電動(dòng)汽車(chē)換電技術(shù)進(jìn)行失效模式分析

許多人對(duì)中國(guó)政府選擇“純電”技術(shù)路線發(fā)展新能源汽車(chē)有一些微辭，主要理由是動(dòng)力電池必須配置大量的充電樁來(lái)充電，而馬路旁邊不可能普及眾多的充電樁。于是有一些專(zhuān)家積極主張，目前唯一最佳的是換電技術(shù)模式。

筆者長(zhǎng)期研究電能補(bǔ)充模式，研究結(jié)論表明，換電模式與充電模式相比，技術(shù)難度更大、投入規(guī)模更大、普及更困難，投入回收基本無(wú)望。下面對(duì)電動(dòng)汽車(chē)換電技術(shù)進(jìn)行失效模式分析，供關(guān)心的同行參考。

一、中國(guó)為什么提出“彎道超車(chē)”的新能源汽車(chē)發(fā)展路線?

節(jié)能減排是世界各國(guó)面臨的共同任務(wù)，汽車(chē)發(fā)展方向是電動(dòng)化，這是全世界汽車(chē)行業(yè)的共同認(rèn)識(shí)和理解。但是在實(shí)現(xiàn)上卻不同，即不同國(guó)家其發(fā)展新能源汽車(chē)的技術(shù)路線存在重大差別：

a)目前，歐洲以鼓勵(lì)柴油動(dòng)力為主，奔馳、奧迪等品牌廠家的選擇是更為節(jié)能的柴油技術(shù)路線;

b)多年以來(lái)，日本主要倡導(dǎo)混合動(dòng)力，即在現(xiàn)有加油基礎(chǔ)設(shè)施下，積極推進(jìn)混合動(dòng)力技術(shù)路線，且取得驕傲的成績(jī);

c)美國(guó)的民用車(chē)市場(chǎng)受日本影響巨大，目前其基本趨勢(shì)正在靠近日本的混合動(dòng)力汽車(chē)路線;

d)中國(guó)政府經(jīng)過(guò)多年的探索，最后決定以發(fā)展純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)為新能源汽車(chē)的技術(shù)路線。

歸納起來(lái)：

a)歐美日目前主張的挖掘燃油汽車(chē)的潛力，來(lái)提高節(jié)能減排效果。當(dāng)前汽車(chē)強(qiáng)國(guó)新能源汽車(chē)的路線，第一步是混合動(dòng)力汽車(chē);第二步燃料電池汽車(chē);第三步純電動(dòng)汽車(chē)。

b)中國(guó)政府在對(duì)混合動(dòng)力技術(shù)進(jìn)行嘗試以后，最后提出的選擇是，純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)路線，即對(duì)原來(lái)汽車(chē)技術(shù)路線進(jìn)行調(diào)整，主力推進(jìn)純電動(dòng)(含插電式混合)汽車(chē)、再推進(jìn)燃料電池汽車(chē)。

中國(guó)政府提出“彎道超車(chē)”技術(shù)路線的基本理由：

一是過(guò)去的汽車(chē)發(fā)展道路是歐美日等強(qiáng)國(guó)主導(dǎo)的，中國(guó)是一個(gè)跟隨者;

二是目前中國(guó)已經(jīng)是汽車(chē)生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó)，作為一個(gè)追隨者，通過(guò)30年的努力，也沒(méi)有成為汽車(chē)強(qiáng)國(guó)，技術(shù)上卻長(zhǎng)期落后;

三是如今發(fā)展新能源汽車(chē)，如果繼續(xù)沿著發(fā)達(dá)國(guó)家制定的發(fā)展道路，中國(guó)依然成不了汽車(chē)強(qiáng)國(guó)。

換一句話說(shuō)，中國(guó)已經(jīng)有了制定新能源汽車(chē)發(fā)展道路的“底”氣。中國(guó)人制定汽車(chē)發(fā)展道路能不能使得中國(guó)成為汽車(chē)強(qiáng)國(guó)?目前要肯定的回答這個(gè)問(wèn)題還為時(shí)過(guò)早。但是2016年中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)已經(jīng)超過(guò)50萬(wàn)輛規(guī)模，成為世界第一新能源汽車(chē)生產(chǎn)大國(guó)的這一事實(shí)，可以說(shuō)明，中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)駛?cè)肟焖侔l(fā)展通道。

二、發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，車(chē)載電池能量如何補(bǔ)給?

