大力普及發(fā)展電動汽車作為國家新能源戰(zhàn)略的關鍵一環(huán)，是必然，是方向，是未來。充電樁客觀上制約甚至阻礙了電動汽車的普及和發(fā)展。
“車電分離，電池自選，自主換電，能量運營” 的能源互聯(lián)網(wǎng)電動汽車模式是打通電動汽車、電池、分布式儲能產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈的唯一手段?；谀茉椿ヂ?lián)網(wǎng)和能量信息化技術(shù)的用戶自主換電的電動汽車才是電動汽車的未來。
對充電樁發(fā)展的困境的思考
作為政策“寵兒”的電動汽車，在政府過去數(shù)年的大力扶持下，中國電動汽車市場的真實狀況并不盡人意。按照《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》，我國新能源汽車累計產(chǎn)銷量在2015年應該達到50萬輛。工信部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止2015年10月，我國新能源汽車累計生產(chǎn)20.69萬輛，不足預期的50%。“充電樁匱乏”一直被認為是影響電動汽車發(fā)展的最大掣肘。筆者認為，“充電樁對于促進電動汽車發(fā)展有決定性作用“是一個偽命題，既無科學依據(jù)，也沒有商業(yè)模式，更不符合中國的國情，無法支撐電動汽車的大規(guī)模使用，是電動汽車普及發(fā)展的最大障礙。
我們可以簡單的算一筆賬：為了滿足2020年500萬輛新能源電動汽車充電需求，若按每輛車平均配1.5個充電樁的車樁比下限計算(上限是3個)，500萬輛車至少需要配套建設750萬座充電樁，以充電樁均價2萬元/個(其實樁的制造、運輸、安裝、運維的成本和電網(wǎng)擴容的費用加起來要遠大于這個數(shù)字)計算，將需要1500億元的充電樁投資(這里還不包括更昂貴的集中充電站的建設投資)。然而在政策的刺激下資本已經(jīng)開始洶涌地進入充電樁領域，目前充電樁領域陷入到非理性狂歡中，很多人忘記了從產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈的角度考慮，資本投入必須要產(chǎn)生新的價值，產(chǎn)品必須產(chǎn)生完美的用戶體驗。投資應看價值導向，不從用戶的需求出發(fā)，非人性化的產(chǎn)品或服務都將被用戶拋棄，千億的資本投入或?qū)⒁坏┗癁榕萦啊?/div>
從現(xiàn)有情況看，充電樁行業(yè)還沒有清晰的商業(yè)盈利模式。這里列舉一些主要問題供大家思考，如：
750萬個充電樁誰來投資建;建好的樁如何運維，誰來運維;750萬的個樁對于分布在全國的范圍內(nèi)的500萬輛車是否能夠滿足用戶需求和體驗;
目前大部分樁都建在收費停車位(尤其是公共樁)，充電樁和停車位分屬不同產(chǎn)權(quán)所有人，造成停車費用遠大于充電費用，尤其是交流慢充，這將造成充電費比實際的費用高出很多;
我國人均停車位數(shù)量非常低，很多車主并不擁有自己的專屬停車位，這就造成車主和物業(yè)之間的矛盾，物業(yè)通常以各種正當或不正當?shù)睦碛刹唤o車主安裝充電樁，加劇了充電困難的問題;
傳統(tǒng)汽車擠占電動汽車充電車位的現(xiàn)象非常普遍，加劇了車樁數(shù)量不匹配的問題;
電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈沒有貫通，人-車-電池-樁-網(wǎng)這五個環(huán)節(jié)條塊分割各自為戰(zhàn)，如快充用起來相對方便，但對電網(wǎng)有沖擊，對電池壽命也有損傷，而交流慢充又和用戶習慣格格不入，導致車主在使用電動汽車上浪費大量的時間;
