換電的解決方案最早是由電動(dòng)汽車(chē)充電速度慢、充電樁數(shù)量少而衍生出來(lái)的。純電動(dòng)汽車(chē)充電和燃油汽車(chē)加油是同一個(gè)過(guò)程。什么時(shí)候純電動(dòng)汽車(chē)充電的速度接近加油的速度了，全面取代燃油車(chē)的時(shí)間就到了。
我們可以大致對(duì)比一下：
一輛燃油車(chē)加滿一箱油可以跑600公里，加一箱油大約需要3分鐘，也就是每分鐘增加200公里的續(xù)航里程。而純電動(dòng)汽車(chē)的百公里耗電按15度算，如果要達(dá)到燃油車(chē)加油的速度，每分鐘要充進(jìn)去30度電才可以。
每分鐘充30度電需要多大的充電樁呢？1800千瓦。而今天，我們?cè)诟咚俟沸菹^(qū)看到的那些充電樁都是多大的呢？一般是兩種，一種60千瓦，一種120千瓦。而且，這已經(jīng)是國(guó)家電網(wǎng)的大功率快充樁了。它們只能提供燃油車(chē)加油時(shí)補(bǔ)充續(xù)航速度的1/30-1/15，所以今天現(xiàn)實(shí)的局面是加油3分鐘，充電1小時(shí)。
當(dāng)然，現(xiàn)在有些廠家自己定制的專屬充電樁的功率更大，比如特斯拉最高就有250千瓦的充電樁。但這也只是1800千瓦的1/7而已，依然不能算快。只有當(dāng)進(jìn)展到加油3分鐘、充電5-6分鐘這個(gè)比例的時(shí)候，純電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)電才不會(huì)是人們的焦慮。那個(gè)時(shí)候，充電功率就是1000千瓦。
這種超高功率的充電樁不要說(shuō)國(guó)家電網(wǎng)了，就算是最激進(jìn)的電動(dòng)汽車(chē)品牌也都沒(méi)有。不是因?yàn)樗鼈儼l(fā)展速度比較慢，幾年后會(huì)慢慢達(dá)到1000千瓦，而是永遠(yuǎn)也不可能達(dá)到這個(gè)功率。因?yàn)檫@么高的功率已經(jīng)超過(guò)了兩個(gè)限制，一個(gè)是人體限制，另一個(gè)是電池限制。
超過(guò)人體限制是因?yàn)樘亮?。具體原因是這樣：
要達(dá)到1000千瓦的功率，如果充電的電壓按1000V算，線上的電流就是1000A。1000A肯定不能用一根銅導(dǎo)線傳輸，而是要分成多股導(dǎo)線，再算上高壓大電流下必須做到位的絕緣層、外包皮，這根線從充電樁接出來(lái)、接到電動(dòng)汽車(chē)充電口上，就算只有3米長(zhǎng)，重量也妥妥超過(guò)100公斤，而且還很難根據(jù)需要的角度彎折。女性、中老年人是沒(méi)有力氣把這根線插在車(chē)輛的充電口上的。
同樣邁不過(guò)去的硬件限制還有電池的性能。因?yàn)橐?-6分鐘充滿電，就至少要保證10C-20C的充電速率。補(bǔ)充說(shuō)明一下，1C指的是1小時(shí)內(nèi)把電池電量充滿；如果充電速率是2C，就意味著半小時(shí)充滿。今天，電動(dòng)汽車(chē)?yán)锸褂玫碾姵卮蠖贾恢С?C-2C的充電速率，也就是說(shuō)，最快也只能在半小時(shí)到1小時(shí)內(nèi)充滿。如果再快，電池就會(huì)大幅折壽，所以電池管理系統(tǒng)會(huì)把充電速度卡死在一個(gè)合適的區(qū)間。
為什么不能支持20C的充電速率呢？其實(shí)這類電池也有。比如，航模里的電池很多就支持這種大功率充放，但它們的能量密度會(huì)低很多。原本可以續(xù)航400公里的電池，換用支持20C充電的類型，續(xù)航就變成180公里了。
所以，從人體極限和電池極限兩個(gè)硬性的指標(biāo)來(lái)看，充電速度是不可能比特斯拉的250千瓦再大幅提高的。
有這兩個(gè)硬限制卡著，想加快充電速度就只有換電了，也就是把純電動(dòng)汽車(chē)的電池整體拿下來(lái)，再把另外一塊早就充滿的電池?fù)Q上。這個(gè)步驟如果可以控制在幾分鐘之內(nèi)完成，充電速度上的限制就能打破。
它到底需要多久呢？