車(chē)載電池系統(tǒng)是一個(gè)儲(chǔ)能部件，其能量補(bǔ)給模式基本上分兩大類(lèi)，一是車(chē)上發(fā)電補(bǔ)給，混合動(dòng)力模式歸屬車(chē)上發(fā)電補(bǔ)給，燃料電池也是車(chē)上發(fā)電補(bǔ)給;二是依賴(lài)地面電網(wǎng)予以車(chē)載電池電能補(bǔ)給。電網(wǎng)給電池電能補(bǔ)給方式有可以分為兩種：

a)換電模式。在地面上先把電池充好，其次把充好電池?fù)Q換到車(chē)上去，再把“空”的電池?fù)Q一下來(lái)，去充電;

b)直接充電模式。車(chē)載電池通過(guò)充電槍(充電器)與電網(wǎng)的電源系統(tǒng)鏈接后，再予以充電。

對(duì)電池而言，無(wú)論換電模式和還是通過(guò)充電槍(器)直接對(duì)車(chē)載電池充電，都是一個(gè)電能補(bǔ)充環(huán)節(jié)的。與充電模式不同的是，換電模式可以實(shí)現(xiàn)工廠式充電生產(chǎn)，可以集規(guī)模的、批量式給電池充電。充電好比在加工生產(chǎn)，待充電的電池好，比是待加工的材料，充好的電池好比是出廠的產(chǎn)品。

電池工廠式的充電模式，其電能補(bǔ)充時(shí)間是由電能補(bǔ)充工廠負(fù)擔(dān)了，而直接給車(chē)載電池充電的時(shí)間，是由車(chē)主承擔(dān)了。電池充電是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程，而加油是一個(gè)物理過(guò)程。按常理說(shuō)，如果單純針對(duì)電能補(bǔ)充的速度上而言，電化學(xué)反應(yīng)的速度，比物理上的加油速度可以快得多。但是電化學(xué)反應(yīng)速度太快了，安全保障措施成本也是相當(dāng)高的。所以實(shí)際上，電池充電時(shí)間比加油時(shí)間長(zhǎng)得多，是基于電池電能補(bǔ)充安全上考究。通俗地講，電池電能補(bǔ)充其技術(shù)復(fù)雜度比物理上加油要難許多倍。

三、什么樣的電能量補(bǔ)充模式可以叫電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)滿(mǎn)意?

站在汽車(chē)使用者的角度上，要求電動(dòng)汽車(chē)的電能補(bǔ)充等待時(shí)間，不能比燃油車(chē)在加油站的時(shí)間長(zhǎng)。這里有一個(gè)前提，提高其滿(mǎn)意度不能增加支出。用戶(hù)滿(mǎn)意是比較出來(lái)的主觀感受。

目前的困惑是，燃油車(chē)加油時(shí)間，用戶(hù)已經(jīng)有了體驗(yàn)且是基本滿(mǎn)意的。電動(dòng)汽車(chē)電能補(bǔ)充時(shí)間如果不到達(dá)這個(gè)水準(zhǔn)，用戶(hù)對(duì)這個(gè)指標(biāo)，肯定是不會(huì)滿(mǎn)意的。

從技術(shù)上，提高電能補(bǔ)充效率，無(wú)論換電技術(shù)和直接充電技術(shù)都是可以實(shí)現(xiàn)的。但是必須加大提高電能補(bǔ)充效率的成本，這個(gè)成本如果叫用戶(hù)承擔(dān)，用戶(hù)肯定不滿(mǎn)意。從用戶(hù)滿(mǎn)意不滿(mǎn)意角度來(lái)講，有沒(méi)有比加油時(shí)間還要短的電動(dòng)汽車(chē)能量補(bǔ)充模式，也又不增加用戶(hù)的支出?可以肯定地回答，沒(méi)有!

