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电“爹”百问丨加电能比加油更方便吗?

电“爹”百问丨加电能比加油更方便吗?

(夏洛克) 2020年08月12日

大家好,我是非知名WXF,碳粉俱乐部创始人之一夏小博。

百问系列上一篇《续航怎么才算够》引发了大家的讨论,而平时类似“是否续航1000公里,高速实际600公里就不会焦虑?”这样的论点仍是喜闻乐见的争论命题。

即使如此,我们仍然想不断表达观点:续航焦虑的另一面,是补能焦虑。

这次的第一问就以曾在网上看到的一个问题来开头:油车可以加油,电动车没电了为什么不能加电池液呢?

电车没电了可以加电池液吗?

乍看到这个问题我震惊了,这么简单的方法怎么没想到呢!?只是,这种方式从原理上就是错的。

首先来看知识点:

1.电能不能被储存,只能转化成别的能量;

2.电池的原理是将电能转化为化学能存储,需要的时候将化学能转化为电能。

一、爱车

我们再看锂电池的结构,下图是基本结构和充放电原理。

电流是由电荷移动产生。锂电池依靠锂离子在电极间移动而产生电能。

锂电池结构主要分为以下几个部分:

正极——常说的镍钴锰、(磷酸)铁锂等;

负极——多孔或层状结构储存锂离子。一般是碳或石墨;

隔膜——分开正负极,防止短路,但让锂离子通过;

电解液——锂离子迁移的介质。一般是有机溶剂。

充电时,锂离子从正极运动到负极;放电时,锂离子从负极运动到正极,从而产生电流,这就是锂电池内部的化学反应。

了解了充电的基本原理就知道,电解液(电池液)本身不携带能量,无法通过加“电池液”来补充电量。

另外,锂离子的迁移速度,和化学反应的速度都存在先天限制,故而无法实现加油一般的“秒充”。

快or慢?四个场景对比油电补能

回到现实,既然目前商用技术无法实现“秒充”,那“加电比加油更方便”的愿景能否达成呢?

首先“方便”,不仅意味着“快速”。百度词条的解释是:便利的、省事的,可引申为随机乘便。我认为这里是要从时间、便利性、费用等因素综合考虑,不占用或少占用“在忙”时间。

作为航空航天专业毕业的我,严谨是本能,所以结合理论与实践做了以下四个对比:

1.换电VS加油

根据官方解释,换电3分钟是指从库房设备就位开始在车底操作到更换电池完成自检的时间。我们姑且认为换电的时间为3分钟。

加油,作为直接补充能源的方式,经百度查询后,一般加油枪的流量为40L-60L每分钟,一般车油箱为60L,理论上补能时间为1分钟。

为了验证这一点,我们进行了一次加油和换电的体验对比。需要说明,这个实验排除了加油站/换电站排队、异常损坏(加油站卸油、换电失败)等因素,仅从进入加油站(停车场)开始计算,到我本人上车驾驶为止。

首先是一辆油箱为66L(汽车之家数据)的3.0排量自然吸气油车,表显1万公里油耗为13.4L,在近40度的高温天,市区正常驾驶油耗达到18.7L。我在表显油量约1/4,显示续航约120公里时到中石化进行加油。从进入加油站到结束(有熟练加油工、使用加油卡),加注油量51.01L,费用307元,用时3分31秒,表显续航为552公里。如果是自助加油站或需前台付钱,这个时间可能会到5-10分钟。

以下截图一一呈现了此次对比。

加油站很空,加油工看到我进站立刻走过来,零等待,这是次完美的加油体验

油表显示还剩1/4,表显续航120公里,油车续航很飘没有参考价值。

油耗18.7,大约1.12元一公里,油价降了。

后面有辆等待排队的5系,差不多要多5分钟

加了51.01升,花费307元。用加油卡加的

坐上车后,共计用时3分31秒

加满后续航显示552公里,有人说加油能2分钟补充1000公里续航?

随后是一辆“短腿”的创世版ES8,目前表显能耗为27.4。我在表显续航为66公里时来到常州常发大厦换电站。从进入停车场到换电结束,用时总计约9分28秒。表显里程来到334公里,费用0元。

进停车场前表显续航66公里

换电前有一定的整备时间,大约有1分30秒左右

换电时间大约在6分钟左右

总共用了9分28秒,续航来到334公里

可以看出,虽然目前换电的时间还是长于加油,不过理想状态下都能保持在10分钟左右。费用对比(300元VS 0元)换电还是占了优势。可以说,换电之于电动车是非常便捷的补能方式了。

2. 家充VS加油站

以日常使用来看,车辆行驶的时间是少于停止时间的。就我个人而言,车有大半时间停在家里车库,另一半时间在公司停车场。如果家中和公司都有充电桩,很容易实现“有事没事插在充电枪上”,一拔一插只需要30秒。

如果特地去加油(加油站就在家门口),从家到加油站大约3-5分钟,若从公司出发,不考虑下班拥堵也需要绕行5分钟左右。

从体验上来看,家充桩好于去加油站加油。也许你会说,家充桩只有7KW功率,充满要10小时,加油只要5分钟。但是事实并非如此,后文会做详细阐述。

3.一键加电VS去加油站加油

写此文章时(2020年8月2日22:17)APP上预估的江苏常州市区一键加电的时间约为2.5小时。以之前的服务来看,一般约为1.5-3小时不等。但于我来说,我的时间消耗近似为零!

