換電模式歸來?

提示:點擊上方”關注我“↑快來吧,親


(如想加入無人駕駛微信圈,有國內整車企業和科技公司無人駕駛研發負責人,請加車評君的微信號,具體微信公號里有,麻煩註明「姓名」和「公司」。)


 

革命導師馬克思教導我們:

事物的辯證發展……從形式上看,是螺旋式上升或波浪式前進,方向是前進上升的,道路是迂回曲折的,是前進性與曲折性的統一。——《資本論》

2009年2月20日,美國聖何塞,一年一度的矽谷指數年會。

眾星捧月的主席台上,一個中年人目光炯炯,意氣風發地侃侃而談。

台下的觀眾聽得如癡如醉,這些人聲名顯赫,比如色列總統西蒙·佩雷斯、美國前副總統艾伯特·戈爾,思科前CEO約翰·錢伯斯等。雖然每一個單拎出來都是世界級的大佬,但他們彼時卻都被台上這位當時世界最有名的「連續創業天才」沙伊·阿加西(Shai Agassi)所吸引。

以色列人沙伊·阿加西,從小被稱為技術神童,24歲創辦企業服務軟件公司,8年後被全球企業軟件巨頭SAP集團收購,39歲成為後者有史以來最年輕的全球執行董事,全球CEO職位第一候選人,前途一片光明。

2007年,離職業巔峰一步之遙的阿加西突然辭職,再次創業成立了一家新公司,名字很詩意,叫Better Place(更好的地方)。

Better Place的商業構想極其富於想像力並且Sexy,阿加西洞察到電動汽車時代將不可阻擋地到來,但阻擋電動汽車商業化的卻正是車上那塊又大又重的電池,不僅價格昂貴(當時價格約1500美元/kWh),充電還很麻煩,這種糟糕透頂的購買和使用體驗讓電動汽車在燃油車面前毫無競爭力!

Better Place設計了一套徹底跟充電方案分道揚鑣的解決方案,就是把電池和電動汽車分離,以租賃的方式提供給購車者,讓人們都能夠買得起。同時,電池快耗盡時也不用充電,只需要花兩三分鐘時間更換一塊滿電的電池即可,跟燃油汽車去油站加油一樣高效、便利。

這就是換電,一種全新的電動汽車能源補充模式。其實對於我們來說,這種更換電池的方法也很熟悉,在手機和電池一體化的蘋果手機出來之前,手機沒電了掀開後蓋換塊電池,對於我們來說是日常再熟悉不過的事情。

但這種方法用在汽車上,卻是聞所未聞。因為彼時,真正意義上全球第一款純電動量產車,具有劃時代意義的日產Leaf還處於研發階段,真正上市是3年之後,也就是2010年的事了。

再往前1年(2006年),比亞迪的第一款電動汽車F3e研發成功,奈何當時產業政策和基礎設施所限,王傳福只能遺憾地放棄了F3e上市。2008年,F3e登上當年的北京車展,引來嘲笑聲一片「電動汽車是個什麼鬼?」

在人們普遍不知道「電動汽車是個什麼鬼」的年代,Better Place想通過換電,為電動汽車的把道鋪平。

Better Place得到了佩雷斯、美國前總統比爾·克林頓、雷諾-日產聯盟的老大卡洛斯·戈恩以及以色列第二大富豪伊丹•奧佛(以色列集團的老總,當年中國觀致汽車的合資方)的鼎力支持,2007年當年就從以色列集團、摩根士丹利拿到了號稱當時世界上規模最大的創業公司A輪融資的1.11億美元。

此後過程不多贅述,只看結果:在用6年時間燒光了摩根士丹利、GE、匯豐、瑞銀的8.5億美元投資之後,Better Place在2013年宣告資金鏈斷裂,破產。

在Better Place風頭正勁的2011年,中國這邊對換電模式的嘗試亦轟轟烈烈地開展起來。全球最大的電力經營公司國家電網,在這一年正式確立了換電為主、插電為輔的電動汽車充、換電站的基本商業模式。

只說結果:2015年初,國網公司徹底放棄換電戰略,轉為充電,開始在「四縱四橫」高速公路網路上大規模鋪設充電樁網路。

幾乎在同時,換電模式在全球做到大潰敗。同為一個平台,充電的日產Leaf就成為全球銷量最大的電動汽車,而換電的雷諾Fluence ZE卻一敗塗地,連設計成本都沒收回來。

