通過更換的電動(dòng)汽車電池去解決電動(dòng)汽車使用產(chǎn)生的問題

美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 ( NREL ) 報(bào)告稱，汽油車每英里花費(fèi) 0.30 美元，而 300 英里范圍內(nèi)的電動(dòng)汽車每英里花費(fèi) 0.47 美元，如下表所示。這包括初始汽車成本、汽油成本、電力成本和更換電動(dòng)汽車電池的成本。電池的額定續(xù)航里程通常為 100,000 英里和 8 年，而汽車的使用壽命通常是其兩倍。隨后，車主很可能會(huì)在車輛使用壽命期間購買一個(gè)替換電池，而這些電池的成本非常高。

根據(jù) NREL，不同車輛類別的每英里成本

讀者可能已經(jīng)看到有報(bào)道稱電動(dòng)汽車的成本低于汽油車;然而，這些通常是基于“忘記”包括更換電池成本的“研究”。鼓勵(lì) EIA 和 NREL 的專業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家避免個(gè)人偏見，因?yàn)樗鼤?huì)降低準(zhǔn)確性。他們的工作是預(yù)測將要發(fā)生的事情，而不是他們想要發(fā)生的事情。

可更換電池通過以下方式降低電動(dòng)汽車成本：

· 大多數(shù)汽車每天行駛不到 45 英里。隨后，在許多日子里，他們可以使用低成本、低續(xù)航里程的電池(例如，100 英里)并在夜間充電。在長途旅行中，他們可以使用成本更高、續(xù)航能力更強(qiáng)的電池，或者更頻繁地更換電池。

· 當(dāng)前的電動(dòng)汽車車主可能會(huì)在容量下降 20% 至 35% 后更換電池。但是，可更換電池可以使用更長時(shí)間，因?yàn)楫?dāng)它們變老時(shí)可以作為容量較低的電池提供。駕駛員不會(huì)看到 150 千瓦時(shí)的新電池和退化 50% 的 300 千瓦時(shí)舊電池之間的區(qū)別。兩者都將在系統(tǒng)中顯示為 150 kWh。當(dāng)電池使用時(shí)間延長兩倍時(shí)，電池成本會(huì)降低兩倍。

快速充電站面臨虧損風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)你看到一個(gè)快速充電站時(shí)，它的使用時(shí)間百分比是多少?在很多情況下，不多。這是由于充電不便，成本高，在家充電容易，以及電動(dòng)汽車數(shù)量不足。而低利用率往往導(dǎo)致站臺(tái)成本超過站臺(tái)收入。發(fā)生這種情況時(shí)，電臺(tái)可能會(huì)用政府資金或投資資金來彌補(bǔ)損失;然而，這些“補(bǔ)救措施”是不可持續(xù)的。由于快速充電設(shè)備的高成本和電力服務(wù)的高成本，電站成本很高。例如，需要 150 kW 的電網(wǎng)功率在 20 分鐘內(nèi)為 50 kWh 的電池充電(150 kW × [20 ÷ 60])。這與 120 個(gè)家庭消耗的電量相同，支持這一點(diǎn)的電網(wǎng)設(shè)備成本很高(美國家庭平均消耗 1.2 kW)。

出于這個(gè)原因，許多快速充電站無法接入大量電網(wǎng)，這意味著它們無法同時(shí)為多輛汽車快速充電。這會(huì)導(dǎo)致以下一連串事件：充電速度變慢、客戶滿意度降低、車站利用率降低、每位客戶的成本更高、車站利潤減少，最終想要成為車站所有者的人減少。

一個(gè)擁有許多電動(dòng)汽車且主要是路邊停車位的城市更有可能使快速充電更加經(jīng)濟(jì)。或者，農(nóng)村或郊區(qū)的快速充電站往往面臨虧損的風(fēng)險(xiǎn)。

可更換電池降低了快速充電站的經(jīng)濟(jì)可行性風(fēng)險(xiǎn)，原因如下：

· 地下交換室中的電池可以更慢地充電，從而減少所需的服務(wù)功率并降低充電設(shè)備成本。

· 交換室中的電池可以在夜間或可再生能源飽和且電力成本較低時(shí)獲取電力。

稀土材料面臨變得更稀有和更昂貴的風(fēng)險(xiǎn)

