電池研究院:一文讀懂蔚來換電站

2018-09-05 00:00:00 作者:黃恒樂
蔚來換電分幾步?

A、訂單生成

車主通過NIO App下單(根據導航定位自動分配最近換電站),或掃描換電站上的二維碼,系統生成一鍵加電訂單。

每一座換電站配有3個停車位與5塊高壓電池,可以不間斷地接受云端調度為車主服務。

B、進站

站內值守專員會從能量無憂專員或車主手中接管車輛,負責將車輛倒入換電站內,并且觸發位于ES8中控屏幕上的“進入換電模式”按鈕。

在“進入換電模式”之后,ES8和換電站完成Wifi連接的鑒權過程。鑒權過程中,換電站將確認這輛ES8是系統派發訂單到車輛。

“換電模式”下,首先車輛會解除空氣懸架的設置,進而放松對輪胎的控制使其可以隨動,不會抱死,然后車輛便進入到換電模式。

值得關注的是,當蔚來ES8的自動駕駛模塊生效之后,人工倒車入庫/出庫的動作將取消。

C、換電

值守專員下車并鎖車,進入控制室,輸入服務密碼后點擊“開始”按鈕。此時站內ES8的黃燈會閃爍一下,表示車輛完成自檢,電池包的高壓電路已經斷開,ES8進入休眠模式。這個時候,推桿將ES8推至水平居中的位置,車輛的位置大致調整完畢,然后四個舉升臂抬升車輛,換電機器人RGV才會開始換電動作。

換電機器人RGV是NIO換電站的精髓,在換電站共有的近三百項專利中,機器人占很大的份額。它搭載10把解鎖裝置,經布置在換電平臺內部的視覺識別裝置精確定位,解鎖裝置將上升到車輛底部的10個bayobolt螺栓處,并開始旋轉解鎖。

bayobolt是蔚來專利技術,特點在于既能夠保證連接強度,也允許有一定的浮動;配合換電機器人RGV同樣可以浮動的基座,結合視覺識別,車身定位銷,可以最大限度地保證解鎖裝置和螺栓精確對接。

歷時15秒左右,電池解鎖完成,換電機器人托住電池下降,并逆時針旋轉90度。將電池運回電池倉,電池轉運采用滾筒滾動+鏈條傳送的方式,配合舉升機上下移動;空電池傳送到位后,自動連接倉內的充電接頭和水冷卻接頭,保證空電池開始恒溫受控充電。

