电动汽车换电技术进行失效模式分析

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，也又不增加用户的支出？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。