因此，真正解決中國電動汽車的發(fā)展問題，還是要回歸市場價值和用戶需求，需要思考車主真正需要的是什么的電動汽車屬性。電動汽車的本質(zhì)是為了方便人們的出行，人性化和智能化是整個汽車行業(yè)的出路和目標，看看無人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等新興汽車技術(shù)就不難發(fā)現(xiàn)這一趨勢。而現(xiàn)有的插電模式電動汽車和與之配套的充電模式與汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢是相悖而行的，這種模式在很大程度上阻礙了電動汽車的普及和發(fā)展。
自主換電模式應成為電動汽車能量補充的主要形式
普及和發(fā)展電動汽車需要我們從電動汽車用戶的角度重新審視目前電動汽車和充電設施發(fā)展的模式、思路和方法。用戶購買電動汽車的最基本的需求是一個出行代步的工具，而電動汽車、電池和充電樁等等都是服務于這一基本需求的。根據(jù)CCSE的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，高達92%的電動汽車用戶每天行駛里程不超過70公里，對于輕型乘用車也就是說6-8度電左右就夠了，為什么一輛乘用車需要背著幾杯或十幾倍的所需電池在路上跑，這造成了電池資源的極大閑置浪費和百公里耗電的急劇上升(自重太大)。
這里面的原因值得我們進一步剖析：電動汽車是消耗電池里存儲的電能來驅(qū)動行駛的交通工具，因此電動汽車的使用是需要不斷補充電池里消耗的電能。然而，由于電池的能量密度比燃油低1個數(shù)量級，而用戶希望得到和燃油車同等的用戶體驗，這兩者的矛盾是不可調(diào)和的，這是客觀物理規(guī)律，因此電動汽車普及應用的瓶頸必然會出現(xiàn)“里程焦慮：mileage anxiety”這一現(xiàn)象——即用戶總是擔心沒有辦法隨時隨地補充消耗的電量而不由自主的陷入恐慌。這種物理上的不匹配在應用層面被插電電動車和充電樁模式進一步放大，造成了更大的用戶使用煩惱和焦慮。
回溯本源，充電樁給電動汽車加電的方式是作為類比傳統(tǒng)加油站給燃油車加油的模式被提出來的，然而提出這個類比的同時恰恰忽略了電池和燃油能量密度相差1個數(shù)量級這一客觀事實，充電樁和加油站不具備可比性的深層次原因。因此，依賴于充電樁的建設發(fā)展電動汽車的模式和思路從出發(fā)點就是錯誤的。換句話說，如果我們希望為電動車主提供等同與燃油車和加油站模式的用戶體驗，技術(shù)上必須要做的就是：
努力增大插電式電動汽車內(nèi)的電池組容量;努力建設比加油站多一個數(shù)量級的超大規(guī)模充電基礎設施。
除去可行性和成本的因素，這兩者在邏輯上又形成了新的悖論：例如，目前電動汽車整車廠解決“里程焦慮”問題的方法是提高整車的電池組容量來達到延長單次充電的巡航里程(整車廠想當然的巡航里程)。然而，在電池的比能量相同的情況下，續(xù)航里程越高則意味著汽車要背的電池組的重量和體積越大，電池組和整車的成本就會越高，車主的充電等待時間就會越長，這些因素反過來又進一步加深了充電設施不足的問題。因此，完全依靠插電式電動車和充電樁模式直接給電動汽車充電是解決不了電動汽車車主所希望的隨時隨地進行能量補充的核心需求。
筆者認為解決這一問題的唯一出路是用戶自主換電模式。用戶自主換電模式不同于以往國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的集中換電站模式，是真正意義上的用戶自主的模式，其技術(shù)核心就是電池組的碎片化和能量信息化管控及基于能源互聯(lián)網(wǎng)的定制化的能量服務。在自主換電模式下，車和電池組首先進行分離，進而傳統(tǒng)大容量電池組被分割成大量的小容量“電池能量塊”，通過能量信息化等技術(shù)手段進行自動檢測，自動配置，自動管控的信息能量一體化管控實現(xiàn)電池和管控系統(tǒng)的分離。
能量共享和運營
