快充、換電、充電道路、電池技術：提升續航誰才靠譜？

科技 10-19

@李大大：目前解決電動車續航焦慮的方式有這4種：電池技術、超級快充、電池更換技術、充電道路，想問還其他有效的方式嗎？如果沒有，上面4種方式哪一種最靠譜？為什麼？

謝網友邀。

單獨就問題中的四種方向來看，還都能夠展開來詳細說一說的；我就借這位網友的提問，來聊聊為了提升續航，這四種方式究竟誰最「靠譜」。

電池技術：逐步高鎳、最終固態是發展趨勢

電池技術本身的發展，一直都是續航提升的主力軍。

最近數年，乘用車車載動力電池已經基本完成了磷酸鐵鋰電池向三元鋰電池的過渡，無它，就是因為更高的能量密度，能夠帶來肉眼可見的續航提升。

不管是NCM（鎳鈷錳）電池還是NCA（鎳鈷鋁）電池，兩種三元鋰電池的能量密度相比磷酸鐵鋰電池都更具優勢，並且隨著「三元」不同的配比，能量密度還在持續發生著微妙的變化。

具體來看，就是根據鎳、鈷、錳亦或者是鎳、鈷、鋁間不同的配比，求得更高的的能量密度。其中的原理也不複雜，那就是儘可能提高鎳的比例就完事兒了。

以NCM（鎳鈷錳）電池為例，根據三者含量的不同，常見的就有NCM523、NCM622、NCM811（數字代表鎳鈷錳的比例），目前已經有諸如廣汽新能源Aion S、蔚來ES6等車型使用上了NCM811電池，在保持體積不變的前提下，電池能量密度也能獲得顯著的提升。

廣汽新能源Aion S

蔚來ES6

由此可見，高鎳三元鋰電池已經成為了短期內提升能力密度逃不開的發展方向，通過鎳元素含量的提升，三元正極材料的比容量逐漸升高，電芯的能量密度也會隨之提高。例如特斯拉所使用的21700 NCA三元鋰電池電芯的能量密度高達260Wh/kg，它的鎳鈷鋁比例為8:1.5:0.5，毫無疑問，它屬於「高鎳電池」。

只可惜，通過改變三元配比來提升鋰電池的性能，成長空間註定有限，同時還承受著化學特性更加活潑的代價。有沒有立足長遠，更有發展前景的電池技術呢？當然是有的，這就是車載動力電池的終極目標，固態電池。

固態鋰電池，顧名思義就是由固態電解質代替隔膜和電解液。固態電池對於車載動力電池性能的提升是革命性的；形象的來說，使用固態電解質的固態電池相比傳統鋰電池，堪比固態硬碟對機械硬碟的性能提升。

固態電解質帶來的好處可是太多了，首當其衝的便是無需傳統三元鋰電池的石墨負極，直接使用金屬鋰來做負極，僅此一步，能量密度就能夠獲得巨幅的提升。其次，固態電解質也允許使用容量更大的正極材料，同樣能夠疊加提升能量密度，收益更加明顯。

更重要的是，固態電解質擁有不可燃、無腐蝕、不漏液、不揮發等一大堆核心優勢，以往純電動車型中所擔心的安全問題也將迎刃而解。

解決了續航、安全問題的同時，更不用說固態電池還兼備小體積、壽命長、易回收等諸多優勢。因此，在可見的未來，固態電池將作為車載動力電池、甚至是整個電池行業的發展方向。

即便是研發難度巨大、成本高昂，在全行業的需求下，固態電池的未來仍然是明朗的。

超級快充：最易普及，高壓、大電流是不二手段

雖然純電動車的最佳補能方式是利用夜間用電波谷進行交流充電，但是以目前的用車環境來看，想要實現人均獨立車位、或者說能進行充電的獨立車位，是極其困難的。

沒有個人車位、物業阻撓施工困難、安全標準難以統一，都阻撓著個人充電樁的普及，那麼在人口密度如此高的前提下，發展公共快充站，就成了最適宜的發展方向。

圖片來源：前瞻產業研究院

我們籠統上所謂的快充，一般指的是大功率充電樁。在學術角度定義為具備大功率充電能力的充電設施，其理想充電功率≥350kW，充電時間約為10-15分鐘，補充續航里程能滿足300km的行駛。

然而目標歸目標，目前國內常見的標準GB/T來看還做不到那麼快速，國網15標主流單樁都在120kW左右，目前國內車企布局的就有小鵬汽車180kW雙槍，單樁平均功率能夠達到90kW，另外蔚來也有最高105kW的超充樁開始運營。

如果是本身支持較高充電功率的車型，那麼大概能夠實現100kW的實時充電功率，大約10多分鐘就能夠補能100km的續航。考慮到這是理想數值，還有不少車型在快充時只能夠實現60kW左右的快充功率，這樣的表現顯然是無法滿足快充需求的。

