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电动汽车电池更换技术应用前景探究


电动汽车电池更换技术应用前景探究
纯电动汽车具有零排放、噪音低、燃料可再生、使用费 用低等诸多优点。一直以来,几个汽车制造大国已经把发展 纯电动汽车,列为优先发展目标和方向,并制定出台了多项 有利于电动汽车发展的政策和措施。例如,2010 年 8 月美国 政府宣布投资 24 亿美元用于电动车研发,并支持相关配套 设施的建设。日本制定了电动车安全及排放标准,消费者购 买符合一定标准的电动汽车,政府将给与补贴。目前,欧盟 的专家已经开始起草计划,支持电动汽车技术的发展,制定 统一的电池标准及相关配套设施的建设。我国早在“十五” 期间就把研发电动汽车技术作为重点科研项目,该项目国家 投资 8.8 亿元,加上地方和企业配套资金总共约 24 亿元。 由此可见,电动汽车技术的发展状况,将直接影响未来汽车 工业的前途和命运。 一、电动汽车面临的机遇与困境 虽然各国政府及汽车厂商对电动汽车充满了热情与期 望。可是,从目前来看,电动汽车呈现出普及率低、销售量 小、使用对象单一等诸多问题,其原因主要是,电池技术难 以得到突破。这个致命缺陷导致了电动汽车存在以下几个短 板:一是,行驶里程短。目前,最先进的锂离子蓄电池, “能 量比”只有汽油的 1/50。一般而言,50 升汽油可以驱动小

型轿车行驶 600 公里,而电动车一次充电续航 600 公里,所 需的电池组重量则有一两吨,并且工作时产生大量高温。所 以,目前的电动车充满一次电的行驶里程一般在 150 公里左 右,最大行驶里程也只有 250 公里,相比传统汽车有较大差 距;二是,充电时间长。电动车充电方法一般有专业充电站 快速充电和民用电充电两种模式。专业充电站充满电池的 80%电量大概需要 15-20 分钟,利用民用电充电则需要 8 个 小时才能将电池充满。而传统汽车加满一箱汽油只需要 3-5 分钟;三是,蓄电池维护保养费用高。每一次充放电对蓄电 池都有损耗,所以需要对蓄电池经常维护保养,蓄电池到一 定使用寿命后还需要更换新电池。这就无形中增加了电动车 的使用成本。以上三个缺点严重制约了电动汽车的发展和普 及,形成了电动汽车目前“上热下冷” (即政府热情高,民 众反应冷淡)的尴尬局面。看来寻找一条适合于电动汽车自 身特点的发展之路已经变得尤为必要,其核心问题就是要解 决电池问题。但是,利用目前的技术手段,电池难题还难以 实现突破,所以我们只能另辟蹊径以弥补它的软肋。 二、电池更换技术 电池更换技术是指利用一套专业的电池更换设备,将已 耗尽电量的空电池从电动车上拆卸下来,再将一块已充满电 的电池换装到汽车上。该技术于 2009 年 5 月在日本横滨率 先研制成功,它的成功对加速电动汽车大规模投入商业运行

具有里程碑的意义。该系统由安装在自动轨道系统上的两个 电池升降自控设备共同工作。当一个升降设备将汽车底部耗 尽的电池轻松移除后,另一个放置着充满电的电池升降设备 就将满电电池插入汽车。最后,自动轨道系统将这块从汽车 中移除的空电池送回电池存储库中进行再充电,以备下次其 他电动车使用。电池升降自控设备的设计广泛适用于各种型 号和尺寸的电池,便于各种不同型号的电动汽车通用。这套 系统更换电池的全过程总共耗时一分钟左右,全套动作连贯 流畅且自动完成,比传统汽车加满一箱汽油更快。给电动汽 车驾驶者提供了更加清洁、更加方便、快捷的体验。 三、电池更换技术的优点分析 电池更换技术主要具有以下几个优点。一是,电池更换 速度快。一般电动汽车在专业充电站充一次电需要 15-20 分 钟,在家中利用民用电充电则需要 8-10 小时,充电时间过 长使得电动汽车在使用过程中缺乏便捷性。电池更换技术的 运用很好的解决了这个问题,更换一次电池比传统汽车加满 一箱汽油的速度还要快,只需要 1-2 分钟,极大的方便了电 动汽车的使用者,解决了充电问题给使用者带来的烦恼;二 是,电动车续航距离得以极大的增加。一般电动车充满一次 电的续航距离在 100-250 公里。由于续航距离有限,使得电 动汽车的使用范围受到了极大的限制,不能像传统汽车一样 长途奔袭。电池更换站的出现也很好地弥补这个缺点,电动

