與基本穩(wěn)定客戶群體的培育風險；而對于個人客戶來說則避免了相當程度上的入局風險、減少了相應服務體驗的等待期，即一旦加入換電體系即可享受到一定水準的換電服務。簡單的來說，相當于用地方政府在公共服務建設上的投入降低了企業(yè)與個人客戶的雙方風險。如果未來運營成功將是一個很好的利用政策導向資金推動相關領域發(fā)展嘗試的成功案例。
結語：
基于北汽新能源在北京地區(qū)一貫以來得到的大力支持，我們可以持相對樂觀的態(tài)度來期待該企業(yè)的這次在這一地區(qū)試運營的嘗試。但北汽新能源必須要做好應對客戶需求由相對規(guī)律到充滿波動性的轉(zhuǎn)變，以及相應物料儲備和服務接待能力的準備。