怎樣的快充，才能夠最大限度的滿足人民日益高漲的充電需求呢，我認為有兩個案例，可以代表超級快充的發展方向。

第一，就是目前快充體系最為完善、體驗也最佳的特斯拉超級快充了。2019年3月7日，特斯拉正式在美國部署V3超級充電樁，也就是俗稱的特斯拉第三代超充系統。V3超充系統最高充電功率可達250kW，利用V3超充，Model 3可在5分鐘內增加120km續航，這樣的速度，近乎是加油般的補能速度了。

可見，特斯拉V3超級快充，完全是依賴於特斯拉強大的研發能力、電池性能、電控管理技術，方能夠普及地如此迅速。

第二，大眾集團所倡導的高壓系統也不失為有效提升充電效率的極佳方法，具體可以參考保時捷Taycan的800V高壓生態系統，目前，主流400V電壓技術能夠在250A的電流下達到100kW的充電功率，800V電壓在保持現有電流就能夠達到200kW的充電功率，未來電流提升後將能夠達到300-500kW的充電功率。

因此，高壓系統及大電流，將會是未來超級快充技術的核心發展方向。

換電模式：遠景可期，但或許是最吃力不討好的方式

即便再快的超充，在高負荷長距離的行駛需求下，肯定還是換電要來得效率更高。換電本身僅需要3~5分鐘就可以完成，加上進出準備時間，補能體驗也要更接近燃油車一些。

更重要的在於，換電模式在根本上解決了現有純電動車的可靠性、二手殘值率等問題，因為動力電池作為純電動車最重要的資產，其本身又無法逆轉逐漸衰減的化學天性，一旦支持換電，那麼這個重資產風險其實就轉嫁到了廠家那邊，為消費者大大緩解了壓力。

例如蔚來今年因電池包線束而引發的新勢力首例召回，其實就可以通過換電來迅速解決，效率不可謂不高。

這還沒完，換電模式還能同步享受到動力電池技術的實時發展成果，依然是拿蔚來舉例，僅僅一年過去，蔚來ES8、蔚來ES6就能夠選擇在70kWh電池包的基礎上，選擇更大容量的84kWh電池包，不得不說換電模式在技術上的先進性，確實是帶來了諸多便利。

雖然換電模式本身好處頗多，但是其代價或許是今天討論的命題中最大的。

首先是為了覆蓋更多的車型，電池包尺寸必須要統一，蔚來正是為了打造換電體系，早期的蔚來ES8同樣使用了70kWh容量電池規格，因此造成綜合續航較短，在媒體輿論上負面纏身。

正是換電體系統一規格對研發實力要求極高，前期的換電設施推廣也需要巨額的資金支持，可謂是投入大、產出少，更不用說此換電體系只能自家品牌使用，其他電池規格五花八門的品牌就無福消受了。

可見，投入大、產出小，知道產出小、還要高投入，成為了一個雞生蛋還是蛋生雞的無解循環。

以此判斷，在乘用車海量的用車場景下，想要全面覆蓋換電體系是幾乎不可能的，不過這倒不是說換電根本就沒有發展前景。

若是需求度極高且分布相對集中的大城市、高速服務區，在這樣的聚集區先行覆蓋換電體系，高效率的運轉能夠平攤運營費用，其次也能夠與快充體系形成一個有效的補充。我們很高興看到蔚來已經在這麼做了，其次還有北汽新能源在計程車商運領域的探索，都是十分具有發展前景的。

最不可行：充電道路

乍一看，似乎這是最完美的方案，一邊走一邊充電，豈不美哉？

事實上卻不是這麼回事，充電道路本身並不是多新鮮的概念，其最初的設想和手機無線充電也差不多，即預先將線圈埋入公路形成電磁場，再與線圈發生反應來為動力電池充電。不過受制於線圈的排列能效影響，移動中的物體充電效率將大幅放緩，更別說是高速移動的汽車了。

就以2018年8月中科院牽頭的實驗舉例，這次實驗建成了一條長181米的無線充電道路，按照官方的實驗結果展示：移動式無線充電功率為20kW，轉化率達80%，磁場強度低於國際標準27uT，行駛速度可超過60公里每小時。

我們姑且不考慮在高速行駛下的損失，假定無論何種速度下都能達到理論轉化率，那麼實際充電功率能夠達到16kW，看數據好像還是可以接受，但是要知道181米在60km/h的速度下也僅需11s左右，若想獲得可觀的補能結果，在這樣的充電速率下我們至少也要行駛1個小時，才能補充約100km的續航，要建成滿足這麼長久時間行駛的充電道路，幾乎是不可能的。