目前以及可见的未来解决电动汽车超长途驾驶的解决方案只有两个，也只有在中国目前才能见到这两个方案的大范围使用，一个是以Tesla为代表的超充，另外一个则是以蔚来为代表的换电。
如果是在2年前你问我看好哪个解决方案，那一定是Tesla的超充，但是最近一年深入参与纯电动汽车研发之后，一些事情让我从技术和行业角度看到换电在未来远大于超充的潜力。
Tesla今年在美国推出了V3版本的超级充电桩，性能比已有的V2充电桩有了质的提升，达到最大功率250kW，相对于V2版本的120kW。
新V3版本超充带来的是在基本空电情况下10分钟增加200公里续航的畅快体验。然而，在用户欢呼雀跃的时候，从另外一个方面却可以明显看到电池包变大之后超充的瓶颈所在。
无论是Tesla的250kW超充还是保时捷的350kW超充，目前都无法脱离传统锂电池的充电控制特性，即先恒电流快充，电压升至额定电压附近时改为恒电压充电，充电电流逐渐衰减，充电速度也随之衰减。
另外的限制还有电池本身的热管理极限，虽然标称的充电极限为250kW或者350kW，但是只能在电池充电刚开始的时候保持最大充电功率。所以，网上实测Model3 LR版本使用Tesla V3充电桩对比老V2充电桩的充电特性曲线如下：
从这个数据来看V3充电桩（红色实线）相对V2充电桩（黄色虚线）的真正优势只是在电池SOC 0-50%左右这个区间，而且250kW的极限功率只能维持在5%-20%的这个范围。当超充进入SOC 50% - 100%的区间之后，因为电池本身的充电特性限制，V3和V2版本充电桩在充电速度上并没有什么区别。
所以当电池包容量变得越来越大的时候，在充电时间/换电时间不变的情况下，超充功率提高所带来的变化主要体现在0-50%上下的区间，并且只能发挥大电池容量一半的优势。反之，因为换电过程和充电过程完全独立，在换电时间不变的情况下用户依旧可以得到基本100%的容量提升，电池包容量提升后换电时间完全不会变化。
这也是为什么一般超充的使用场景不是为了把电池充满，而只是为了应急的前50%-60%的电量。
下图显示的是Tesla V3和欧洲500AMP快充桩用在Model 3和Audi e-tron上的充电时间和加电量对比：
最开始的10分钟V3充电的Model3加电量是CCS快充e-tron的2.2倍左右，200公里 VS 90公里。但是这种优势在30分钟快充后缩小到1.4倍左右，369公里 VS 253公里。所以针对大电池包，超充的使用时间越长则相对其他快充的优势越不明显。
另一个关于换电对比超充的优势还在于电动汽车整个生命周期充电极限功率的变化。挪威有个Tesla车主在油管上实测了自己的Model S在生命周期不同阶段的超充速度。
https://www.youtube.com/watch?time_continue=26&v=C5MM9A_Acu4
在车辆（电池）生命周期的初始阶段，Tesla 超充桩上他可以得到110kW左右的极限充电功率（棕色曲线）。但是当电池逐渐老化后，在同样类型的超充桩上他的超充极限功率降低了15%左右到95kW的水平。所以因为电池保护，尤其是热保护等等原因，在整车使用周期可以预见的是伴随着电池逐渐老化，充电极限功率往往也会逐步下降，充电时间会随之上升。
但是这种情况在换电场景下自然不会出现。因为前面提到过，换电的本质在于换电时间和充电时间是完全独立的，哪怕电池老化需要的充电时间上升，消费者所能感受到的依旧是一样的换电时间。
最近两年我在纯电动领域工作的最大感触就是，电池选型好难！倒不是因为有什么技术难题，而是电池技术发展的速度实在太快了。从圆柱电池、方形电池到软包电池，这几年电池单体供应商也在不停变换自己的产品序列。
电池单体材料和化学设计的改变也在快速迭代电池单体的能量和功率密度。我在一篇专栏中举例了CATL最近两年内的电池单体升级：
2017年上市的523电芯能量密度：
方形电池: 235 Wh/kg 和570 Wh/L
软包电池: 250 Wh/kg 和530 Wh/L
短短两年时间，2019年上市的811电芯能量密度就有了20%左右的提升：
方形电池: 270 Wh/kg 和660 Wh/L
软包电池: 300 Wh/kg 和700 Wh/L
在电动汽车的电池技术上，最近3年基本是"去年上市的技术今年就会过时"的节奏，这也是前段时间小鹏车型迭代遇到车主维权的原因之一。
这种背景下换电技术的优势就很明显了。整个电池包，包括所有的电池单体、冷却回路、以及以BMS为首的控制系统完全和整车独立封装，只要整体电池包的外形设计不变，电池系统的主要构架不变（比如额定电压，比如控制原理），那么不论电芯的形式如何千变万化，容量如何升级，都可以简单通过5分钟换电来给整车升级，同理也适用于电池的问题召回。