在自主換電模式下，用戶可以根據(jù)自己的出行需求來自由地選擇不同廠家，不同批次，不同新舊程度，不同型號，甚至是不同質(zhì)量的“電池能量塊”給自己的電動汽車進行按需能量配置。例如，用戶通常知道自己當前出行的目的地和里程，因此可以給當次出行配置相關的電池容量。在出行過程中，如果發(fā)生行程有變能量不足的情況，用戶可在附近的便利店/加油站等場所隨時找到可更換的電池能量塊，甚至可以用“電池Uber”的電池能量O2O和移動互聯(lián)網(wǎng)應用找到能夠提供電池能量塊的其他車主，自取自換，實現(xiàn)真正的C端能量共享和運營?；陔姵厮槠湍芰啃畔⒒盎ヂ?lián)網(wǎng)化管控技術(shù)的電池能量塊可以實現(xiàn)真正意義上的具有”互聯(lián)網(wǎng)+電池“屬性的移動電源。只有移動電源變?yōu)楝F(xiàn)實，用戶側(cè)C端能源的自由流通和交易才將變成可能，人-車-電池-樁-網(wǎng)才能消除條塊分割，進行統(tǒng)籌優(yōu)化，支撐和促進能源革命，實現(xiàn)”互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源“的愿景。屆時作為移動用電負載的電動汽車才可以自由行駛，再無絲毫羈絆。
產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈的唯一方法
電池組是電動汽車的動力核心，其性能和成本對電動汽車的普及和發(fā)展有著決定性的作用。然而，單體電池的品質(zhì)差異性和傳統(tǒng)固定連接的電池成組方法極大影響了電池組的系統(tǒng)效率，安全性，可靠性和可維護性。受限于能量密度、循環(huán)壽命、材料成本及安全性的相互掣肘，電動汽車的電池實際上在3-5年間就需要更換，而退役動力電池的巨大價值無法充分利用。在電動汽車領域，我們必須正視電池組只能使用其20%甚至更低比例可用容量的事實，這也是電動汽車成本居高不下的原因—— 目前電池組的成本占到了整車成本的50%以上。此外再加上電動汽車使用時間遠遠小于閑置時間、缺乏動力電池梯級利用的有效手段等因素，造成了目前電池資源的巨大浪費。
其實單從技術(shù)層面看，經(jīng)過幾十年的努力，目前的鋰離子電池單體做的已經(jīng)非常好了，充放電循環(huán)壽命可以達到5000-10000次，物理壽命達到10-20年，單體電芯的成本下降非?？?目前已低于1塊錢/瓦時)。目前我們真正缺乏的是電池應用的系統(tǒng)級技術(shù)，真正把電池單體變成一種可流通資源的技術(shù)，其深層次的驅(qū)動力是由于電池已經(jīng)從過去的耗材變成了一種新的可作為能量載體的固定資產(chǎn)。
從應用的角度看，每一個電動汽車用戶都關心自己車上的電池組性能和狀態(tài)。然而用戶真正關心的是什么?用戶其實并不關心電池內(nèi)部工作機理和電化學特性，而是電池組充放電效率、經(jīng)濟性、安全行和可靠性等用戶體驗參數(shù)。對于一般用戶而言，電池就是能裝能量的容器(類比瓶裝水和桶裝水，又如充電寶)。因此我們需要從C端重新審視電池應用模式和展望新能源行業(yè)的發(fā)展未來。自主換電模式可以支撐作為能量容器的電池能量塊來承載能源無處不在的美好愿景，可以支撐電池在更細的時空顆粒度下進行復用和重組。在自主換電模式中，電池的屬性將不再由廠家賦予，而是由用戶賦予，通過用戶需求的正交性進行高密度的復用和梯級利用，從而真正實現(xiàn)了電池全生命周期的價值最大化和電池行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈貫通。
車電分離，電池自選，自主換電，能量運營。
在電池能量信息化和互聯(lián)網(wǎng)化管控技術(shù)的支撐下，電池演變?yōu)橐环N新型的可計算資源得以在電池應用市場中實現(xiàn)真正流通，而電動汽車可以隨處獲取以電池能量塊形態(tài)存在的移動電源，進而可以通過電池能量云平臺來進行管理和控制及運營，通過能量大數(shù)據(jù)平臺，管理數(shù)量龐大的、在市場流通的電池能量塊，從而使電池能量運營以虛擬電廠的形態(tài)在C端實現(xiàn)與電網(wǎng)平等的市場地位。
在能源互聯(lián)網(wǎng)電動汽車的模式中，電動汽車將演變?yōu)橐环N互聯(lián)網(wǎng)硬件，從而變成能源互聯(lián)網(wǎng)能量服務的物理載體，類比于蘋果公司認為最終的服務體系架構(gòu)才是真正意義上的長遠商業(yè)模式。電動汽車是可以免費提供給用戶，而電動汽車運營商可以依靠能量運營(如電力直供和分布式能源消納等)和提供的定制化能量服務來盈利。
