鉅大LARGE | 點擊量：822次 | 2021年11月25日
電池與汽車不能分開 對換電技術失效模式的分析
許多人對我國政府選擇“純電”技術路線發(fā)展新能源汽車有一些微辭，重要理由是動力鋰離子電池必須配置大量的充電樁來充電，而馬路旁邊不可能普及眾多的充電樁。于是有一些專家積極主張，目前唯一最佳的是換電技術模式。
筆者長期研究電動汽車電能補充模式，研究結論表明，換電模式與充電模式相比，技術難度更大、投入規(guī)模更大、普及更困難，投入回收基本無望。下面對電動汽車換電技術進行失效模式分析，供關心的同行參考。
一、我國為何提出“彎道超車”的新能源汽車發(fā)展路線？
節(jié)能減排是世界各國面對的共同任務，汽車發(fā)展方向是電動化，這是全世界汽車行業(yè)的共同認識和理解。但是在實現上卻不同，即不同國家其發(fā)展新能源汽車的技術路線存在重大差別：
a)目前，歐洲以鼓勵柴油動力為主，奔馳、奧迪等品牌廠家的選擇是更為節(jié)能的柴油技術路線；
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
b)多年以來，日本重要倡導混合動力，即在現有加油基礎設施下，積極推進混合動力技術路線，且取得驕傲的成績；
c)美國的民用車市場受日本影響巨大，目前其基本趨勢正在靠近日本的混合動力汽車路線；
d)我國政府經過多年的探索，最后決定以發(fā)展純電動驅動汽車為新能源汽車的技術路線。
歸納起來：
a)歐美日目前主張的挖掘燃油汽車的潛力，來提高節(jié)能減排效果。當前汽車強國新能源汽車的路線，第一步是混合動力汽車；第二步燃料動力鋰電池汽車；第三步純電動汽車。
b)我國政府在對混合動力技術進行嘗試以后，最后提出的選擇是，純電動驅動汽車的技術路線，即對原來汽車技術路線進行調整，主力推進純電動(含插電式混合)汽車、再推進燃料動力鋰電池汽車。
我國政府提出“彎道超車”技術路線的基本理由：
一是過去的汽車發(fā)展道路是歐美日等強國主導的，我國是一個跟隨者；
二是目前我國已經是汽車生產大國和消費大國，作為一個追隨者，通過30年的努力，也沒有成為汽車強國，技術上卻長期落后；
三是如今發(fā)展新能源汽車，假如繼續(xù)沿著發(fā)達國家制定的發(fā)展道路，我國依然成不了汽車強國。
換一句話說，我國已經有了制定新能源汽車發(fā)展道路的“底”氣。我國人制定汽車發(fā)展道路能不能使得我國成為汽車強國？目前要肯定的回答這個問題還為時過早。但是2016年我國新能源汽車產銷已經超過50萬輛規(guī)模，成為前列新能源汽車生產大國的這一事實，可以說明，我國新能源汽車產業(yè)已經駛入快速發(fā)展通道。
二、發(fā)展電動汽車，車載電池能量如何補給?
車載電池系統(tǒng)是一個儲能部件，其能量補給模式基本上分兩大類，一是車上發(fā)電補給，混合動力模式歸屬車上發(fā)電補給，燃料動力鋰電池也是車上發(fā)電補給；二是依賴地面電網予以車載電池電能補給。電網給電池電能補給方式有可以分為兩種：
a)換電模式。在地面上先把電池充好，其次把充好電池換換到車上去，再把“空”的電池換一下來，去充電；
b)直接充電模式。車載電池通過充電槍(充電器)與電網的電源系統(tǒng)鏈接后，再予以充電。
對電池而言，無論換電模式和還是通過充電槍(器)直接對車載電池充電，都是一個電能補充環(huán)節(jié)的。與充電模式不同的是，換電模式可以實現廠式充電生產，可以集規(guī)模的、批量式給電池充電。充電好比在加工生產，待充電的電池好，比是待加工的材料，充好的電池好比是出廠的產品。
電池廠式的充電模式，其電能補充時間是由電能補充廠負擔了，而直接給車載電池充電的時間，是由車主承擔了。電池充電是一個電化學過程，而加油是一個物理過程。按常理說，假如單純針對電能補充的速度上而言，電化學反應的速度，比物理上的加油速度可以快得多。但是電化學反應速度太快了，安全保障措施成本也是相當高的。所以實際上，電池充電時間比加油時間長得多，是基于電池電能補充安全上考究。通俗地講，電池電能補充其技術復雜度比物理上加油要難許多倍。
三、什么樣的電能量補充模式可以叫電動汽車用戶滿意？
站在汽車使用者的角度上，要求電動汽車的電能補充等待時間，不能比燃油車在加油站的時間長。這里有一個前提，提高其滿意度不能新增支出。用戶滿意是比較出來的主觀感受。
目前的困惑是，燃油車加油時間，用戶已經有了體驗且是基本滿意的。電動汽車電能補充時間假如不到達這個水準，用戶對這個指標，肯定是不會滿意的。
從技術上，提高電能補充效率，無論換電技術和直接充電技術都是可以實現的。但是必須加大提高電能補充效率的成本，這個成本假如叫用戶承擔，用戶肯定不滿意。從用戶滿意不滿意角度來講，有沒有比加油時間還要短的電動汽車能量補充模式，也又新增用戶的支出？可以肯定地回答，沒有！