換電站電池倉內的水電快換接頭跟ES8底盤上的一致,在電池脫開和連接的一瞬間,冷卻液可以瞬間封閉,不會泄露。

與此同時,滿電電池被轉運送到ES8底部,重復一次視覺定位,旋轉加鎖的過程,最終bayobolt擰緊,換電動作完成。

D、檢測 & 出站

完成了換電的ES8,車燈會亮起來,表示電池成功安裝。之后系統將會自檢,將各高低壓元器件開關打開,高壓電路接通,車載電腦喚醒。

同時,換電站主控屏幕上顯示“換電結束”,整個換電過程大約耗時3分鐘,此后專員可以將ES8駛離換電站。

蔚來換電站部署進度

A、覆蓋面

今年之內,共計80座換電站在全國9座城市部署,此外還有500臺充電車、2萬根專屬充電樁、6萬根超級快充樁。

B、部署難度

蔚來換電站是統一規格的,一座換電站需要占地7.6×5.6m(43平方米),僅需18小時工期,接上380V工業電就能用。

C、服務能力

換電一次3分鐘,而饋電的電池在站內還是需要快速充電的,因此不可能無限度地不斷換電出來。蔚來換電站的設計服務能力是72輛/天,足夠支撐絕大多數用車情況。

如果當地換電站換電負荷太高,蔚來會利用大數據分析,在最方便用戶的地理位置再增加一座換電站。

當然,也有可能是在原本換電站的基礎上加掛電池艙位,多加一格模塊化電池倉位,可以多加6塊電池,全站一天能服務超過100輛。

值得一提的是,如果換電需求強度特別大,換電站也不會把一塊沒有充滿的電池換給用戶。

2234公里京港澳高速“換電行

A、一次壯舉 

G4高速,又稱京港澳高速,南北大動脈,途經北京、河北、河南、湖北、湖南、廣東、香港、澳門。

在這一路上,蔚來ES8車隊以換人不換車、換電不充電的方式,從北京竇店服務區出發到東莞厚街服務區,總計行程2234公里,用33小時完成了整段行程。

一路上,蔚來ES8車隊遇見了擁堵和大霧,遇見了黃昏和黎明,當車輛需要進行補能時,24小時值守的換電站能夠快速地完成換電工作。

在G4高速的14個服務區里,蔚來部署了18座換電站,讓竣工于1993年11月的G4,在25年后再一次見證了中國高速公路的一個新的里程碑。

B、一個現實

此前,蔚來ES8的高速續航能力備受質疑,一些媒體不帶任何前提條件地評價ES8虛標續航,卻沒發現高速續航遠遠達不到NEDC標稱續航”并非ES8的問題,而是全球現售純電動車產品的物理特性。

在蔚來高速續航事件之后,筆者朋友清華汽車工程博士 @張抗抗 先生就通過仿真軟件得出了一個通用化的結論:電動汽車在120km/h時速下勻速巡航,實際續航能力比NEDC低25%是非常正常的,而蔚來ES8低了40%左右是因為空調/電機/行駛環境等方面的多重影響。這不是蔚來一家煩惱的事,特斯拉Model X在120km/h下巡航甚至會下降近50%。

可見,純電動汽車高速續航,續航就是短,沒必要掩飾,這也是為何需要在2285公里的G4高速的14個服務區里部署換電站,平均間隔在200公里以內。

那么,跑完G4需要停車14次換電14次,是否不合理呢?筆者的自駕經驗不算淺,目前能單人單天自駕1200公里,平均??糠照?-8次,否則無法繼續巡航??梢?,這個??块g隔與人體疲憊發起抗議的間隔相差不遠。

C、一次回擊

蔚來表示,這是一次純電遠征的可行性試驗,而筆者認為,這是一次對媒體不科學報道的回擊。

當讀者都被誤導到“純電動車一定不能跑高速”的坑里時,這一次超過超長里程的純電旅行,想必是最有力的反駁。

D、一些思考

的確,換電模式的耗時與加油基本相同,只不過加油的繳費/開票時間變成了加電的開進/斷電/上電/開出時間而已。

然而,單單依靠18座高速換電站,能為所有蔚來用戶帶來多大的出行環境變化嗎?恕我直言,基本沒有作用,給出全年免費12次的誠意也無法抵擋輻射面太窄小的現狀。

但這只是一個開始。突然想起,筆者在2年前曾經繪制了一張名為《貝爾塔·奔馳紀念之路》的圖,大家覺得下圖與上面藍色的《蔚來G4高速換電行》有點像不?

不是路線或者繪制風格像,而是她們都在做同一件事情:開拓。

想知道當年貝爾塔·奔馳母子們遇上了多少困難嗎?筆者羅列給各位看:

是的,她們的汽油是去藥店買的,導線絕緣是用吊襪帶綁的。

正因為她們的開拓精神,奔馳才真正成為了汽車發明者,德國人后來還特意將這條路命名為“Bertha Benz Memorial Route”,紀念人類第一次汽車長途旅行。

篳路藍縷,以啟山林。

關于換電模式的思考

A、最大優勢:維護 & 迭代

換電模式有兩大優勢,分別是電池監控/維護 & 電池迭代。

因為有了換電模式,健康有問題的高壓電池包可以回到蔚來,重新維護,判斷是否能繼續服役。如果你買了一臺不能換電的純電動車,你會常年保持淺充淺放,擔心昂貴的電池包會在任何使用失當的情形下失能。如果電池包是輪換的,那請隨便放飛自我,用殘了這一批,還有新的下一批。