就像汽車油箱里的油快燒完了就要加油一樣,電動汽車電池中的電快耗盡了就一定要補充電能。電動汽車補電方式又可以劃分為充電和換電兩種,在全球電動汽車市場化的這不到10年時間里,兩大模式完成了一輪完整PK,其結果就是充電成為市場主流,而換電則淡出市場,一度銷聲匿跡。

2017年12月16日,北京的五棵松體育場迎來了一場聲勢浩大的發布會。對標美國特斯拉的中國的蔚來汽車,宣布的一系列重磅戰略中,換電模式尤為引起人們的關注,已經被淡忘地差不多的換電,又重新引起了人們的興趣。

沒過幾天的聖誕節,特斯拉公布了一項新專利,人們這才發現,原來鋼鐵人馬斯克已經在不動聲色之中申請了換電技術的專利。

其實對於電動汽車的使用者來說,換電模式優勢非常明顯:在電池的電量將要耗盡的時候,直接花3~5分鐘換一塊,跟去趟加油站加油的效率差不多。沒電了就換電池,也不用再糾結電池的容量和電動汽車的續航里程,以及每天在心里盤算在哪充電,充電花多長時間的小九九了。媽媽再也不用擔心我的電不夠用了。

實際上,蔚來和特斯拉之前,近年來已經有越來越多的車企和相關公司開始涉足於換電領域的技術研發和市場投入。

例如中國最大的純電動汽車製造商北汽新能源就與換電站經營商奧動新能源聯合起來,在多個城市投放了上百座換電站和幾千兩換電計程車。北汽新能源正在構建的擎天柱計劃,規劃在在全國建成3000座光儲換電站,投放50萬輛換電車輛;時空電動則以網約車經營為切入點,計劃在全國推廣25萬輛換電汽車;重慶力帆旗下的盼達用車主打分時租賃,採用的也是換電方案。

與充電路線的「車電一體」正好相反,換電模式講究的是「車電分離」,即電動汽車的電池Pack不是和底盤構成一個整體,而是可以進行物理分離。

社會上之所以對換電沒有認識,是因為這種模式只開展在計程車、網約車和共享電動汽車等領域,而在私家車領域,則還沒有涉足。

為了與換電站設備做到統一對接,無疑就要求車企在研發初期階段就要針對換電路線進行設計,做到電動汽車的底盤、電池Pack的尺寸等標準的統一,這簡直是強車企所難。車企不能將全部車型的底盤和電池Pack設計成統一標準的,因為對於廣大的C端用戶來說,他們的需求本來就是千差萬別的,而車企也只能通過多樣性來滿足市場的不同需求。

但對於B端市場上的計程車、網約車和分時租賃汽車來說,就另當別論了。

截止到2017年末,中國共有140萬輛巡遊計程車。這些計程車每天平均行駛里程可以達到400~500km,每年行駛里程高達10~15萬km,是一般私家車的10倍,這意味著每輛計程車所消耗的能源也是私家車的10倍。

就算是保守估算,這140萬輛計程車的油耗和排放,至少可以抵得上1000萬輛私家車的規模,如果算上各大平台上私家網約車和分時租賃汽車,則這一數字應該更大。

國家推廣新能源電動汽車的一大初衷就是節能降耗,降低排放污染。所以,在計程車行業推廣電動汽車的效果應該更加顯著,因為計程車「以一當十」。

我們算一筆帳就清楚明白了。根據交通部門公布的數據,汽油車平均碳排放是155g/km,中國境內電動汽車的碳排放是110g/km(按照中國火電比例73%計算),隨著綠色能源比例提高,電動汽車的碳排放將進一步降低(例如在核電比例達80%的法國,其電動汽車的碳排放就低至2g/km)。

汽油計程車一天行駛400公里,碳排放達到62kg,如果換成電動汽車,則這一天的碳排放是44kg,一年減少6.5噸的碳排放量。這只是1輛計程車,如果這個數字再乘以140萬,則是910萬噸。

910萬噸是什麼概念,今天全球碳排放量前十的國家中,這個數字已然超過了排名靠後的五個國家(加拿大557萬噸、韓國592萬噸、沙烏地601萬噸、伊朗648萬噸、德國798萬噸)。

這是從國家層面,從計程車主的使用成本層面考慮,電動汽車也有很大的成本優勢。最直接的就是燒油和用電成本的對比:以百公里油耗7升油,7元/升計算,400公里的油錢是196元;以百公里電耗15kWh,1.5元/kWh計算(公共充電樁電價較高),400公里的電錢是90元。

油改電,計程車主每個月增加3000元收入,何樂而不為?