其實(shí)，今天已經(jīng)有廠商推出了換電方案。對(duì)普通用戶來(lái)說(shuō)，就是蔚來(lái)ES系列；對(duì)行業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，最典型就是電動(dòng)垃圾車(chē)。蔚來(lái)電動(dòng)汽車(chē)換電池的操作，你在網(wǎng)上可以找到視頻，過(guò)程大致是這樣的：先把車(chē)開(kāi)到換電站，這和開(kāi)到加油站類似。然后，把車(chē)停到指定位置。一個(gè)車(chē)位的換電站，面積大約和機(jī)場(chǎng)書(shū)店差不多。停好以后，機(jī)械臂把車(chē)輛抬起大約1米，然后會(huì)有一個(gè)和汽車(chē)底盤(pán)一樣大的機(jī)械托盤(pán)伸進(jìn)車(chē)底，對(duì)準(zhǔn)螺絲孔后把底盤(pán)的電池卸下來(lái)，托著它送到庫(kù)房。同時(shí)，托出一組充滿電的新電池，對(duì)準(zhǔn)螺絲孔位安裝好。再把車(chē)放下來(lái)，開(kāi)走就可以了。從司機(jī)下車(chē)到司機(jī)上車(chē)，總共需要5分鐘時(shí)間。
到現(xiàn)在為止，蔚來(lái)的實(shí)際用戶換電次數(shù)超過(guò)100萬(wàn)次。這個(gè)數(shù)字聽(tīng)上去非?？鋸?，我大概算了一下：
蔚來(lái)在公布換電方案時(shí)，信心滿滿地要在全國(guó)建1100座換電站，但實(shí)際上只建成了530座。如果有100萬(wàn)次換電，每座就要至少承擔(dān)7000次。按每次6分鐘計(jì)算，就需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)29天。而實(shí)際上，換電站不可能一直運(yùn)轉(zhuǎn)，假設(shè)每天有7小時(shí)在運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要每座換電站至少存在了3個(gè)月以上才能達(dá)到100萬(wàn)這個(gè)數(shù)字。這么一算，還是很合理的，因?yàn)槲祦?lái)的換電站已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)了4年多了。
而且從真實(shí)的視頻采訪里看，下班后到睡覺(jué)前這段時(shí)間換電站總是人滿為患，幾乎每個(gè)車(chē)都要排隊(duì)，等幾十分鐘時(shí)間。雖然換電只需要5分鐘，但排隊(duì)半小時(shí)到1個(gè)小時(shí)還是非常尷尬的。但這起碼也說(shuō)明，當(dāng)前換電的需求是大于供給的。
至于純電動(dòng)工程車(chē)輛的換電，就沒(méi)有這么麻煩了。比如，北京航天橋下的北京環(huán)衛(wèi)垃圾車(chē)的換電站，由機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)電池的換裝，垃圾車(chē)是不需要排隊(duì)的。
換電方式之所以不廣為人知，是因?yàn)樗嬖趦煞矫娴睦щy，一個(gè)是設(shè)計(jì)上的困難，一個(gè)是資金上的困難。設(shè)計(jì)上的困難就是，注定只能在品牌內(nèi)部實(shí)現(xiàn)換電。不同品牌的汽車(chē)，底盤(pán)設(shè)計(jì)不同、電池規(guī)格不同，是不可能通用的。
蔚來(lái)或其他工程車(chē)輛之所以能把換電搞起來(lái)，是因?yàn)樗鼈兊氖袌?chǎng)占有率過(guò)線了。比如蔚來(lái)，一共賣(mài)出了5萬(wàn)輛純電動(dòng)汽車(chē)，而且銷(xiāo)量還在增長(zhǎng)。2020年以來(lái)，中國(guó)每賣(mài)出3-4輛純電動(dòng)汽車(chē)，就有1輛來(lái)自蔚來(lái)。所以，它在事實(shí)上形成了一部分電池設(shè)計(jì)上的統(tǒng)一，自然可以搞換電。
工程車(chē)輛更是如此。它們本身就是統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造的，只要在畫(huà)圖紙的階段規(guī)劃了換電，就一定可以實(shí)現(xiàn)。而且，換電的方案還可以從工程車(chē)輛擴(kuò)展到城市公交車(chē)和出租車(chē)。而對(duì)于個(gè)人用車(chē)來(lái)說(shuō)，要不要設(shè)計(jì)成換電的方式，需要在車(chē)輛誕生之前的3-5年就規(guī)劃好，也就是說(shuō)，從畫(huà)圖紙開(kāi)始就要把車(chē)身和電池分開(kāi)設(shè)計(jì)。
