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新能源電動車“換電”有未來?

發布日期:2022-04-12

核心提示:換電的解決方案最早是由電動汽車充電速度慢、充電樁數量少而衍生出來的。純電動汽車充電和燃油汽車加油是同一個過程。什么時候純
 換電的解決方案最早是由電動汽車充電速度慢、充電樁數量少而衍生出來的。純電動汽車充電和燃油汽車加油是同一個過程。什么時候純電動汽車充電的速度接近加油的速度了,全面取代燃油車的時間就到了。
 
我們可以大致對比一下:
 
一輛燃油車加滿一箱油可以跑600公里,加一箱油大約需要3分鐘,也就是每分鐘增加200公里的續航里程。而純電動汽車的百公里耗電按15度算,如果要達到燃油車加油的速度,每分鐘要充進去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,我們在高速公路休息區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,這已經是國家電網的大功率快充樁了。它們只能提供燃油車加油時補充續航速度的1/30-1/15,所以今天現實的局面是加油3分鐘,充電1小時。
 
當然,現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。只有當進展到加油3分鐘、充電5-6分鐘這個比例的時候,純電動汽車補電才不會是人們的焦慮。那個時候,充電功率就是1000千瓦。
 
 
 
這種超高功率的充電樁不要說國家電網了,就算是最激進的電動汽車品牌也都沒有。不是因為它們發展速度比較慢,幾年后會慢慢達到1000千瓦,而是永遠也不可能達到這個功率。因為這么高的功率已經超過了兩個限制,一個是人體限制,另一個是電池限制。
 
 
 
超過人體限制是因為太沉了。具體原因是這樣:
 
要達到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線傳輸,而是要分成多股導線,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、接到電動汽車充電口上,就算只有3米長,重量也妥妥超過100公斤,而且還很難根據需要的角度彎折。女性、中老年人是沒有力氣把這根線插在車輛的充電口上的。
 
 
 
同樣邁不過去的硬件限制還有電池的性能。因為要求5-6分鐘充滿電,就至少要保證10C-20C的充電速率。補充說明一下,1C指的是1小時內把電池電量充滿;如果充電速率是2C,就意味著半小時充滿。今天,電動汽車里使用的電池大都只支持1C-2C的充電速率,也就是說,最快也只能在半小時到1小時內充滿。如果再快,電池就會大幅折壽,所以電池管理系統會把充電速度卡死在一個合適的區間。
 
 
 
為什么不能支持20C的充電速率呢?其實這類電池也有。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低很多。原本可以續航400公里的電池,換用支持20C充電的類型,續航就變成180公里了。
 
 
 
所以,從人體極限和電池極限兩個硬性的指標來看,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,也就是把純電動汽車的電池整體拿下來,再把另外一塊早就充滿的電池換上。這個步驟如果可以控制在幾分鐘之內完成,充電速度上的限制就能打破。
 
 
它到底需要多久呢?
 
其實,今天已經有廠商推出了換電方案。對普通用戶來說,就是蔚來ES系列;對行業用戶來說,最典型就是電動垃圾車。蔚來電動汽車換電池的操作,你在網上可以找到視頻,過程大致是這樣的:先把車開到換電站,這和開到加油站類似。然后,把車停到指定位置。一個車位的換電站,面積大約和機場書店差不多。停好以后,機械臂把車輛抬起大約1米,然后會有一個和汽車底盤一樣大的機械托盤伸進車底,對準螺絲孔后把底盤的電池卸下來,托著它送到庫房。同時,托出一組充滿電的新電池,對準螺絲孔位安裝好。再把車放下來,開走就可以了。從司機下車到司機上車,總共需要5分鐘時間。
 
 
 
到現在為止,蔚來的實際用戶換電次數超過100萬次。這個數字聽上去非??鋸?,我大概算了一下:
 
蔚來在公布換電方案時,信心滿滿地要在全國建1100座換電站,但實際上只建成了530座。如果有100萬次換電,每座就要至少承擔7000次。按每次6分鐘計算,就需要連續運轉29天。而實際上,換電站不可能一直運轉,假設每天有7小時在運轉,就需要每座換電站至少存在了3個月以上才能達到100萬這個數字。這么一算,還是很合理的,因為蔚來的換電站已經運轉了4年多了。
 
 
 