电池系统的升级和更新维护完全可以通过换电站来实现而不需要"返厂"。换电顺带维护的操作，在为主机厂省下银子创造老用户增值服务的同时，也为已有车主创造了车型升级的可能性。蔚来在今年推出新的84kWh电池包的时候，就同时推出了ES8老车主的电池升级方案，这个是完全通过电池整体模块化和平台化，再加上换电站的模式而实现的。
说到电池迭代问题，我个人一直认为目前电动汽车的最好购买模式就是电池租赁而不是买电池。雷诺在欧洲一直以电池租赁的模式来销售电动汽车，于是可以保持Zoe车型长续航的同时和燃油车类似的售价。
而电池租赁模式也可以和电池不断的迭代升级以及换电站的模式完美契合。电池不再作为整车的一部分，而只是作为一种能量储存媒介。车主支付的电池租赁费用类似于每个月的油费，省去的是对电池衰减以及电池技术快速升级的担忧。将电池租赁和换电站组合之后，自然也就不再有人担心自己的"新电池"会换来一块"旧电池"。
今年看到一个有趣的能源创业公司概念Energy Vault，就是利用类似混凝土块的建筑材料势能来储存能量，搭配产能不稳定的风能或者太阳能使用，用来提供持续的电能储存和供给。整个原理和水利发电类似。
产能过剩的时候，多余的电能可以搭建混凝土"充电宝"，转化为势能；
需要放电稳定电能供给的时候，混凝土"充电宝"通过搬砖自由落体来转化势能为电能。
这里不过多讨论这个技术的可行性，但是它所要实现的稳定和优化电能供给也是电动车时代的挑战所在。
想象一下当所有燃油车都变成电车的时候，所有路上石油燃料的消费都转化成电能消费。再想象一下遍地搭建的快充站，一个充电桩的最高功率就有250kW，同时10辆车充电一个快充站的峰值功率就会超过2500kW。这些不仅是对电网负荷能力的挑战，也是对电网峰谷用电平衡的挑战。
Tesla V3充电站的设计，太阳能电池板+电池储能的方式在一定程度上也是为了缓解整体电能的需求和对电网的压力。
而换电模式在这里的优势又一次体现在充电和换电独立，充电部分可以针对电网的需求进行优化而不必在不合适的时候或者不适合的地点过多占用电网资源。
- 比如，充电站本身的电池可以以相对较低的充电速度连续充电而不会给供电网络造成超充站类似的负载大幅波动。
- 又比如，当换电需求量大幅上升，换电站电池远程充电配送成为可能的时候，电池可以被安排只在电网用电波谷，也是电费最便宜的时候集中充电。
这一层换电的优势不是针对单个消费者，而是更多体现在对整体城市和国家电能供给的稳定和优化上。
换电不一定适用于所有国家和地区，但是在中国具有它独特的水土优势。这个可以参考 @鱼非鱼 这篇专栏的分析，这里列举他提到的几点适合换电站场景的中国特色：
鱼非鱼：剖析蔚来（二）：被低估的换电模式中国纯电动车销售集中在少数限购城市，特别是北京。在这些高密度大城市容易形成规模效应，换电站这种模式会变得更有效率。
大城市地租很贵，建设充电站因为每辆车需要时间充电，土地"翻台"速度慢，大量建设充电桩土地成本很高。相反人工相对便宜，充能（充电/换电）便利性的问题可以借助人工解决。
中国有高铁，城际长途旅行选择自驾的人比美国少得多。相反，中国城市内的充电桩布局远比加州少，很多城市居民居住环境还没有安充电桩的条件。厂商推出电动车要打开局面，仍然需要优先保证城内通勤和代步的需要。
另外我最近一直在考虑，如果我回国需要立刻买电动汽车最好的选择会是什么？
- 短期内不方便安装自己的充电桩
- 不想花时间在寻找公共充电桩和慢充上
- 不想把Tesla超充作为平时充电的唯一方案，同时超充现在收费并不便宜
- 希望能租赁电池而不是买电池
好像目前蔚来的换电是针对我这个情况最好也是唯一的选择。
换电站的劣势，大多是扔给车企的挑战。包括初期建设成本，后期新车型的电池包兼容性问题，以及换电+电池租赁+电池升级的最佳商业模式组合选择……对于消费者来说，在换电成本不高甚至免费的场景下，加上电池租赁的助攻，我完全看不到超充的优势。
可以肯定的是，快充/超充桩，在充电功率大幅提升的背景下依旧是应急充电的主流模式之一，但是从长远规划来看因为换电将充电和用电环节独立，将更具有长远优势和拓展潜力。另外这种潜力的应用场景远远不止限于高速的应急补电，而是可以作为主流日常充电模式来使用。
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：一个kebab
【知乎日报】千万用户的选择，做朋友圈里的新鲜事分享大牛。 点击下载
此问题还有 72 个回答，查看全部。
延伸阅读：
纯电动汽车的大规模普及会不会来得比预期晚很多？
除了 Tesla Motors，还有哪些厂商生产纯电动车，各有什么特点？
没有评论:
发表评论