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換電模式成本高的難題要如何破解?

新浪汽車原創 李晶波

長期以來,經營換電站成本相比快速充電站要高很多,其設備投資、電池儲備和人工等成本都顯著高于充電站。 業界一直在努力降低換電成本,一些企業從技術上著手研制運行效率更高和更節省空間的設備,已經取得很好的收效。

  長期以來,經營換電站成本相比快速充電站要高很多,其設備投資、電池儲備和人工等成本都顯著高于充電站。 業界一直在努力降低換電成本,一些企業從技術上著手研制運行效率更高和更節省空間的設備,已經取得很好的收效,如奧動新能源已投入示范運營的最新一代換電站在換電速度和換電倉配備電池數量上都比上一代成倍提升,取得較好的經濟效益。

  另一方面,在相關管理部門和行業協會的推動下,乘用車動力電池換電標準的統一已經取得進展,眾多企業形成聯盟,在積極商討起草標準,并且廣汽、北汽和長安的一些車型已經實現共享采用奧動技術的換電站。一旦大范圍實現兼容多品牌多車型的換電,換電設備和電池的使用效率將進一步提高,更重要的是用戶得到極大的便利,續航焦慮被緩解,純電動車的普及必然大大加速,反過來促進換電站的網點建設,而且廠商不再需要為每個新車型專門設計研發電池包以及制造模具,車用動力電池包標準化后規模效應將凸顯,電池成本也得以降低,售后和回收也都更方便。

  還有什么辦法可以提高換電模式的效率而降低其成本呢? 不妨嘗試以下

  一、將動力電池換電標準進一步向儲能領域推廣,打通兩個行業的界線,儲能和換電行業共享一部分電池,互為補充。

  這樣做具體好處有以下:

  換電運營企業不需要購置和儲備大量電池,電池與儲能企業共享,企業之間按占用時間分攤電池成本。動力電池兼做儲能電池,一物兩用,得以更有效利用,節約社會資源。

  尤其是節假日出行需求高,同時間段工商業用電需求低,正好可互補。 在節假日長途出行高峰,目前現有的針對私人非營運用戶的蔚來換電站必然會出現排隊等待問題加劇的情況,不但電池不夠用,而且設備充電能力也不足。 如果專門為節假日的短時需求增加電池儲備和擴容設備,平時又閑置率高,企業無法同時追求效益和用戶滿意度。但如果動力電池和儲能電池實現通用,只需提前稍做一些調度準備,及時從附近的儲能站運一些電池到換電站即可。

  換電站其實也可以發揮一些儲能站的作用,甚至可以利用峰谷差價取得一些收入,其前提是要有足夠的電池和充放電能力;目前很多換電站已經滿負荷運行甚至剛換下的電池來不及充滿就被換走、車輛排隊等候嚴重的情況下是沒有多少能力幫助電網的,如果動力電池和儲能電池實現了通用則至少電池就不缺了,換電站就可以更好的發揮儲能站的作用;同時另一方面,只要是交通方便的道路旁建設的儲能站同時也可以作為換電站對車主提供換電服務,發揮更大的效用。

  儲能企業以后不再需要電池廠商為其專門生產儲能電池,也不需要一味等待淘汰的動力電池,更不需要將動力電池拆解再重組,動力電池包本身內置的電池管理、溫控和保護系統依然能得到有效利用。 隨著純電動車的銷量和保有量增加,社會上動力電池總容量很快就能滿足電網的峰谷調劑之需,純電動車充電整體上將不再是對電網負荷的沖擊而成為有益補充,同時換電運營企業增加了收入,消費者得到更多的方便和實惠,全社會共贏。

  適用范圍更廣的通用電池包也成為更普遍接受的抵押物和資產,甚至車企、換電運營企業、新能源電站和儲能企業都不需要自己投資電池,由銀行等金融投資機構采購電池租給他們即可,企業資金壓力得以減輕,換電網絡的建設得到加速。

