換電的解決方案最早是由電動汽車充電速度慢、充電樁數(shù)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(xù)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(qū)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(jīng)是國家電網(wǎng)的大功率快充樁了。它們只能提供燃油車加油時補充續(xù)航速度的1/30-1/15，所以今天現(xiàn)實的局面是加油3分鐘，充電1小時。
當然，現(xiàn)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(wǎng)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(fā)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(jīng)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(jù)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(nèi)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(nèi)充滿。如果再快，電池就會大幅折壽，所以電池管理系統(tǒng)會把充電速度卡死在一個合適的區(qū)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(xù)航400公里的電池，換用支持20C充電的類型，續(xù)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(nèi)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(jīng)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(yè)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(wǎng)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(xiàn)在為止，蔚來的實際用戶換電次數(shù)超過100萬次。這個數(shù)字聽上去非?？鋸垼掖蟾潘懔艘幌拢?/div>
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(xù)運轉(zhuǎn)29天。而實際上，換電站不可能一直運轉(zhuǎn)，假設每天有7小時在運轉(zhuǎn)，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(shù)字。這么一算，還是很合理的，因為蔚來的換電站已經(jīng)運轉(zhuǎn)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(huán)衛(wèi)垃圾車的換電站，由機械手臂實現(xiàn)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(nèi)部實現(xiàn)換電。不同品牌的汽車，底盤設計不同、電池規(guī)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(tǒng)一，自然可以搞換電。
工程車輛更是如此。它們本身就是統(tǒng)一設計制造的，只要在畫圖紙的階段規(guī)劃了換電，就一定可以實現(xiàn)。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(guī)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(tǒng)，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(guī)格的高低和車輛本身的性能、內(nèi)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(xiàn)的一大批純電動汽車的續(xù)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(yè)界早就有質(zhì)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(wěn)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(xiàn)快速換電，更可以催生一些中間形態(tài)。比如，用戶偶爾采取換電的方式補充續(xù)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(xiàn)實中的例子：蔚來汽車3年前規(guī)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(tǒng)車廠從沒有遇到過類似的業(yè)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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