從技術上，充電技術可以提高電能補充效率，但是電能補充效率提高一點，其成本開銷成倍新增；換電技術當然也可以提高電能補充效率，其效率越大，其成本開銷比充電技術提高效率更大。
誰承擔這個電能補充效率因提高成倍而新增的成本？沒有找到承擔這個電能補充效率成本的主體，而硬性推廣高效率的換電技術或者是高效率的充電技術，沒有一點經濟上的意義。
四、對中央電視臺報道的換電模式新聞事件的質疑
中央電視臺進行報道了西南一家個公司，積極推行換電技術，其主題是“換電技術”可以實現5分鐘，完成給電動汽車的電能補充。言下之意，換電技術比充電樁技術是如何、如何地先進？
其畫面是，車子采用換電模式以后，車輛沒有電了，車主服務商打了一個電話，一個換電池專用車立馬到了，兩個專業(yè)人員用了不5分鐘的時間，把電池換上了，車輛開走了。筆者下面進行邏輯推敲：
前提：不是車輛出現故障，而僅僅車輛是沒有電了。
推敲：
a)假如燃油車輛沒油了，是不是可以打個電話，用專用車帶一個油箱過來，更換掉原來油箱？技術上是可以的；但是假如專用服務車帶少量的油料，給車載油箱加一定的油？用戶對哪一種服務更滿意？
b)假如是充電方式，是不是可以打個電話，來一個專用車，給沒有電的車輛，進行10到20分鐘快充。用戶對是換電滿意，還是充電模式滿意？
是換電模式好，還是充電模式好？還要繼續(xù)討論嗎？
五、換電模式與加油模式的比較
換電技術難度比加油難度大得多。油是液態(tài)的，通過管道運輸即可，油箱是固定在車上的。油箱安裝是有安全要求的。同樣，電池箱安裝在車上是有安全要求的。汽車電池箱的安裝技術等級比手機的電池、電動自行車電池盒子安裝的安全要求高得多。手機的電池、電動自行車電池盒子可以設計成即插即用件。汽車電池箱是不允許成即插即用件，高壓電器設備安裝是有安裝要求的，一是機械性、二是電器性能要求的。車載動力鋰離子電池安裝絕不是一個車載貨物的裝卸過程。
中央電視臺報道的換電模式實際例子中，是將電池箱安裝到車上以后，用滑動軟帶拉緊電池可以固定電池箱。其宣傳是不用螺栓、不用螺帽，不用扳手的。好像比電腦主板安裝即插即用件還更為簡潔。實際上電腦上安裝即插即用件，也是要用螺絲刀進行固定的。
筆者質疑：
a)這樣的安裝操作，國家標準、行業(yè)標準什么時間允許的？做廣告還可以，工程上是絕對不允許；
b)汽車總成件安裝牢靠度，是要用工具測量的，必須達到技術等級要求的，否則，其安全性是無法保障的。
c)車載動力鋰離子電池箱危險品，上面有高壓的，非專業(yè)人員不得操作，必須有防范犯錯措施技術保障的。假如要提高其安全安裝效率，必須配更多的專業(yè)設備和專業(yè)人員。
d)目前燃油車，在加油站，車主可以自助加油，提高了客戶滿意度。換電模式可以做到用戶自助換電嗎？
六、一些專家在推廣換電技術常犯常識性錯誤
常識性錯誤1：充電樁充電是歧途。實際上充電技術是給電動汽車車載電池補充電能的基本技術，比如特斯拉電動汽車也是充電模式。為何我國電動汽車用充電樁充電就成了是歧途了？
常識性錯誤2：普及用充電樁充電是異想天開。實際上目前我國充電樁技術已經很成熟了。有交流的，有直流的；有充電槍，有充電器的；有集中式充電站，也有個人專有充電器。目前上100萬輛新能源汽車，絕大部分是充電模式的。為何說異想天開？
常識性錯誤3：把“電池與汽車”分開，以“換煤氣罐”方式達成汽車快速補充電能的要求。
“電池與汽車”不能分開。這不是一個技術性問題，而是安全管理學的問題。電池與汽車必須“一對一”，絕不可以“多對多”。民用車輛有一個有安全責任歸屬問題，安全責任主體是誰？煤氣罐出了安全責任事故，責任主體劃分沒有困難的，民用車輛發(fā)展安全責任事故，如何劃分責任主體是十分困難的。不過軍隊車輛是可以。國家級標準(《機動車運行安全技術條件》)不會允許換電模式車輛上路的。煤氣灶的技術與電動汽車的技術卻不在一個水準上。
常識性錯誤4:將電池分組，逐個放電使用，每次只換用完的電池組。
車上電池是分組的，但是使用上是一個整系統(tǒng)在工作的。沒有分開放電的原理?？梢苑珠_充電，是提高充電效率，但是沒有分組換電池的原理。
七、研究結論
a)動力鋰離子電池生產和維護技術是十分復雜的。同樣動力鋰離子電池電能補充技術也是高技術含量的。
b)用充電樁(充電器)給電動汽車進行電能補充是基本模式，可以完善，提高其效率，但是不可能被推翻的。
c)無論是充電技術還換電技術，都可以克服一些技術瓶頸，來提高客戶滿意度，但是投入端，必須是低成本的，供應的服務價格用戶是可以接受的。
d)換電技術成本更高，用戶不會為了這個高水平的服務，而承擔高額付出的。無論建設成什么樣高技術含量的、高水平換電模式廠，其投入成本，是不可能從電動汽車使用者得到預期回報的。
e)在動力鋰離子電池比能量與燃油相比還差上100倍以上前提下，普及換電技術是將簡單問題復雜化。
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