卷土重来的“换电”模式（上）
汽车是满足人们出行需求的工具，因此出行的舒适性与便捷性便是衡量汽车使用价值的两个重要指标。其中汽车的再续航功能就是便捷性的一个表现方面。对于传统汽车来说，得益于汽油本身特性，在有良好加油设施基建的地区，再续航十分方便快捷，即便对于加油设施基建较差的地区，使用备用油箱即可大大增加续航里程，从而有效回避再续航困境。
但对于现有的新能源汽车来说，再续航就没那么便捷了——一方面充电速度较慢，往往要花上几十分钟甚至几个小时，另一方面汽车内部电路复杂，动力电池也较重，难以携带和更换。因此，再续航问题将成为制约新能源汽车进一步发展的一个关键性问题。
目前来看，产业界就新能源汽车的再续航问题提出了三种不同的解决思路：
1、 不断提高新能源汽车的续航里程，从而缓解再续航不便利的困境；
2、 发展快速充电技术和快充电池技术，从而减少动力电池充电时间；
3、 发展快速更换电池的技术与“换电”商业模式。
对于第一条思路，无外乎增加动力电池数量和增加动力电池能量密度两个方案。前者提升空间并不大，毕竟车上的空间是有限的；但对于后者，如果将目前常用材料中能量密度最高的三元正极和石墨负极用到极致，那么600公里以上的工况里程也是可以达到的。未来如果能上富锂锰基正极材料和硅负极，那么达到1000公里左右的里程也并非不可能。届时汽车可以一开开一天，晚上睡觉时再充电，那么再续航的矛盾也就没有那么突出了。
但问题是无论富锂锰基正极还是硅负极，目前还没有一套真正完备的实验室解决方案，就更提不上工业化生产了，所以这个思路要想解决问题，恐怕至少还有个五到十年。而且说到底，这种解决方案和传统汽车外挂一个备用油箱一样，只能起到治标的作用，万一遇到前一天忘记充电或是其他无法容忍长时间充电的情形，那还是得依赖于后两种思路。
第二种思路就是前两期介绍过的“快充”技术。但快充技术也面临着配电网工程和电池技术两方面的挑战。依据以往配电网改造的历史来看，电网要想完全满足新能源汽车快充的需要（匹敌加油速度），改造可能就要花上十年甚至更久，新能源汽车能不能等得起，恐怕还是个未知数。其次，“快充”技术并不仅仅是加大充电电流就可以，更需要有配套的“快充”电池技术来配合。
如果用普通的电池直接“快充”，一是电池寿命会受到很大影响，可能本来能用五年的电池，用了几次快充后就会发现续航里程大大下降，两三年就没法再用了；二是快充充进去的电远不及慢充充进去的电，容易导致车主对续航里程有误读，从而做出错误的行程规划；三是会引起动力电池过热，从而更容易导致燃烧甚至爆炸。
但是“快充”和“容量”又是一个矛盾体，比如以隔膜来说，快充需要低内阻，那么就得用透过率好的隔膜，空隙大且多，那么为了保证隔膜的强度和安全性不变，那么就得使隔膜厚度大大提高，这样一来最终电池的能量密度就会显著下降。而在电池密度本身就较低的当下，快充技术想在续航里程和再续航效率间取得平衡并不容易，这也就是为何快充技术目前只在新能源客车上有应用的原因。
第三种思路则是和传统汽车一样，车快没电（油）了就开去附近的换电（加油）站更换一下电池（加油），便可重新踏上旅程。其具体是个什么样子，Tesla早在2013年就展示了它的九十秒换电技术。可以说只要汽车设计时做到了将汽车和动力电池分离（车电分离），那么换电的实现就只剩下了拆卸和装配两个步骤，毫无技术难度。
如此看来，“换电”思路俨然成为了技术上最可能实现的新能源汽车再续航解决方案。这也就是为什么早在2011年，国家电网就抛弃了此前电动汽车示范性项目阶段推广的“充电为主、换电为辅”发展模式，而将其更换为“换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送”。
但是“换电模式”有一个车电分离的前提——动力电池就需要被标准化。但一旦标准化，那就意味着相关汽车厂商和电池厂商就必须依着这个标准去设计其产品，设计方向受制于人，它们自然不会乐意。而且一旦车电分离，新能源汽车的补贴该怎么分，谁拿大的谁拿小的，这也是个问题。
然而更尖锐的问题是，这一“换电”模式实质是将动力电池环节商业、市场化运营，国家电网扮演“电池运营商”的角色，其同时也是最大的动力电池采购商。按照国家电网的规划，更换电池为主的电动汽车充电服务模式是“使卖汽车的不用收电池钱，买汽车的不用付电池钱”，消费者可以省下钱来在国家电网的充电站更换电池。公司还将在电池中加入芯片，可以监控电池位置、剩余电量、剩余里程，甚至可以通知司机下一个换电池的电站位置。
此外，将来国家电网还将回收这些旧电池，在变电站用作储能设备。结果就是汽车厂商发展电动车，结果最后沦为国家电网的附庸，市场大头都被人拿走，它们自然会全力反对“换电模式”。
在这样的背景下，动力电池设计标准迟迟没有出台，“换电模式”的推广自然也就无从谈起了。而且若是真让国家电网成功推广了“换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送”的电动汽车商业模式，国家电网作为国内几乎唯一的电力供应商，势必将成为这一行业的垄断者，对行业发展不利。这也就是为何国家发改委的领导甚至表示：“国网应该摆正自己的位置，以更开放的态度，配合车企发展电动汽车。”的原因。而且换电模式随着2012年国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012―2020年）》出台而已被打入“冷宫”，重新确立了以充电为主的电动汽车发展方向。
在上下施压之下，国网也无法继续坚持，到了2013年国网对新能源汽车的发展战略还是从“换电为主”调向了“主导快充”，重新在新能源汽车产业中扮演起参与者的角色。
仔细品味一下“换电模式“，不难发现其和加油业务一样，是一个资产非常重的产业——既要铺设足够规模的换电站网络作为固定资产，又要在每个换电站中保留大量的待换电池作为库存商品。那么这样一个业务模式一旦短期内不能盈利，便会给企业带来巨大的负担，所以如果失去了国网这样资本实力雄厚的大靠山，恐怕这种新能源汽车发展模式就要一蹶不振，难以翻身了。
有趣的是国网虽然离开了，但从去年开始北汽新能源、力帆汽车等车企反而又投入了”换电“的怀抱，纷纷投建服务于自家新能源汽车的换电站。这么看来，“换电模式”大有卷土重来之势。可是现在的新能源汽车大多还是车电一体，行业内也没有一个普适的动力电池设计标准，那么为何这些车企又逆势而为，重新选择了“换电模式”呢？这就是下一期我们要介绍的话题了。
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原创：徐余颛，中科院凝聚态物理博士在读。