  2、儲能和換電行業共享電池的可行性分析

  1)乘用車動力電池換電標準的統一工作的最新進展、前景展望和問題解決辦法。

  乘用車動力電池的接口、尺寸和協議的標準統一是一項很不容易的大工程,不過近日很高興看到,已經取得實質性的重大進展。 我國新能源汽車產業經過十多年的發展摸索,總結經驗教訓,國家層面已將充電站和換電站建設都列入新基建,工信部副部長辛國斌明確表示將“繼續大力推進這種充換電基礎設施建設,進一步完善相關技術標準和管理政策,鼓勵企業根據使用場景研發換電模式車型。” 2020年9月9日,由中國汽車動力電池產業創新聯盟主辦的構建車電分離模式生態圈研討會在成都召開,聯盟副秘書長王子冬在會上一針見血地指出,“要想盡快打通換電商業模式,換電站的共享是關鍵”。 聯盟的召喚也得到了眾多企業的積極響應,一汽、上汽、東風、蔚來等車企,以及寧德時代、東軟睿馳、華鼎國聯、華鼎資本、潤暉投資等共計20家單位成為簽署《構建新能源汽車“車電分離”模式生態圈聯合聲明》的第一批企業,這是一步很了不起的進展。 相信在相關部門的正確指引下,換電標準統一會較快實現,因為企業看到這是必然趨勢,對自己和消費者都有利,有動力,更有壓力,不順應標準就很可能被淘汰,共享換電好比陽關大道,而各自建換電網絡猶如走獨木橋,因此預計相關企業都會積極踴躍地參與標準的研究制定。

  雖然同一個電池能提供的續航對于中大型車來說遠遠低于微型車,這個問題有解決方案,就是雙電池包 -- 隨車標配電池包另加根據需要租用的標準增程電池包。車底盤的空間依然可以充分利用,不僅續航可以最大化,用戶的購車成本和使用成本都可以大幅降低。對于90%以上的個人自用車主來說,有200公里續航就夠通勤等日常需要了,消費者為每多100公里續航一般需要多花至少1.5萬元,這多余的電池容量對他們來說大部分時間是浪費和額外的負擔。所以整車廠只要給每臺車配一塊200公里續航左右的電池包就夠了,由共享電池運營商給用戶提供方便的增程電池租賃服務。 增程電池可以是快速可拆換式在車內安裝的,也可以是外掛的。 前者需要統一尺寸,后者只需要統一接口及數據通訊協議。在電池技術取得根本性突破之前,對純電動車C端市場和部分營運車來說,共享增程電池與充電結合應該是比整車換電更適合的續航解決方案。

  圖一、內置增程電池示意圖

換電模式成本高的難題要如何破解?

  圖二、外掛移動加電車示意圖

換電模式成本高的難題要如何破解?

  如果部分換電/共享增程電池模式能夠應用實施,可以完全解決純電動車續航和補電等痛點,購車成本也大幅降低至與燃油車持平,不需要補貼也可以大大加速純電動汽車的普及。國家鼓勵支持換電模式創新,共享增程電池模式恰好契合一些應用場景的需要。

  2)儲能電池采用動力電池標準的可行性探討。

  儲能行業對電池的接口和外形尺寸不存在硬性要求,我國2019年1月起實施的GB/T 36276-2018《電力儲能用鋰離子電池》標準就對儲能電池采用什么樣的尺寸、外形和接口沒有做任何具體要求。

  能量型電池和功率型電池僅是以應用需求設計來區分,以低于或高于一小時率額定功率工作為界限。

  儲能用電池比動力電池性能要求低,所以動力電池做儲能用基本沒問題,反之未必。 車規級的電池在很多方面要求都高于儲能用電池。 但是功率性能不太差的儲能電池作為增程電池用于驅動純電動汽車也未嘗不可,只要不是激烈駕駛,大部分的場合都可以勝任;而且純電動車的電機控制器只要智能一些,自動識別搭載的電池參數,根據情況來限定最高的功率即可。如果增程電池與車輛自帶標配電池協力驅動電動車,更不容易超過其額定功率。 在電動自行車上雙電平衡器已經有成功的應用,控制器和兩個電池包之間只要添加一個出廠價約100元人民幣的模塊就可以智能實時控制兩個容量不同且SOC也不同的電池包的輸出,例如在低速勻速騎行時,只讓SOC較高的電池輸出,而在加速和高速騎行需要高輸出時,兩塊電池同時按照其內置程序設定分別承擔不同比例的輸出。

  可以將每塊電池按照其性能分成幾個等級,根據需求量,選擇最好的用于換電站日常流通,次好的在節假日出行換電需求高峰時作為補充臨時使用,在需求回落以后就及時收回來仍主要做儲能用即可。即把儲能站作為換電站的倉庫或緩存。