從技術(shù)上，充電技術(shù)可以提高電能補(bǔ)充效率，但是電能補(bǔ)充效率提高一點(diǎn)，其成本開(kāi)銷(xiāo)成倍增加;換電技術(shù)當(dāng)然也可以提高電能補(bǔ)充效率，其效率越大，其成本開(kāi)銷(xiāo)比充電技術(shù)提高效率更大。

誰(shuí)承擔(dān)這個(gè)電能補(bǔ)充效率因提高成倍而增加的成本?沒(méi)有找到承擔(dān)這個(gè)電能補(bǔ)充效率成本的主體，而硬性推廣高效率的換電技術(shù)或者是高效率的充電技術(shù)，沒(méi)有一點(diǎn)經(jīng)濟(jì)上的意義。

四、對(duì)中央電視臺(tái)報(bào)道的換電模式新聞事件的質(zhì)疑

中央電視臺(tái)進(jìn)行報(bào)道了西南一家個(gè)企業(yè)，積極推行換電技術(shù)，其主題是“換電技術(shù)”可以實(shí)現(xiàn)5分鐘，完成給電動(dòng)汽車(chē)的電能補(bǔ)充。言下之意，換電技術(shù)比充電樁技術(shù)是如何、如何地先進(jìn)?

其畫(huà)面是，車(chē)子采用換電模式以后，車(chē)輛沒(méi)有電了，車(chē)主服務(wù)商打了一個(gè)電話，一個(gè)換電池專(zhuān)用車(chē)立馬到了，兩個(gè)專(zhuān)業(yè)人員用了不5分鐘的時(shí)間，把電池?fù)Q上了，車(chē)輛開(kāi)走了。筆者下面進(jìn)行邏輯推敲：

前提：不是車(chē)輛出現(xiàn)故障，而僅僅車(chē)輛是沒(méi)有電了。

推敲：

a)如果燃油車(chē)輛沒(méi)油了，是不是可以打個(gè)電話，用專(zhuān)用車(chē)帶一個(gè)油箱過(guò)來(lái)，更換掉原來(lái)油箱?技術(shù)上是可以的;但是如果專(zhuān)用服務(wù)車(chē)帶少量的油料，給車(chē)載油箱加一定的油?用戶(hù)對(duì)哪一種服務(wù)更滿(mǎn)意?

b)如果是充電方式，是不是可以打個(gè)電話，來(lái)一個(gè)專(zhuān)用車(chē)，給沒(méi)有電的車(chē)輛，進(jìn)行10到20分鐘快充。用戶(hù)對(duì)是換電滿(mǎn)意，還是充電模式滿(mǎn)意?

是換電模式好，還是充電模式好?還要繼續(xù)討論嗎?

五、換電模式與加油模式的比較

換電技術(shù)難度比加油難度大得多。油是液態(tài)的，通過(guò)管道運(yùn)輸即可，油箱是固定在車(chē)上的。油箱安裝是有安全要求的。同樣，電池箱安裝在車(chē)上是有安全要求的。汽車(chē)電池箱的安裝技術(shù)等級(jí)比手機(jī)的電池、電動(dòng)自行車(chē)電池盒子安裝的安全要求高得多。手機(jī)的電池、電動(dòng)自行車(chē)電池盒子可以設(shè)計(jì)成即插即用件。汽車(chē)電池箱是不允許成即插即用件，高壓電器設(shè)備安裝是有安裝要求的，一是機(jī)械性、二是電器性能要求的。車(chē)載動(dòng)力電池安裝絕不是一個(gè)車(chē)載貨物的裝卸過(guò)程。

中央電視臺(tái)報(bào)道的換電模式實(shí)際例子中，是將電池箱安裝到車(chē)上以后，用滑動(dòng)軟帶拉緊電池可以固定電池箱。其宣傳是不用螺栓、不用螺帽，不用扳手的。好像比電腦主板安裝即插即用件還更為簡(jiǎn)潔。實(shí)際上電腦上安裝即插即用件，也是要用螺絲刀進(jìn)行固定的。