如果现在有人喊我出去加油,是绝对不可能的!有没有一键加油,来,打钱!(政策法规并不允许这么做)

4.换电VS充电

经常听人说:换电是过渡方案,快充会取代换电。

先下结论:只要仍然使用电池,换电永远比充电快,无论V3、V4、V5还是800V、1200V、2000V。

为什么有底气?因为电池有充电特性,可以用充电曲线来表达。

如上图,快充满电时,充电曲线会降低电流。为什么呢?因为此时如果充电电流很大,锂离子容易在电池的负极附近堆积、长大成树枝状的晶体,俗称枝晶;枝晶的长大会刺破正负级之间的隔膜,形成短路。因此为了电池的安全,在充电的后半段充电电流会很小。

无论是特斯拉的V3,还是保时捷的800V,还是国网、星星等120KW的桩,大致都遵循这个规律。而所谓的V3 250KW,国网的120KW,其实是指峰值功率,并不能保持太久。根据网上所见的一些测试,在电量90%时,V3的功率仅为32KW。而20%-80%是充电的高效区间,这也是为什么平时我们总以此来体现充电速度的原因。

图来自于网络

根据某知名媒体之前的测试,Model3从6%充电到95%大约花了45分钟时间,如果充满大致就是1小时左右。这里还要注意的是:国产标准续航特斯拉不在此列。大电池在同样的充放电倍率下才有更高的充电放电功率。这也是为什么84KWH电池比70KWH电池充电略快一点的原因。

过去我们知道,手机是可以支持换电的。但随着智能手机对轻薄化的要求取消了更换电池。但用过的人都知道,“更换”永远比“补充”来得要快(想想枪为什么直接更换弹夹而不是一颗颗装填)。

为了追求更轻薄的设计,可以做异形电池,换电结构的手机却不行

随着电池容量不断增大,充电的时间也越长,换电的优势会更明显。以Model3长续航约80度的电池来看,V3充电10%到90%大约需要35分钟,折合平均功率约为109KW/H;蔚来的70度电池,同样按10%到90%的区间换电5分钟来算,折合平均功率为672KW/H;按84度电池来算,平均功率为806KW/H。

这是什么概念?以保时捷800V充电电压来看,就算没有充电曲线,达到800KW/H的充电功率需要1000A的电流。特斯拉和我们400V平台来算,需要2000A的充电电流并一直保持。对比目前国网标准最大250A电流能力,这是什么样的天顶星黑科技?

想起我们都学过的焦耳定律:电流通过导体产生的热量,与电流的平方成正比,与电阻成正比,与通电时间成正比。增大电流对充电设备负担,以及技术和成本是不断上升的,但最终不都转移给消费者吗?

加电,去中央化的补能

在文章最后,我想明确一个观点:加电不同于加油。加油是一种集中的补能方式,而加电是一种碎片化的补能方式。

怎么理解?以手机举例。我们一般不会把电量用尽后再一次性充满,而是“有事没事插在充电器上”。电动车补能也是如此。我们可以用拖线板接便携充,可用7KW的家充桩,可用遍布各地的30KW-120KW不等的快速充电桩,也可用蔚来的换电。而加油,你只能去加油站!另外,补能费有可能是0;而加油是明码标价的,95现在大约是6元/L。

地图显示,充电设施至少数量上密密麻麻

日常防杠Q&A

1.换电压根不是这样,我去的时候都排队,换电时间远比加油长。

换电站排队是因为换电不够快吗?还是因为电池不够吗?回想下麦当劳免费汉堡和加油站限时优惠5毛的场景。你会觉得这种情况下“吃麦当劳比免费换电方便”吗?如果哪天加油免费,想想加油站会是什么场景。

还记得前一阵麦当劳免费领汉堡吗?

加油站也会有排队,排队时间有时还不短

2.我常跑长途(西藏),充电没有加油方便。

这我承认,抛开场景说问题都是耍流氓,我也没说所有情况下“加电比加油更方便”。如果你常用电动车跑长途,的确没有油车方便。至于去西藏,根据公开数据,西藏2019全年接待游客超4000万人次,每年各种交通方式去西藏的也就占了全国总人口的约3%,更何况开车去。如果喜欢挑战,说开车去是一种挑战,那开电动车会是更高层次的挑战。

去西藏不管对油车和电车都是挑战

3.家充很慢,没有加油快。

如上文,“方便”不仅仅是指时间,碎片化的补能方式确保很多情况下用家充“随手一插”比特地或顺路去加油要方便的多。

4.既然加油更快,增程和混动才是当下主流?

且不说两套系统带来双倍故障的可能性,也不说发动机技术与电机技术的差距代差。仅说一个以充电为主,一个以加油为主,而充/换电远比加油费用低。这也是我从很早就关注特斯拉、蔚来这样的纯电车的一个重要原因。

5. 氢能源才是未来,电动车早晚淘汰。 

可以预见,氢燃料电池更多会在卡车、大巴等公共交通上使用。这个话题今后可以开个专篇。至于很多人认为加氢就和加天然气汽车原理一样的话……

从历史到未来:电动时代终会到来

最后的最后,我想起了这么个故事。1888年,贝尔塔·本次(汽车发明者卡尔本次的夫人)驾驶汽车完成了首次长途旅行,106公里路程共用12个小时。

在汽车被当作“怪物”的年代,我想“鹅毛笔侠”的冷嘲热讽也是少不了。或许卡尔并不清楚人们为什么排斥他的发明,但争议的直接原因是马车时代即将被颠覆。

当经过威斯洛赫城时车辆燃料耗尽,贝尔塔赶忙在药房中寻找汽油,而那里也成为了世界上第一个加油站。罗马不是一天建成的,在这伟大的旅程过去70年后,1950年代的中国,全国只有70座加油站,而到了2018年,全国约有10万座加油站,已经很少有人会因加油而烦恼。

我相信,随着充电技术的升级、换电技术的普及、BAAS的发明和推广,层出不穷新的模式会快速颠覆燃油时代的出行方式。“加电比加油更方便”也只是电动时代的第一步!


           夏洛克

蔚来的薛定谔粉

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