  動力電池不用等到嚴重衰減才進入儲能市場,可以加速更新換代,提高純電動車用戶的體驗滿意度。

  因為省卻了拆解重組和一些中間環節,儲能企業也有望得到成本更低廉的電池。

  總之,將動力電池換電標準進一步向儲能領域推廣,讓儲能和換電行業共享一部分電池,應該是有益兩個行業且可行的。

  標準不統一的情況下必然存在巨大的資源浪費,而一旦統一就能給全社會相關行業帶來極大的益處, 因此純電動車電池標準的統一刻不容緩! 不僅是純電動車的電池標準需要統一,純電動汽車與儲能電站的電池也應該相互兼容,充分利用綠色可再生能源直接驅動電動車,消除有些人對電動車使用化石能源發的電并不環保的質疑,新能源車才名副其實。

  在此呼吁還未加入中國汽車動力電池產業創新聯盟的企業也都盡快加入聯盟,齊心協力盡早實現換電標準的統一,尤其是接口的統一,也希望整個新能源汽車行業與可再生能源生產、儲存和供電等相關行業共同努力,加強合作,實現更進一步的儲能電池和動力電池的兼容和共享。

  關于統一換電標準的前景的更多探討,請見我11月16日在新浪汽車網發表的以下文章

  《統一純電動乘用車換電標準及共享換電是大勢所趨》

  3、動力電池兼做儲能電池與V2G的比較

  相比V2G,動力電池和儲能電池的打通在幫助電網平衡峰谷供需矛盾方面,其實用性和可行性都更高。

  V2G除了不經濟以外,還至少有以下兩個問題:

  一個是電池質保問題,廠家對電池提供的質保是否能覆蓋V2G的使用?一旦使用了V2G,汽車的表顯累計里程就不能代表其電池的實際工作量。

  電池的壽命有限,雖然理論上優質的電芯單體的循環壽命可以達到2000次,因為一致性問題,目前成組電池包使用到容量衰減20%只有大約1000次充放電循環。 而V2G則把私家車原本數天充一次的頻率陡然提升到營運車的一天兩次充放的高使用強度。

  現行的國家對新能源車的補貼政策要求廠商對動力電池提供不低于8年或12萬公里的質保,實際很多電池未滿8年就會出現嚴重衰減需要更換,雖然技術在進步,動力電池的整體質量水平在提高,這項規定現在仍然是一個較高較嚴的要求,因此有些企業感到有壓力,希望縮短。 2019年3月14日國家市場監督管理總局發布《家用汽車產品修理、更換、退貨責任規定》(修訂征求意見稿)擬將三包有效期限定為最短為2年或者5萬公里。

  如果使用過V2G功能的車電池充電樁的電池出現過早衰減或其它故障,如何界定是充電樁的問題還是車的問題?這也是一個難點。

  不僅對電池,V2G對所有相關電氣部件包括BMS、電控、充電器、接插件、線路乃至溫控系統都是考驗,對其耐用性提出較高的要求。

  如果沒有足夠的相關利益驅動,電池包廠商和整車廠都不會愿意接受V2G,而對使用V2G的少數的用戶提供額外的質保責任。

  另外是安全、管理以及運營效率的問題。V2G的車輛零星分散,不易管理,效率也低,正好與換電站形成鮮明的對比。

  在換電站兼儲能站進行集中充放電,電池所處環境更好,更易于監控和管理,因此更安全更長壽。而且每個電池包所占空間小,租金分攤的占地成本低;再者,電池充放完畢,可以下架入庫碼放,并馬上將另一塊電池上架充放,或者甚至不需要上下架和插拔充放電接口,系統自動進行切換。設備的使用效率更高。

  V2G應用的最理想的場景是,用戶每天規律地上下班,家有智能慢充樁,每天晚上回家就插上并設置好低谷時間段定時充電,并且在工作單位附近有V2G充電樁,每天早上一到就插上以給電網供電,這一個商用充電樁就專供一臺車使用。

  但電網高峰時段和上班時間不完全重合,而且其中尖峰時段只有3個小時(工作日高峰時段一般為8時30分至11時30分和18時至23時,低谷時段為23時至7時,其余時段為平段;其中高峰時段中的10時30分至11時30分和19時至21時為尖峰時段) 。