因為有了換電模式,電池包是可以迭代的,因此70kWh不是一個天花板,而是一個地板。等電池能量密度去到160kWh/kg、200kWh/kg、300kWh/kg,你的純電動車續航就會不斷增加,那時候根本不需要換電站了。

是的,換電站本來就是過渡時期的產物,把純電動車的小短腿接長。

此外,純電動車的貶值速度驚人,一般3年貶值60%左右是非常正常的,如果用了換電模式,電池被淘汰的年份不斷延后,汽油車的動力系統不斷老化,而可換電池的純電動車卻會不斷更新電池技術,純電動車甚至比汽油車更長壽。

B、最大劣勢:成本

蔚來一直沒有公布單座換電站的部署成本,而筆者也預估到其價值不菲。

一來,蔚來換電站目前產量有限,研發成本攤不平,單體造價非常高;二來,換電站雖然不需要土建,但與高速服務站/居民樓物管/電力部門等方面溝通的人力/資金成本非常高;三來,不裝載到車上的電池包,因為沒有補貼,單體造價非常高;四來,目前ES8的自動駕駛技術仍未開放,換電站必須有24h值守專員,人力成本非常高。

C、更適合運營車輛

有三件事情是毫無疑問的:純電動車就是續航短,最快的加電方案就是換電,換電站就是不適合全版圖推廣。

試想,如果換電模式是成功的,但因為無法統一各個品牌之間的電池規格,那么這個社會需要多少座換電站,來服務以后市面上跑著的200個品牌的新能源車?

如果換電模式只為運營車輛服務,而且這一座城市里面基本都跑著同一個品牌甚至同一個型號的純電動車,那還是有可能做成功的,比如北京市的北汽出租車。

D、必須統一電池規格

蔚來ES8的整備質量約為2200kg,電池包重量525kg,占比不到1/4。實際上,我們可以看到ES8底盤內部還有空間可以安放更多電池,但為何蔚來沒有這樣做呢?

蔚來給的答復是:為了服務換電模式,蔚來電池包的外尺寸必須兼容品牌最小車型。也即是說,電池包全品牌統一,車子越小,續航越長。

服務換電模式可以,但為何不能在ES8的底盤空隙里面安放固定位置的電池包以增強續航?比如“70kWh可換電池包 + 20kWh固定電池包”。

蔚來的答復是:電控難度加大,電池一致性非常難解決。(作者畫外音:記得大眾汽車的“高性能+高容量混搭電池包”嗎?搞砸了……)

E、“加電比加油更方便”

這是蔚來汽車NIO Power部門的一個愿景。

作為一名機電工程學子,筆者是相信這個愿景總有一天會實現的。因為燃油是一種中心化的資源,油料需要用油罐車運輸至各個油站才能售賣;電能是一種去中心化的資源,我們身邊就有電源,只不過這些電力暫未支撐得起一個龐大的純電動車社會,我們需要時間。

我們生活在最壞的時代,在過去的100年里,車載電池包的能量密度提升了2-3倍,而汽油機的功率密度提升了60倍不止。那種自己開著油車還四處宣揚純電車便宜好用無憂慮的人,他們說的話,能信一成嗎?

2018年,加電遠不比加油方便,但若家有充電樁,涵蓋購車、稅費、電費、折舊在內的純電動車整體成本有可能低于汽油車,這解決了最基本的短途通勤,長途則需要換電站。

幸運的是,我們生活在最好的時代,從2015年開始,我國境內已經沒有不通電的村落了,我們享受著大部分西方國家無法想象的相對廉價且無差別建設的醫療、教學、電力、電信、鐵路資源。

現在我們有了穩定供應的電力(有興趣的讀者可以搜一下“印度大停電”),中國在建核電站反應堆數世界第一(占全球37%),但沒有我們足夠廉價的直流充電樁為整個純電動車社會服務,建設一個全面覆蓋的廉價快充網絡需要時間,換電站成為了時間軸上的一個有效補充。

信或不信,這就是未來。

(文:黃恒樂)

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