而且從真實的視頻采訪里看,下班后到睡覺前這段時間換電站總是人滿為患,幾乎每個車都要排隊,等幾十分鐘時間。雖然換電只需要5分鐘,但排隊半小時到1個小時還是非常尷尬的。但這起碼也說明,當前換電的需求是大于供給的。
 
 
 
至于純電動工程車輛的換電,就沒有這么麻煩了。比如,北京航天橋下的北京環衛垃圾車的換電站,由機械手臂實現電池的換裝,垃圾車是不需要排隊的。
 
 
 
換電方式之所以不廣為人知,是因為它存在兩方面的困難,一個是設計上的困難,一個是資金上的困難。設計上的困難就是,注定只能在品牌內部實現換電。不同品牌的汽車,底盤設計不同、電池規格不同,是不可能通用的。
 
 
 
蔚來或其他工程車輛之所以能把換電搞起來,是因為它們的市場占有率過線了。比如蔚來,一共賣出了5萬輛純電動汽車,而且銷量還在增長。2020年以來,中國每賣出3-4輛純電動汽車,就有1輛來自蔚來。所以,它在事實上形成了一部分電池設計上的統一,自然可以搞換電。
 
 
 
工程車輛更是如此。它們本身就是統一設計制造的,只要在畫圖紙的階段規劃了換電,就一定可以實現。而且,換電的方案還可以從工程車輛擴展到城市公交車和出租車。而對于個人用車來說,要不要設計成換電的方式,需要在車輛誕生之前的3-5年就規劃好,也就是說,從畫圖紙開始就要把車身和電池分開設計。
 
 
 
這個思路有點像配電腦,存儲部分就相當于車輛的電池,可以用一個外置硬盤,也可以用NAS系統,或者最簡單的,插一個500G的SSD。車電分離的設計也是這樣,電池安放在底盤的一個固定位置,電量可大可小,電池規格的高低和車輛本身的性能、內飾、配制完全無關。但是,目前大部分純電動汽車一開始都沒有這樣設計,它們一般采用的是一體式的設計思路——當車比較豪華時,電池往往就比較大;車比較普通時,電池容量也隨之配備的比較小。
 
 
車電分離的好處是什么呢?
 
這樣一來,電池的拖累就不再有了。比如,我很看好某款車,而且我對電池比較懂,知道剛剛涌現的一大批純電動汽車的續航里程之所以都飆到600公里以上,是用NCM811這種電池堆出來的。而這種電池我不喜歡,雖然它能量密度高,但業界早就有質疑,夏天聽到的“純電汽車充電時著火了”的新聞就和它脫不了干系。于是,在車身和電池不分離設計的時候,即便這款車設計得再好,我也不愿意買。我寧可買出租車水準的、使用了磷酸鐵鋰電池的那種很難自燃的車款。
 
 
 
但如果車身和電池是分離設計的,我就不用操心電池了。我可以買車身租電池,這樣購車款可能比買帶電池的還便宜7萬元。電池呢?就按月租。比如,我總是上下班跑,租一個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電池不穩妥,但之后肯定會有改進型推出,比如NCM523出來了,我租這個型號的電池就可以了。
 
 
 
所以,電池和車身分離不僅能實現快速換電,更可以催生一些中間形態。比如,用戶偶爾采取換電的方式補充續航,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升級自己的電池。
 
 
 
除了設計上的困難,換電方式的另一個麻煩就是資金困難。
 
 
 
舉一個現實中的例子:蔚來汽車3年前規劃要建設1100家換電站,但實際到今天只建成了500多家,困難之大,可見一斑。如果廠商按照100輛車配一個換電站的比例建設,一個廠商每年賣出50萬輛新車,就要新建5000個換電站。一個換電站占地60平方米,每年光新建換電站就要占用30萬平方米土地。土地審批難、租金高,所以換電站建設費用高,需要大量資金才可以。
 
 
傳統車廠從沒有遇到過類似的業務和困難,而新能源換電方案的車廠相當于不但要賣車,還要提供對應車型的個性化加油站。
 
 
 
換電的方案當然可行,尤其是對那些銷量巨大的車企更是一個可選項。而對于用戶來說,換電的方案不止是彌補了電動汽車充電慢的不足,哪怕是對那些自己家就有停車位、充電樁的用戶,換電都是一個更好的設計。因為如果從圖紙階段就做到了車電分離,那么你買到的就是一輛相當于電池可以升級的純電動汽車了。

 
 
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