电池与汽车不能分开，对换电技术失效模式的分析
许多人对中国政府选择“纯电”技术路线发展新能源汽车有一些微辞，主要理由是动力电池必须配置大量的充电桩来充电，而马路旁边不可能普及众多的充电桩。于是有一些专家积极主张，目前唯一最佳的是换电技术模式。笔者长期研究电动汽车电能补充模式，研究结论表明，换电模式与充电模式相比，技术难度更大、投入规模更大、普及更困难，投入回收基本无望。下面对电动汽车换电技术进行失效模式分析，供关心的同行参考。一、中国为什么提出“弯道超车”的新能源汽车发展路线?节能减排是世界各国面临的共同任务，汽车发展方向是电动化，这是全世界汽车行业的共同认识和理解。但是在实现上却不同，即不同国家其发展新能源汽车的技术路线存在重大差别：a)目前，欧洲以鼓励柴油动力为主，奔驰、奥迪等品牌厂家的选择是更为节能的柴油技术路线;b)多年以来，日本主要倡导混合动力，即在现有加油基础设施下，积极推进混合动力技术路线，且取得骄傲的成绩;c)美国的民用车市场受日本影响巨大，目前其基本趋势正在靠近日本的混合动力汽车路线;d)中国政府经过多年的探索，最后决定以发展纯电动驱动汽车为新能源汽车的技术路线。归纳起来：a)欧美日目前主张的挖掘燃油汽车的潜力，来提高节能减排效果。当前汽车强国新能源汽车的路线，第一步是混合动力汽车;第二步燃料电池汽车;第三步纯电动汽车。b)中国政府在对混合动力技术进行尝试以后，最后提出的选择是，纯电动驱动汽车的技术路线，即对原来汽车技术路线进行调整，主力推进纯电动(含插电式混合)汽车、再推进燃料电池汽车。中国政府提出“弯道超车”技术路线的基本理由：一是过去的汽车发展道路是欧美日等强国主导的，中国是一个跟随者;二是目前中国已经是汽车生产大国和消费大国，作为一个追随者，通过30年的努力，也没有成为汽车强国，技术上却长期落后;三是如今发展新能源汽车，如果继续沿着发达国家制定的发展道路，中国依然成不了汽车强国。换一句话说，中国已经有了制定新能源汽车发展道路的“底”气。中国人制定汽车发展道路能不能使得中国成为汽车强国?目前要肯定的回答这个问题还为时过早。但是2016年中国新能源汽车产销已经超过50万辆规模，成为世界第一新能源汽车生产大国的这一事实，可以说明，中国新能源汽车产业已经驶入快速发展通道。二、发展电动汽车，车载电池能量如何补给?车载电池系统是一个储能部件，其能量补给模式基本上分两大类，一是车上发电补给，混合动力模式归属车上发电补给，燃料电池也是车上发电补给;二是依赖地面电网予以车载电池电能补给。电网给电池电能补给方式有可以分为两种：a)换电模式。在地面上先把电池充好，其次把充好电池换换到车上去，再把“空”的电池换一下来，去充电;b)直接充电模式。车载电池通过充电枪(充电器)与电网的电源系统链接后，再予以充电。对电池而言，无论换电模式和还是通过充电枪(器)直接对车载电池充电，都是一个电能补充环节的。与充电模式不同的是，换电模式可以实现工厂式充电生产，可以集规模的、批量式给电池充电。充电好比在加工生产，待充电的电池好，比是待加工的材料，充好的电池好比是出厂的产品。电池工厂式的充电模式，其电能补充时间是由电能补充工厂负担了，而直接给车载电池充电的时间，是由车主承担了。电池充电是一个电化学过程，而加油是一个物理过程。按常理说，如果单纯针对电能补充的速度上而言，电化学反应的速度，比物理上的加油速度可以快得多。但是电化学反应速度太快了，安全保障措施成本也是相当高的。所以实际上，电池充电时间比加油时间长得多，是基于电池电能补充安全上考究。通俗地讲，电池电能补充其技术复杂度比物理上加油要难许多倍。三、什么样的电能量补充模式可以叫电动汽车用户满意?站在汽车使用者的角度上，要求电动汽车的电能补充等待时间，不能比燃油车在加油站的时间长。这里有一个前提，提高其满意度不能增加支出。用户满意是比较出来的主观感受。目前的困惑是，燃油车加油时间，用户已经有了体验且是基本满意的。电动汽车电能补充时间如果不到达这个水准，用户对这个指标，肯定是不会满意的。从技术上，提高电能补充效率，无论换电技术和直接充电技术都是可以实现的。但是必须加大提高电能补充效率的成本，这个成本如果叫用户承担，用户肯定不满意。从用户满意不满意角度来讲，有没有比加油时间还要短的电动汽车能量补充模式，也又增加用户的支出?可以肯定地回答，没有!从技术上，充电技术可以提高电能补充效率，但是电能补充效率提高一点，其成本开销成倍增加;换电技术当然也可以提高电能补充效率，其效率越大，其成本开销比充电技术提高效率更大。