其實深圳早在2010年,廈門在2015年,太原在2016年就開始規模化推廣使用電動計程車,但實際效果卻沒有想像中的美好。一來,電動計程車的實際使用體驗並不好;二來是最關鍵的,計程車主的實際收入也沒有得到太明顯的提升。

歸根結底原因有兩點:一,充電效率太低,對於經營車輛來說效率就意味著時間,時間就是金錢。由於每天行駛里程長,這些電動計程車需要頻繁充電(夏季一天2次,冬季一天3~4次),使用快充,單次也需要充電近1小時(通常在午飯和晚飯時集中充電,還需要排隊)。這2~4個小時充電時間,耽誤的都是計程車拉客賺錢的時間。

二,由於頻繁地大功率充電,導致電池性能衰減很快,電池壽命大幅度縮短,雖然車企做出5年或80萬km的電池質保,但是一來隨著電池衰減導致充電次數更加頻繁,二來更換電池又需要一周左右的時間,又耽誤了拉活賺錢。

所以綜合算下來,節省下來的電費幾乎和受充電原因影響減少的經營收入相當,甚至有的計程車主反倒沒以前掙得多了。

這也是為什麼電動計程車看似這麼美好,卻在全國各個城市推廣不開的原因。

所以充電模式不行,就給了換電模式以市場機會。

首先,換電模式可以極大地提高能源補充的效率。

以目前經營的換電站的實際效果來看,車輛從進站到換電再到繳費出站,整個換電流程已經可以控制在5分鐘之內,未來隨著相關技術的提升和設備自動化水平的升級,以及加入移動支付等更便捷的支付方式,整個流程可以縮短到2~3分鐘之內,這基本上與燃油車進站加油的效率相當。

能源補充效率的對比:

加油:3分鐘加油60升,按車輛百公里油耗7升計算,可以行駛850km。加油的效率是280km/min。

充電:用40kW的充電樁充電1小時,按車輛百公里電耗15kWh計算,可以行駛266公里。則充電的效率為4.4km/min;用100kW的充電樁充電,則充電的效率為11.1km/min。

換電:3分鐘完成換電,按可以行使300km計算,則換電的效率為100km/min。

通過對比可以看出,換電的效率與加油比還存在著很大差距,但是和充電相比,優勢卻也是相當明顯的。

其次,在能源使用的成本方面也具有優勢。

以北汽新能源在廣州、廈門投放的換電計程車為例,換電站的收費標準是按行駛里程收費(計程車在停在路邊的等待過程中,開空調等電器的用電不收費,因為沒有增加里程),價格為0.35元/km。

對比汽油車百公里油耗7升(實際上夏天開空調要達到8升),7元/升的油價計算出成本是0.49元/km。

以每年10萬km行駛里程計算,僅油費就可節省出1.4萬元(且不算汽油車的維修保養成本)。以在廣州經營的計程車為例,汽油車每天的加油成本在150元左右,而換電成本是100元。

北汽在廣州市區的5處交通主幹道上建設了5座換電站,為在當地投放的500輛換電計程車服務,在實際經營表現中,的確也存在為了去換電而空駛的狀況,但在計程車主可接受的範圍之內(有的時候為了去加油站加油,也得空駛)。

所以,換電計程車和汽油計程車對比,具備一定的經營成本優勢(以及更好的駕乘體驗),與充電電動車對比,雖然能量補充的成本略高(換電0.35元/km,充電0.25元/km),但時間成本卻大大降低,從而大幅度提升了經營效率。

另一方面,充電模式下對電池的能量密度和充電倍率性能的要求是不斷提高的,但是我們需要意識到,受材料屬性和電化學原理的制約,鋰電池的能量密度和充電倍率是不能無限制提升的。

而換電模式下對電池性能的要求反而沒有充電模式那麼高,這也就決定了車企在採購電池的時候可以優先考慮壽命長和性價比高的電池產品,例如磷酸鐵鋰和NCM111/523電池,這些電池不僅成本低,且因為技術成熟,BMS和Pack的成本也低,可以有效降低整車的成本,有利於電動汽車的市場推廣,車價便宜了,計程車公司也更容易接受。