筆者質(zhì)疑：

a)這樣的安裝操作，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)什么時(shí)間允許的?做廣告還可以，工程上是絕對(duì)不允許;

b)汽車(chē)總成件安裝牢靠度，是要用工具測(cè)量的，必須達(dá)到技術(shù)等級(jí)要求的，否則，其安全性是無(wú)法保障的。

c)車(chē)載動(dòng)力電池箱危險(xiǎn)品，上面有高壓的，非專(zhuān)業(yè)人員不得操作，必須有防范犯錯(cuò)措施技術(shù)保障的。如果要提高其安全安裝效率，必須配更多的專(zhuān)業(yè)設(shè)備和專(zhuān)業(yè)人員。

d)目前燃油車(chē)，在加油站，車(chē)主可以自助加油，提高了客戶(hù)滿(mǎn)意度。換電模式可以做到用戶(hù)自助換電嗎?

六、一些專(zhuān)家在推廣換電技術(shù)常犯常識(shí)性錯(cuò)誤

常識(shí)性錯(cuò)誤1：充電樁充電是歧途。實(shí)際上充電技術(shù)是給電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載電池補(bǔ)充電能的基本技術(shù)，比如特斯拉電動(dòng)汽車(chē)也是充電模式。為什么中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)用充電樁充電就成了是歧途了?

常識(shí)性錯(cuò)誤2：普及用充電樁充電是異想天開(kāi)。實(shí)際上目前中國(guó)充電樁技術(shù)已經(jīng)很成熟了。有交流的，有直流的;有充電槍?zhuān)谐潆娖鞯?有集中式充電站，也有個(gè)人專(zhuān)有充電器。目前上100萬(wàn)輛新能源汽車(chē)，絕大部分是充電模式的。為什么說(shuō)異想天開(kāi)?

常識(shí)性錯(cuò)誤3：把“電池與汽車(chē)”分開(kāi)，以“換煤氣罐”方式達(dá)成汽車(chē)快速補(bǔ)充電能的要求。

“電池與汽車(chē)”不能分開(kāi)。這不是一個(gè)技術(shù)性問(wèn)題，而是安全管理學(xué)的問(wèn)題。電池與汽車(chē)必須“一對(duì)一”，絕不可以“多對(duì)多”。民用車(chē)輛有一個(gè)有安全責(zé)任歸屬問(wèn)題，安全責(zé)任主體是誰(shuí)?煤氣罐出了安全責(zé)任事故，責(zé)任主體劃分沒(méi)有困難的，民用車(chē)輛發(fā)展安全責(zé)任事故，如何劃分責(zé)任主體是十分困難的。不過(guò)軍隊(duì)車(chē)輛是可以。國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》)不會(huì)允許換電模式車(chē)輛上路的。煤氣灶的技術(shù)與電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)卻不在一個(gè)水準(zhǔn)上。

常識(shí)性錯(cuò)誤4:將電池分組，逐個(gè)放電使用，每次只換用完的電池組。

車(chē)上電池是分組的，但是使用上是一個(gè)整系統(tǒng)在工作的。沒(méi)有分開(kāi)放電的原理?？梢苑珠_(kāi)充電，是提高充電效率，但是沒(méi)有分組換電池的原理。

七、研究結(jié)論

a)動(dòng)力電池生產(chǎn)和維護(hù)技術(shù)是十分復(fù)雜的。同樣動(dòng)力電池電能補(bǔ)充技術(shù)也是高技術(shù)含量的。

b)用充電樁(充電器)給電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行電能補(bǔ)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)無(wú)論是充電技術(shù)還換電技術(shù)，都可以克服一些技術(shù)瓶頸，來(lái)提高客戶(hù)滿(mǎn)意度，但是投入端，必須是低成本的，提供的服務(wù)價(jià)格用戶(hù)是可以接受的。

d)換電技術(shù)成本更高，用戶(hù)不會(huì)為了這個(gè)高水平的服務(wù)，而承擔(dān)高額付出的。無(wú)論建設(shè)成什么樣高技術(shù)含量的、高水平換電模式工廠，其投入成本，是不可能從電動(dòng)汽車(chē)使用者得到預(yù)期回報(bào)的。

e)在動(dòng)力電池比能量與燃油相比還差上100倍以上前提下，普及換電技術(shù)是將簡(jiǎn)單問(wèn)題復(fù)雜化。