三斤哥，对变速箱、电动化、智能驾驶都有研究的智能座舱产品工程师 阅读原文 充电换电、纯电氢能的争论可以说是新能源车技术发展路线里永恒的话题了，我之前也谈论过许多次。 结论 先从能源角度来说，乘用车领域纯电基本上完全占据上风了，这背后的本质不是技术问题，而是政治问题。 自从中美欧都全力发展纯电乘用车的时候，燃料电池乘用车就已经被判死缓了，你看之前最抵制纯电的日系车系也不得不进入这条赛道了。 但是在商用车领域，尤其是重载长途卡车，氢能源还是大有作为的，主要原因是重卡太耗电也太耗电池，后续我会详细给大家分析。 那么对于补能方式来说，在较长一段时间内，换电和充电都无法压倒性的战胜对方，所以会以「充电为主、换电为辅」的格局共存，这个我后面也会详细解释。 一、为什么重卡不适合纯电？1.1 当前的技术条件不足以支持纯电动重卡的普及 其实大家可能会有些疑惑，现在电动车不是发展的还不错吗？9 月份市场份额都 15% 了，为什么到了卡车这里就不行了呢？ 那是因为相较于乘用车，重卡的耗电量其实是超乎想象的高，在计算之前，我也没想到重卡竟然会这么耗电。 由于造型因素，目前大部分重卡的风阻系数都在 0.7-1 之间，即使是做的比较好的也要到 0.55 左右（这里不考虑那些宣称风阻系数 0.35 左右的 PPT 卡车），迎风面积 10 平方米左右。 在车重方面，单牵引车车头是 10 吨左右，国内法规允许的最大总重是 49 吨，大大超过乘用车的 1.5-2.5 吨。 那么把上述一些列数据代入汽车行驶方程式可以算得不同工况下重卡的电耗 重卡的电耗真的非常夸张 不看不知道，一看吓一跳。 不管风阻系数是 0.35 还是 0.55，纯电动重卡的高速巡航电耗基本上都是 100-200 之间，如果想要纯电动重卡的实际续航达到 400km，电池基本上得要 600-1000kWh。 这么说大家可能没有概念，上海市的居民阶梯用电 2 档和 3 档的分界线是 2400kWh/ 年，换句话说，一辆轻载的低风阻重卡以时速 80km/h 在一路畅通无阻的情况下从北京开到广州耗的电够一个普通家庭用一年。 那么在技术上，如此庞大的电池组则会带来两个问题 1.1.1 极大增加重卡自重 在乘用车领域，目前电池能量密度在 200Wh/kg 左右，即使重卡能保持同样的水准，其电池组重量也会有 3-4 吨，考虑到没有了油箱、少了变速器和发动机，纯电动重卡的自重仍然普遍会比柴油重卡重 2 吨左右。 对于经常满载的车辆，重两吨意味着少挣两吨的运费；对于不满载的车辆，重两吨就意味着百公里电耗会上升 25kWh 左右，对应到电费上就是 0.25-0.5 元 / 公里。 这显然不是卡友们愿意看到的结果。 1.1.2 给补能带来非常大的困难 不同于乘用车大部分时间都是中短距离行驶，重卡生下来就是为了跑长途的，这就注定了重卡的补能次数要比乘用车高得多。 虽然交通法规规定每连续行驶 4 小时就要休息 20 分钟，但是实际上，长途运输的重卡很多时候会配备双司机，人歇车不歇。 即使是单司机的车辆，也不会有过多的时间用于休息，毕竟时间就是金钱，这注定了重卡会非常在意补能时间。 所以在这种情况下，服务区必须要有 20 分钟补充 600kW/h 以上电量的能力，换算成功率就是平均 1800kW，对比一下，小鹏前两天发布的 800V 超充桩峰值功率才 480kW。 再考虑到目前的电池技术也无法承受如此高的电流，因此，充电肯定是死路一条。 那么换电呢？其实也没好到哪里去。 假设电池可接受的平均充电功率为 200kW（这个数值其实已经很高了），充满一块电池至少需要 3 小时，为了保证电池不断供，如果每小时可以换 3 台车，那么换电站需要储备 9 块电池，这个成本是非常高的。 而如果从整个换电站的功率来看，9 块电池一起充仍然是 1800kW。 G15 太仓沙溪服务区卫星图 对于繁忙的干线高速公路，在目前柴油重卡不需要频繁补能的情况下，服务区都会停着数量非常多的重卡，如果都是纯电动重卡，出现在的服务区重卡数量还要比现在高得多。 最可怕的是，这些车还都需要补能，所以换电其实也行不通，毕竟电池换下来还是要充的。 1.2 如果从全生命周期计算，纯电动重卡并没有大家认为的那么环保 虽然在不同计算口径下，纯电动乘用车全生命周期的碳排放有高有低，但是目前总体上公认是会低于燃油车的。 但是商用车则不同，一方面是使用时的碳排放没那么小，另一方面就是制造时的碳排放会更多。 对于一台普通轿车，其综合油耗一般是 8L/100km，而电耗则差不多是 15kWh/100km，数值上大约是1:2。 而重卡则不然，重卡综合油耗一般是 30-40L/100km，电耗是 150-200kWh/100km，数值比大约是1:5。 这就导致如果想要降低纯电动重卡使用中的碳排放，就必须要大幅降低火力发电在电网中的比重。 但是这个过程并不是那么容易的，其中最重要的原因就是风、光等零碳电力的稳定性相对较差，电网不是那么愿意接收。 