  而上班時間包括午休一般是早8/9點-晚5/6點長達9-10個小時,這期間,一臺車就要一直獨占一個充電樁。 即使車主愿意把車鑰匙留給充電站工作人員,讓工作人員去挪車,以便在這臺車放電完畢后挪開讓別的車使用,也要有足夠富裕的停車位,并要付出額外的人工成本,而且代客挪車還有一些相關風險責任。

  僅考慮充電樁停車位的高昂占地成本一項,這樣的模式在市區就是完全不經濟的。

  更何況,每天有早晚兩個用電高峰時段,早高峰在上班時間,而晚高峰在下班后,僅在一個早高峰時段內回饋電網也是不夠的,無助于節約供電企業的預備機組的投資,為了兼顧兩個高峰時段,車主家的慢充樁也必須要升級V2G功能。

  相對于充電,V2G放電回電網的要求更集中,電流負荷更大,相應的V2G充放電樁等設備成本也遠高于普通充電樁。

  眾所周知,有很大比例的電動車自燃事故是發生在充電時,V2G無疑更增大這種風險。

  總之,V2G問題很多、其可行性很低,將純電動車的電池包拿出來集中管理與電網智能交互才是更好的方案。

  另外,平衡峰谷用電我認為應以給電池充電來消納低谷時的富裕電能為主,并盡可能多利用原先被大量棄用的光電、風電、水電等可再生能源;盡量少反向放電到電網補充高峰需求,而是盡可能多放電在純電動車行駛上;一方面是盡量避免不必要的充放電轉換的電能損耗、以及電池和設備的損耗,一方面是盡可能多用綠色的電能來驅動電動車,真正體現新能源車的意義。

  二,設備和電池小型化、模塊化、移動化、自動化和無人化

  這幾個方向相互關聯,只有電池實現小型化,設備才可以相應地小型化,電池和設備才方便移動,移動化的更高層次則是自動化和無人化。如果換電設備簡單易用的話,車主可以自助加電/換電。 如果電池和設備小型化了,加電也可以像騎手送外賣一樣簡單容易和成本低廉,如果用無人駕駛小車送電就更不用說了。隨時隨地、隨叫隨到、隨用隨走的無感的全自動移動加電將是未來終極的最令用戶滿意的加電形式。

  以下舉兩個企業的例子。

  蔚來汽車以給車主提供無微不至的服務而著稱,為方便消費者,提供快充、快換和加電車等多種方式的加電服務。 蔚來的加電車采用的是裝載著巨大的電池堆或者燃油發電機的商用車。加電車的車重加電池就已經數倍于一個普通乘用車,自然其能耗也數倍于普通乘用車,成本很高,只能用于應急,不適合大范圍推廣。 而目前蔚來現有車型的電池的巨大體積和重量是其提高換電速度、降低成本以及廣建站點和實現移動換電的阻礙。

  低速電動車企業御捷多年來一直在積極探索換電模式,據車訊網報道,其旗下的幻電科技新推出的底盤換電裝置,全套設備包括專用快換裝置、充放電裝置、電池包儲存裝置及電池快換專用運輸車輛,整體投入只需19萬元,占地僅需52平方米,換電時間僅需3分鐘,相比通常高速電動乘用車一個換電站投資動輒數百萬元,它投資小、占地省、門檻低。 只是該企業相比主流車企實力較弱,影響力不夠,該企業不是主要憑自己投資建設換電網絡而是寄希望于吸引經銷商投資;另外低速車國家標準遲遲不能出臺,低速車的路權問題不能解決,企業經營步履維艱,這樣好的方案單憑其一個企業不一定能夠成功推廣。

  如果把純電動車上的大電池包化整為零,一分為二甚至更多,易于實現模塊化和標準化,便于靈活組合使用,也可以降低單個換電站的投資和運營成本,有利于加速換電網點建設。 在兩輪電動車換電領域已經有不少運營企業在換電商業模式推廣上取得了一定程度的成功,其模式和經驗也有很多值得純電動汽車行業借鑒之處。

  結語

  凡事都有利有弊,很難做到完美,一個想法從提出到實施難免會有很多具體問題,在做的過程中克服和解決即可。大家集思廣益,一定能找出更好的建設性的解決辦法,希望大家加強團結,共同努力,把行業做大做強,盡快實現新能源汽車換道超車的中國夢。

(責編:李晶波)

來源:新浪汽車原創

作者:李晶波

本文地址:http://www.ferhc.com/news/shichang/133463

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