汽车可以通过遍布各地的电池更换站网点,随时享受到方 便、快捷的电池更换服务。出门再远也不用担心,出现半路 上因电池耗尽而摆在路边等待救援的尴尬情况;三是,节约 了电动汽车的使用成本。购买电动汽车贵就是贵在电池,电 池购买、维护、保养的费用就占据了使用成本的一大部分, 一块电池售价一般都在 8-10 万元。许多电动汽车的潜在购 买者,主要顾虑就是电池的购买、维护、保养费用高,使用 经济性相比传统汽车优势不明显。电池更换站出现以后,电 动汽车的购买者不需要个人购买电池,电池全部属于更换站 所有,消费者只需出钱购买电池内的电量。电池的日常维护 和保养全部由电池更换站统一实施,这样既方便了电动汽车 的使用者, 又加强了电池日常管理, 增长了电池的使用寿命, 消除了电动汽车使用者的后顾之忧;四是,有利于废旧电池 回收,有效防止了对环境的二次污染。电池在使用一定时间 后就会报废,由于电池内含有镍、锂、铅、砷等有毒金属, 如果对废旧电池处理不当让这些有毒物质流入土壤或水系, 势必会我们的环境造成极大的损害。在日本,曾经一节电池 污染了近十万立方米的水。这不得不时刻提醒我们,废旧电 池的回收处理是多么的重要。电池更换站建立以后,废旧电 池可以在电池更换站得到科学、安全、规范、集中的回收处 理,有效防止了废旧电池对环境的二次污染;五是,充分利 用大自然能量转换成电能,节约国家电力资源。在电池更换

站的建造中,可以结合本地的地理、环境、气候条件,利用 新技术将大自然能量最大限度地转换成电能为电池充电。例 如,在日照充足的地区,建造可以利用太阳能为电池充电的 电池更换站。风能充足的地区,可以建造利用风能的电池更 换站。这样既节约了电池更换站的运作成本,增加了利润收 入,又节约了国家的电力资源,可谓是两全其美。 四、推广电池更换技术的困难及对策 虽说电池更换技术的出现,给加速普及电动汽车注入了 一剂强行针,让大家看到了无限美好的运用前景。但是,要 使这门新兴技术能够快速地投入商业运用还有很长的路要 走,还要面临许多困难和挑战。其可能面临的困难有:一是, 现有的电动车数量难以维持电池更换站的正常运转。根据有 关数据统计,目前我国正在运行的电动汽车(包括公交车、 出租车、公务用车、私家车)在 2-4 万辆左右,公交车占绝 大部分,私家车几乎没有。如此稀少的数量很难支撑起电池 更换站正常的商业运转,我们都清楚没人会愿意去做亏本的 买卖。二是,电动汽车电池规格繁杂,行业准入门槛高。目 前,我国正在研制、生产电动汽车的厂家有十几个之多,他 们使用的电池标准也不尽一样。如果电池更换站要满足每一 款电动汽车都能在站内及时更换到相应的电池,由于“牛鞭 效应”它就需要储备大量各种型号的电池,这样就增大了更 换站的运转成本,提高了进入该行业的门槛。三是,缺乏核

心技术支持。 全球第一款电池更换系统是由日本在 2009 年 5 月研制成功。目前,我国电池更换技术还未成熟,要想建立 自己的电池更换网点而不受制于人,就必须根据自己的国情 和市场研制自己的电池更换技术。 四是, 行业标准尚未规范。 俗话说“没有规矩,不予成方圆” ,如果一个行业没有统一 规范的行业标准,这个行业就很难在激烈的市场竞争中发展 壮大。 面对这些发展难题, 我们应该做出以下几点应对措施: 一是,政府牵头建立规范的行业标准,确保行业健康快速发 展。 政府与生产企业相互协调配合,共同制定出台适合电动 汽车及电池更换行业发展的行业相关标准。如设施设备配备 标准、安全操作规范、电池维护规范、电池报废处理办法及 规定、服务收费标准等。 二是,加强人才培养,掌握核心技术,研发具有自主知识产 权的电池更换技术。 要想降低电池更换网点的建设成本,就必须自己掌握电 池更换的核心技术,使建造电池更换站所需设备全部国产 化,这样就能摆脱外国技术对我国的制约,为我国建设自己 的电池更换站网点提供强大的技术保障。大量培养行业所需 的技术研发、维修保障、销售服务等各项专业人才是行业发 展的智力保障。 三是,政府支持能源企业牵头,增加电动汽车使用数量及电

池更换站网点建设。 现有电动汽车数量过于稀少是电池更换网点难以投入 商业化运转的最大困难之一。但是,如果没有一定数量的电 池更换网点来保障电动汽车能更加经济、方便的使用,电动 汽车也很难快速得以普及。所以要想解决这一对矛盾,就必 须得到政府的大力支持。例如:政府可以通过补贴的形势, 加大对电动汽车研发、生产、购买、使用的支持力度,在公 务用车、公共交通(公交车、出租车)领域率先使用电动汽 车。由大型能源企业牵头与地方政府合作,建设各地的电池 更换网点。在电池更换站网点建设前期,当地政府应给与企 业税收、政策等方面的优惠。 四是,电动汽车龙头企业牵头,建立统一的电动汽车电池标 准。 如果有了规范统一的电池标准,电池更换站就能减少不 同电池品种的储备数量,从而降低了更换站的建设成本和运 转成本。目前,我国电动汽车刚刚起步,几个大型电动汽车 生产企业联合起来制定一个统一、规范的电池规格、型号、 充电接口标准是完全能够做到了。有了统一的电池标准,就 能有效降低电池更换站成本,提高更换站的保障效率。 五、结束语 我们看到,电动汽车电池更换技术弥补了电动汽车因电 池技术造成的天生缺陷,给电动汽车的发展扩展了无限的空

间。可以预言,汽车产业的明天是电动汽车,电动汽车的明 天是无数电池更换网点的构建和完善。我们相信,电池更换 技术能够在电动汽车的发展道路上大放光彩。


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