谁承担这个电能补充效率因提高成倍而增加的成本?没有找到承担这个电能补充效率成本的主体，而硬性推广高效率的换电技术或者是高效率的充电技术，没有一点经济上的意义。四、对中央电视台报道的换电模式新闻事件的质疑中央电视台进行报道了西南一家个企业，积极推行换电技术，其主题是“换电技术”可以实现5分钟，完成给电动汽车的电能补充。言下之意，换电技术比充电桩技术是如何、如何地先进?其画面是，车子采用换电模式以后，车辆没有电了，车主服务商打了一个电话，一个换电池专用车立马到了，两个专业人员用了不5分钟的时间，把电池换上了，车辆开走了。笔者下面进行逻辑推敲：前提：不是车辆出现故障，而仅仅车辆是没有电了。推敲：a)如果燃油车辆没油了，是不是可以打个电话，用专用车带一个油箱过来，更换掉原来油箱?技术上是可以的;但是如果专用服务车带少量的油料，给车载油箱加一定的油?用户对哪一种服务更满意?b)如果是充电方式，是不是可以打个电话，来一个专用车，给没有电的车辆，进行10到20分钟快充。用户对是换电满意，还是充电模式满意?是换电模式好，还是充电模式好?还要继续讨论吗?五、换电模式与加油模式的比较换电技术难度比加油难度大得多。油是液态的，通过管道运输即可，油箱是固定在车上的。油箱安装是有安全要求的。同样，电池箱安装在车上是有安全要求的。汽车电池箱的安装技术等级比手机的电池、电动自行车电池盒子安装的安全要求高得多。手机的电池、电动自行车电池盒子可以设计成即插即用件。汽车电池箱是不允许成即插即用件，高压电器设备安装是有安装要求的，一是机械性、二是电器性能要求的。车载动力电池安装绝不是一个车载货物的装卸过程。中央电视台报道的换电模式实际例子中，是将电池箱安装到车上以后，用滑动软带拉紧电池可以固定电池箱。其宣传是不用螺栓、不用螺帽，不用扳手的。好像比电脑主板安装即插即用件还更为简洁。实际上电脑上安装即插即用件，也是要用螺丝刀进行固定的。笔者质疑：a)这样的安装操作，国家标准、行业标准什么时间允许的?做广告还可以，工程上是绝对不允许;b)汽车总成件安装牢靠度，是要用工具测量的，必须达到技术等级要求的，否则，其安全性是无法保障的。c)车载动力电池箱危险品，上面有高压的，非专业人员不得操作，必须有防范犯错措施技术保障的。如果要提高其安全安装效率，必须配更多的专业设备和专业人员。d)目前燃油车，在加油站，车主可以自助加油，提高了客户满意度。换电模式可以做到用户自助换电吗?六、一些专家在推广换电技术常犯常识性错误常识性错误1：充电桩充电是歧途。实际上充电技术是给电动汽车车载电池补充电能的基本技术，比如特斯拉电动汽车也是充电模式。为什么中国电动汽车用充电桩充电就成了是歧途了?常识性错误2：普及用充电桩充电是异想天开。实际上目前中国充电桩技术已经很成熟了。有交流的，有直流的;有充电枪，有充电器的;有集中式充电站，也有个人专有充电器。目前上100万辆新能源汽车，绝大部分是充电模式的。为什么说异想天开?常识性错误3：把“电池与汽车”分开，以“换煤气罐”方式达成汽车快速补充电能的要求。“电池与汽车”不能分开。这不是一个技术性问题，而是安全管理学的问题。电池与汽车必须“一对一”，绝不可以“多对多”。民用车辆有一个有安全责任归属问题，安全责任主体是谁?煤气罐出了安全责任事故，责任主体划分没有困难的，民用车辆发展安全责任事故，如何划分责任主体是十分困难的。不过军队车辆是可以。国家级标准(《机动车运行安全技术条件》)不会允许换电模式车辆上路的。煤气灶的技术与电动汽车的技术却不在一个水准上。常识性错误4:将电池分组，逐个放电使用，每次只换用完的电池组。车上电池是分组的，但是使用上是一个整系统在工作的。没有分开放电的原理。可以分开充电，是提高充电效率，但是没有分组换电池的原理。七、研究结论a)动力电池生产和维护技术是十分复杂的。同样动力电池电能补充技术也是高技术含量的。b)用充电桩(充电器)给电动汽车进行电能补充是基本模式，可以完善，提高其效率，但是不可能被推翻的。c)无论是充电技术还换电技术，都可以克服一些技术瓶颈，来提高客户满意度，但是投入端，必须是低成本的，提供的服务价格用户是可以接受的。d)换电技术成本更高，用户不会为了这个高水平的服务，而承担高额付出的。无论建设成什么样高技术含量的、高水平换电模式工厂，其投入成本，是不可能从电动汽车使用者得到预期回报的。e)在动力电池比能量与燃油相比还差上100倍以上前提下，普及换电技术是将简单问题复杂化。
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