這個(gè)思路有點(diǎn)像配電腦，存儲(chǔ)部分就相當(dāng)于車(chē)輛的電池，可以用一個(gè)外置硬盤(pán)，也可以用NAS系統(tǒng)，或者最簡(jiǎn)單的，插一個(gè)500G的SSD。車(chē)電分離的設(shè)計(jì)也是這樣，電池安放在底盤(pán)的一個(gè)固定位置，電量可大可小，電池規(guī)格的高低和車(chē)輛本身的性能、內(nèi)飾、配制完全無(wú)關(guān)。但是，目前大部分純電動(dòng)汽車(chē)一開(kāi)始都沒(méi)有這樣設(shè)計(jì)，它們一般采用的是一體式的設(shè)計(jì)思路——當(dāng)車(chē)比較豪華時(shí)，電池往往就比較大；車(chē)比較普通時(shí)，電池容量也隨之配備的比較小。
車(chē)電分離的好處是什么呢？
這樣一來(lái)，電池的拖累就不再有了。比如，我很看好某款車(chē)，而且我對(duì)電池比較懂，知道剛剛涌現(xiàn)的一大批純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程之所以都飆到600公里以上，是用NCM811這種電池堆出來(lái)的。而這種電池我不喜歡，雖然它能量密度高，但業(yè)界早就有質(zhì)疑，夏天聽(tīng)到的“純電汽車(chē)充電時(shí)著火了”的新聞就和它脫不了干系。于是，在車(chē)身和電池不分離設(shè)計(jì)的時(shí)候，即便這款車(chē)設(shè)計(jì)得再好，我也不愿意買(mǎi)。我寧可買(mǎi)出租車(chē)水準(zhǔn)的、使用了磷酸鐵鋰電池的那種很難自燃的車(chē)款。
但如果車(chē)身和電池是分離設(shè)計(jì)的，我就不用操心電池了。我可以買(mǎi)車(chē)身租電池，這樣購(gòu)車(chē)款可能比買(mǎi)帶電池的還便宜7萬(wàn)元。電池呢？就按月租。比如，我總是上下班跑，租一個(gè)小一些的電池就夠用了，租金也便宜；如果我要跑一趟400公里的長(zhǎng)途，就租最大容量的電池，租一次就可以。而且我知道，NCM811電池不穩(wěn)妥，但之后肯定會(huì)有改進(jìn)型推出，比如NCM523出來(lái)了，我租這個(gè)型號(hào)的電池就可以了。
所以，電池和車(chē)身分離不僅能實(shí)現(xiàn)快速換電，更可以催生一些中間形態(tài)。比如，用戶偶爾采取換電的方式補(bǔ)充續(xù)航，但他可能根本不看重這種充電方式，而是看重今后可以隨時(shí)升級(jí)自己的電池。
除了設(shè)計(jì)上的困難，換電方式的另一個(gè)麻煩就是資金困難。
舉一個(gè)現(xiàn)實(shí)中的例子：蔚來(lái)汽車(chē)3年前規(guī)劃要建設(shè)1100家換電站，但實(shí)際到今天只建成了500多家，困難之大，可見(jiàn)一斑。如果廠商按照100輛車(chē)配一個(gè)換電站的比例建設(shè)，一個(gè)廠商每年賣(mài)出50萬(wàn)輛新車(chē)，就要新建5000個(gè)換電站。一個(gè)換電站占地60平方米，每年光新建換電站就要占用30萬(wàn)平方米土地。土地審批難、租金高，所以換電站建設(shè)費(fèi)用高，需要大量資金才可以。
傳統(tǒng)車(chē)廠從沒(méi)有遇到過(guò)類似的業(yè)務(wù)和困難，而新能源換電方案的車(chē)廠相當(dāng)于不但要賣(mài)車(chē)，還要提供對(duì)應(yīng)車(chē)型的個(gè)性化加油站。
換電的方案當(dāng)然可行，尤其是對(duì)那些銷(xiāo)量巨大的車(chē)企更是一個(gè)可選項(xiàng)。而對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，換電的方案不止是彌補(bǔ)了電動(dòng)汽車(chē)充電慢的不足，哪怕是對(duì)那些自己家就有停車(chē)位、充電樁的用戶，換電都是一個(gè)更好的設(shè)計(jì)。因?yàn)槿绻麖膱D紙階段就做到了車(chē)電分離，那么你買(mǎi)到的就是一輛相當(dāng)于電池可以升級(jí)的純電動(dòng)汽車(chē)了。
