所以把電動車做成交換式電池是不是真的很難?

如果只需要數分鐘就可以隨時完成交換,那是不是里程焦慮就可以不用存在?

 
 
或許你也曾經想過,如果電動車像目前電動機車一樣也採用交換式電池,是否就可以輕鬆解決過長的充電時間,而且假設換電站的建設夠完備,消費者也就可以像過去汽油車一樣,輕鬆的為車輛快速補充里程,隨插即用不再擁有里程焦慮。
 
但或許我們應該先來討論一下,打造標準化電池交換系統的挑戰究竟有多大? 事實上這個問題早在2009年附近就已經被提過,當時以色列公司新創公司Better Place(現已倒閉)曾展示了一段電池交換的影片,以一輛電動版本的Nissan Rogue當作範例,證明車用電池只需要數分鐘就可以完成交換,讓許多人驚嘆電池交換系統是否能就此成為未來主流。但事實上,現在我們依然還是要忍受幾個小時愜意的下午茶時間,才能讓電池被餵飽,而車用交換式電池真的沒有機會再度崛起嗎?
 

Better Place在2009年展示了讓人驚艷的電池交換技術,但我們至今仍沒有見到這種技術成為主流。

 
電池往往被視為結構的一部分

首先,目前幾乎全數的電動車都是將電池模組作為延展車身剛性的元素來進行設計,因此這些電池會以相當堅固的方式固定在車架之上,就像過去我們試圖固定引擎或變速箱那樣。設計師要確保這些佔了車重四分之一的電池組不會在你行駛的過程中掉到路面上,同時還要讓陣列式的電池設計成為保護乘客安全關鍵之一。
 

 
你也需要永不屈服的車體結構

假設一輛電動車擁有將近十年或以上的壽命,這意味著它在使用週期之間也需要執行近千次的電池交換,在這種等同車身結構的大型零件歷經無數次的插拔之後 ── 甚至你可能會遭遇一些影響車體結構的小型車禍 ── 也終究要面對難以忽視的公差問題,而我們甚至還沒提到這些電池組要連結的部分並不是單純的插頭插拔,底盤的密封設計也會隨著時間劣化,當然防汙的問題應該屬於維護保養的範疇之內。
 

 
你覺得換電站要儲藏多少電池才夠?

此外,車用電池的尺寸與重量遠遠不是一般人類能以手動交換的方式達成,也因此機械式換電站會是必然的換電方式。而鑒於道路上車輛的尺寸差異極大,能夠整合在休旅車的電池組不一定能夠適用於小型掀背車上,這意味著換電站至少要準備數款大小車型的電池組。以能量儲存密度遠低於燃油的電池來說,要達到等同於現有加油站的能源儲備量,勢必要擁有非常寬敞的電池儲備空間,如果只限單一品牌的車輛或許還比較容易做到。
 
而福斯汽車發言人Mark Gillies也曾在訪談中提到了電池交換站的難度:「電池交換設施非常昂貴,因為一次只能裝載一輛汽車,而且你必須要以機械式的方式更換,泥土、雪或其他因素也會因此卡在底盤周圍。」
 

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公規電池? 所以你打算圖利哪一間廠商?

每一間有生產電動車的車廠都有一套屬於自家專用的純電平台,不管是以現有內燃機車型架構改裝,或是完整開發的模組化平台,沒有車輛可以任意交換供電系統,而電池組設計也如同過去的引擎設計一樣充滿各種專利,這些原因也讓統一規格化的想法至今都只能夠停留在概念階段。
 

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但還是有人願意相信”蔚來“

儘管種種跡象顯示交換式電池設計難以成為主流,但這並不影響一部分的車廠再次挑戰這項技術。Tesla也曾在2013年試圖推出換電站服務,但最終也因為成本過高而導致計畫取消;而來自中國的NIO蔚來汽車也不惜重金在2017年推出了「Power Swap」電池交換站服務,讓旗下的車型能夠以減少約一萬美金的定價購入”空車”,而之後再以訂閱制的方式交換電池,每次交換價格為180 人民幣;或是你也可以選擇月租電池,然後自己找充電站回充。蔚來汽車自豪的表示截至2020年5月26日之前,他們已在中國58個城市中安裝了131個電池交換站(集中在京津冀地區、長江三角洲和珠江三角洲),並達成了超過50萬次的電池更換,成為他們最受歡迎的電力服務之一。
 

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Tesla也曾打算號召電池交換技術,但最後還是順應趨勢成為充電大家族的一員。
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NIO也宣稱他們已經達成超過50萬次的電池更換,值得觀察後續發展。

 
中國也將設定換電的標準規範

而隨著中國越來越多車主開始接受「換電模式」的電動車,中國的工信部、市場監管總局也發布標準化的《電動汽車換電安全要求》(GB/T 40032-2021),替換電過程設定安全標準,將於2021年11月1日起開始實施,這類準則適用於可換電的M1類純電動汽車,意味著中國將會積極的推展換電技術的研發。

《電動汽車換電安全要求》規定了單次換電不超過5分鐘操作時間的要求,最低換電次數要求要達到5,000次(卡扣式)和1,500次(螺栓式),以確保用戶在車輛設計使用壽命內(約十年以上)換電時的結構安全性。在高壓電的安全保護方面,標準明確要求換電系統的直流電路絕緣電阻應大於100Ω/V,交流電路絕緣電阻應大於500Ω/V。

 
基礎建設正在成長

但除了NIO的交換式電池設計之外,事實上所有的車廠都還是選擇了”沒有效率”的電池充電技術,隨著充電站日漸普及,電池技術也正在歷經革命性的轉變當中,許多品牌(如BoschToyotaFord或是BMW等等)目前都投入了巨大成本進行固態電池的量產研發,由於固態電池有體積小、蓄電密度高、重量低、充電速度更快等更各種優點,也有望能夠成為未來的主流電池選項。而其實你也可以想像,只要統一充電口徑之後,電流其實就像是汽油一樣,可以輕鬆的裝進任何容器(電池)之中;而設定每個人都使用完全一樣大的環保杯裝來咖啡? 那可真不是一件容易的事情。
 

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