想要稳定输出，就只能先把电储存起来，而恰恰这一步又很难，这就导致我国实际上风、光的弃电还是比较多的。 但是如果能把这部分弃电直接用来制氢，我们就可以变相地把电能储存起来。 仅 2018 年，我国的弃电量就达到了 1000 亿 kWh，可制氢超过 180 万吨，能满足 1200 万辆乘用车的用氢需求。 如果换算成商用车，也可以满足 50-100 万台重卡的用氢需求。 除此以外，利用工业副产品制氢的实际碳排放也很低。 而在另外一方面，一台纯电动重卡所需要的电池可以造 10 台普通轿车，50 台五菱宏光 mini EV，这部分所增加的碳排放将会远远超过造一个油箱的碳排放。 但是氢燃料电池重卡则不同，只需要一个 100kWh 左右的电池包和一套氢燃料电池反应堆，这部分制造碳排放就会小不少。 所以在碳中和的大背景下，纯电动重卡的未来也并不乐观。 1.3 纯电和氢燃料电池的成本差异在商用车上不会像乘用车那么悬殊 前面说到纯电动重卡电池容量至少 600-700kW/h，而且考虑到其苛刻的使用要求，电芯还必须要用比较好的。 根据瑞银估算，2021 年动力电池的成本在 700-800 元 /kWh，那么一台纯电动重卡光动力电池的成本就至少需要 50 万左右，要知道，现在一台国产高档牵引车也就是这么个价格。 而且，随着全球范围内电动化的快速推进，动力电池所需要的钴、锂等资源未来需求可能会存在缺口，如果重卡也电动化，更会加剧这一情况，推高动力电池成本上升。 动力电池价格首次由跌转涨 事实上，受疫情等多方面因素叠加影响，最近电动车的价格已经涨了很多了。 而另一方面，虽然目前氢燃料电池重卡补贴后售价也还是超过 100 万，高于纯电动重卡。 但是氢燃料电池汽车目前仍处于起步阶段，类似于电动汽车十年前的水平，因此其成本居高不下很大一部分是因为市场规模太小。 随着越来越多的车企进入燃料电池领域，燃料电池系统的成本相较于去年已经有了很大幅度的下降。 十年前，二十多万只能买个续航 80 的微型车 可能用不了几年，氢燃料电池重卡的成本就可以和纯电动重卡持平，这在乘用车上是相对比较难实现的。 1.4 重型商用车的使用环境降低了加氢站覆盖的难度 最开始说补能对于纯电动重卡来说是噩梦，但是对于燃料电池重卡就相对轻松许多。 不同于乘用车，重卡的日常行驶路线基本十分固定，要么行驶在国道和高速公路上，要么就停在各个城市的公路物流中心。 上海安亭加氢站 所以，其实只要在上面这些地方布置好加氢站，基本上就可以 100%覆盖氢能源重卡的使用场景了。 最重要的是，氢燃料电池重卡真的可以实现「加氢 10 分钟，开车 4 小时」，而且是现在就可以。 1.5 小结 正式基于以上这些因素，国家其实对氢能源商用车的扶持力度非常大，北京、上海、广东也在近期相继进入首批「氢燃料电池汽车示范城市群」。 相信在整个行业的共同努力下，下一个十年，氢燃料电池商用车也可以像纯电动乘用车一样逐步得到市场的认可。 二、为什么充电和换电会共存？ 总体来说，换电主要在如下几个场景更有优势： 长途出行； 城市中心区域无桩用户； 大电池车型、营运车辆； 车电分离、灵活升级、电池健康管理…… 但是与此同时，换电的缺点也很明显，其中最突出的是： 换电站前期建设投入相对较大； 目前各换电体系间相对独立，兼容性差； 车型开发会受电池限制。 这就导致了无论是充电还是换电，都无法在面对另一方时拥有压倒性的优势，李书福和雷军在技术路线上的分歧本质也源于此。 正巧我前几天又归纳了下充电、换电各自的优势，以及目前的换电体系到底需要额外花费多少钱，也希望能帮助大家更好的了解这两种技术路线。 2.1 充电的优势 在这样的前提下，像特斯拉 Model 3 这种小电池 + 低电耗 + 超级快充的技术路线的补能总效率其实也不弱于换电，所以雷总支持大功率快充是有一定的道理的。 2.2 换电的优势 同样，如果换电也有非常多的优点。 如果换电真的一无是处，也没法在竞争如此激烈的今天还有新玩家入局，因为换电真的能解决当下非常多的问题。 春节期间海南外牌电动车中蔚来的比例最高也能说明换电在长途快速补能时的优越性，这对于地大物博的中国来说是非常重要的。 所以李总的提议也有道理。 2.3 换电成本的估算 当蔚来换电站达到了一定规模之后，我们发现每位车主需要为换电多花的成本可能也就在一万块钱左右，这个数字可能比许多人想象的都要低不少。 换电在经济账上也不是就走不通的。 2.4 小结 充电也好，换电也罢，本质上都是为了让用户能够更加方便、快捷的实现电动汽车补能。 既然在未来一段时间内两种方案都无法独自在所有使用场景都有最优的体验，那共存实际上就是唯一选择。 以充为主，以换为辅，完全没必要搞二元对立那一套。 中国够大，容得下两种补能技术方案。 总结 正式基于这些原因，充电、换电、氢能源都会有各自最适合的领域，一家通吃的局面不会出现。 阅读原文