附：電池能量信息化技術(shù)簡介
支撐電池能量塊和“電池Uber”模式得以實現(xiàn)的核心技術(shù)是電池能量信息化技術(shù)。通過對電池能量的離散化和數(shù)字化處理，去除了電池使用過程中的非線性和不確定性，通過互聯(lián)網(wǎng)的分布式架構(gòu)和先進電力電子半導體將傳統(tǒng)電池組變成自適應動態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡，支撐了軟件定義電池的應用。
慈松教授團隊目前已經(jīng)實現(xiàn)了全球首套基于能量信息化和能量互聯(lián)技術(shù)的分布式電池能量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)中電池網(wǎng)絡管控節(jié)點可達到互聯(lián)網(wǎng)級的1792個，跟互聯(lián)網(wǎng)一樣，理論上該技術(shù)體系的可擴展能力無窮大。這套系統(tǒng)通過智能芯片管控每一節(jié)單體電池，實現(xiàn)毫秒級的電池網(wǎng)絡拓撲重構(gòu)和納秒級的單體電池通斷，讓電池組內(nèi)部、碎片化的電池塊之間隨時根據(jù)環(huán)境變化來動態(tài)調(diào)整自身的工作狀態(tài)，使其始終保持最優(yōu)化的供能模式，實時管控并告警，讓能量流與信息流達到真正的融合。目前已經(jīng)完成了應用這套分布式電池能量管控技術(shù)體系的兩款電動車的改裝測試，通過電池能量管控系統(tǒng)，我們可以通過電池云平臺監(jiān)控到每一節(jié)電池，通過電池能量塊可以進行自主換電式能量補給，按需配置電池，支撐能量共享和運營。
作者簡介：
慈松：清華大學能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院PI研究員，美國University of Nebraska-Lincoln終身副教授，國家能源局中國能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究課題組首席科學家及能源互聯(lián)網(wǎng)行動計劃課題組專家。2007年率先提出了自適應動態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡和能量信息化與互聯(lián)網(wǎng)化管控的概念，曾應邀在美國國家基金會的能量管理科學年會上做特邀亮點報告。慈松博士主持承擔過多項美國和中國的科研項目，并受邀擔任多個科學基金會及研究機構(gòu)的評審專家。
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中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會(China Industrial Association of Power Sources，縮寫：CIAPS) 是由電池行業(yè)企（事）業(yè)單位自愿組成的全國性、行業(yè)性、非營利性的社會組織。協(xié)會成立于1989年12月，現(xiàn)有上千家會員單位,下設堿性蓄電池與新型化學電源分會、酸性蓄電池分會、鋰電池分會、太陽能光伏分會、干電池工作委員會、電源配件分會、移動電源分會、儲能應用分會、動力電池應用分會、電池隔膜分會和電池回收再利用分會等十一個分支機構(gòu)。
本會專業(yè)范圍包括：鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋅錳堿錳電池、鋰一次電池、鋰離子電池、太陽電池、燃料電池、鋅銀電池、熱電池、超級電容器、溫差發(fā)電器及其他各種新型電池、電池系統(tǒng)解決方案，以及各類電池用原材料、零配件、生產(chǎn)設備、測試儀器和電池管理系統(tǒng)等。
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