最後,做到能源補充效率和電池壽命的平衡。

無論是計程車還是網約車群體,對於營運車輛的採購價格都是異常敏感的,而進一步降低電動車成本,唯有從電池入手。

如果從電池的全生命周期來看的話,其成本構成又分為製造成本和使用成本兩大部分,在製造成本既定的前提下,延長電池的使用壽命無疑就等同於降低了使用成本。

充電模式下追求充電倍率的提升,但是鋰電池的充電時間和電池壽命是一對無法調和的矛盾。快充會加速鋰電池的壽命衰減速度,這已被相關研究機構通過試驗所證明,以一塊40kWh的動力電池為例,恒定1C放電倍率之下,以20kW的充電功率0.5C的充電倍率充電(充電時間為140分鐘),電池充放電次數可以達到4000次;如果以40kW的充電功率1C的充電倍率充電,雖然充電時間可以縮短到70分鐘,但是這塊電池循環次數就會迅速縮短到1500次的水平。

這也正在快充模式下,電動計程車的使用體驗不高的原因所在。

在換電模式下,換電站會將更換下來的動力電池,統一在專門的充電室內恒溫、恒濕的環境下,以交流慢充的方式充電,而慢充是有著維護及重新均衡電池內部材料結構之作用的,從而可以做到保證電池在低損耗的充電狀態下延長壽命的作用。

換電模式的電動汽車,在能源補充方面與燃油車相比有著先天的成本優勢,與充電模式電動汽車相比又具備很高的效率優勢,特別是在當前充電基礎設施尚未完善以及快充技術尚未普及的情況下,這就決定了其非常適合用於計程車、網約車和分時租賃等共享出行市場。

換電模式前兩次嘗試的失敗,原因在於這種模式要求的汽車和電池設計和製造的標準化與乘用車市場消費者的個性化需求的矛盾不可調和。這看似是一場永遠都找不到答案的問題,但在今天,換電以計程車為切入點進入到出行市場,以此獲得新生。

當然,電動汽車市場的發展,換電相關技術的進步也是重要的前提條件。

換電模式得以在計程車市場重獲新生的原因正是在於,其根本滿足了經營者在成本和效率兩方面的剛需。而車企也樂享其成,只需要生產少數幾款適合計程車的車型就可以獲得大量訂單。要知道,中國的計程車市場上,僅僅捷達、桑塔納和伊蘭特這三款車型,就占據了一半的市場份額。

所以在未來,以電動車替代燃油車,以換電模式替代加油模式,可能將在計程車領域掀起一場大變革。

但這百萬輛級別的計程車市場,就會是換電模式的終局嗎?想必不是,因為以此延伸開來的共享出行市場有著同樣的需求屬性,即對提升運行效率和降低使用成本的要求將會越來越高。普華永道預測,未來15年內,中國的共享出行市場將會以年均32%的增長率急速膨脹。在萬億美元級別的市場需求下,將會催生出一批適合共享出行的車輛。滴滴程維甚至認為,理論上未來將會有一半的汽車會為共享出行的需求而設計。

能夠很好滿足出行市場成本和效率需求的換電模式,將會在其中占據一席之地。

更廣闊的市場空間還有商用車市場,未來電動商用車因為配備了超大容量的電池組,在充電等相關技術沒有取得突破時充電時間長將成為其很大的制約因素,而能夠解決充電時間問題的超充技術,又解決不了電池壽命縮短的問題,而至少目前看來換電依舊是解決這些問題的最佳方案。

所以有分析稱,特斯拉研究換電技術的意義在於,這項技術在未來或許更適合於在電動卡車和電動客車上應用。

最後,未來一定數量的換電站形成網路之後,換電將成為能源互聯網中不可或缺的重要組成部分。

由於電池的使用周期內都是在換電站內,換電站經營平台很容易構建一個專屬的電池大數據平台,通過大數據平台可以采集到幾乎所有的電池核心參數數據,並且覆蓋整個電池的使用周期,就能夠為車用和下一步的梯次利用提出準確建議。

在換電模式下,通過充電管理,可做到電池的統一調度和監控,比如說預判故障、提前維護,對於出現異常問題的電池及時處理。

規模化的電池可作為巨大的儲能單元,有效地參與負荷管理和系統調峰,提高電網負荷率,最大限度地減少諧波污染等對電網的不利影響,起到為電網削峰填谷和能源消納的作用。 

招 聘

《建約車評》招聘內容編輯,希望與具有如下特點的你,一起打造不凡的汽車科技新媒體。

1. 人品好,三觀正;

2. 極強的進取心;

3. 文字好,以寫作為信仰;

4. 心態極度open;

5. 英語好。

簡歷請發[email protected],附上任意自己滿意的作品。

建約車評 只做有價值的汽車科技報導