到 2021 年，全球大約生產(chǎn)了700 萬輛電動(dòng)汽車。如果產(chǎn)量增加 12 倍并運(yùn)行 18 年，電動(dòng)汽車可以取代全球 15 億輛燃?xì)馄嚥?shí)現(xiàn)交通脫碳(700 萬×18 年×12)。然而，電動(dòng)汽車通常使用稀有的鋰、鈷和鎳，如果消費(fèi)量急劇增加，這些材料的價(jià)格會(huì)發(fā)生什么變化尚不清楚。

電動(dòng)汽車電池價(jià)格通常逐年下降。然而，由于材料短缺，這并沒有在 2022 年發(fā)生。不幸的是，稀土材料可能會(huì)變得越來越稀有，從而導(dǎo)致電池價(jià)格上漲。

可更換電池減少了對(duì)稀土材料的依賴，因?yàn)樗鼈兛梢愿p松地與使用較少稀土材料的低范圍技術(shù)一起工作(例如，LFP 電池不使用鈷)。

等待充電有時(shí)不方便

可更換電池減少了加油時(shí)間，因?yàn)楦鼡Q速度很快。

司機(jī)有時(shí)會(huì)對(duì)續(xù)航里程和充電感到焦慮

如果系統(tǒng)中有許多交換室和許多多余的電池，那么交換將很容易。

燃燒天然氣發(fā)電時(shí)會(huì)排放CO 2

電網(wǎng)通常由多個(gè)來源供電。例如，在任何特定時(shí)間，一個(gè)城市可能有 20% 的電力來自核電，3% 來自太陽能，7% 來自風(fēng)能，70% 來自天然氣發(fā)電站。太陽能發(fā)電場在陽光充足時(shí)發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電場在有風(fēng)時(shí)發(fā)電，而其他來源的間歇性往往較少。

當(dāng)一個(gè)人為電動(dòng)汽車充電時(shí)，電網(wǎng)上至少有一個(gè)電源會(huì)增加輸出。通常，出于多種考慮，例如成本，只有一個(gè)人參與。此外，太陽能農(nóng)場的輸出不太可能發(fā)生變化，因?yàn)樗怯商栐O(shè)置的，而且它的電力通常已經(jīng)被消耗掉了?；蛘?，如果太陽能農(nóng)場處于“飽和”狀態(tài)(即，由于擁有太多而丟棄綠色電力)，那么它可以增加其輸出而不是丟棄。人們可以在源頭不排放CO 2的情況下為 EV 充電。

可更換電池可減少發(fā)電產(chǎn)生的 CO 2排放，因?yàn)榭稍诳稍偕茉达柡蜁r(shí)為電池充電。

開采稀土材料和制造電池時(shí)會(huì)排放CO 2

可更換電池可減少電池生產(chǎn)中的 CO 2排放，因?yàn)榭梢允褂檬褂幂^少稀土材料的較小電池。

交通是一個(gè)價(jià)值 30 萬億美元的問題

全球大約有 15 億輛燃?xì)馄嚕绻麚Q成電動(dòng)汽車，每輛成本為 20,000 美元，總成本將達(dá)到 30 萬億美元(15 億 × 20,000 美元)。例如，如果通過數(shù)千億美元的額外研發(fā)將其降低 10%，那么研發(fā)成本將是合理的。我們需要將運(yùn)輸視為一個(gè)價(jià)值 30 萬億美元的問題并采取相應(yīng)的行動(dòng)——換句話說，就是更多的研發(fā)。然而，研發(fā)如何降低可更換電池的成本?我們可以從探索自動(dòng)安裝地下基礎(chǔ)設(shè)施的機(jī)器開始。

結(jié)論

為了推動(dòng)可更換電池向前發(fā)展，政府或基金會(huì)可以資助開發(fā)以下標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)：

· 機(jī)電可互換電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)

· EV電池與充電機(jī)構(gòu)之間的通信系統(tǒng)

· 汽車與電池交換站之間的通信系統(tǒng)

· 電網(wǎng)與車載顯示面板之間的通信系統(tǒng)

· 智能手機(jī)用戶界面和支付系統(tǒng)界面

· 不同大小的交換、存儲(chǔ)和充電機(jī)制

開發(fā)一個(gè)完整的系統(tǒng)到原型的地步可能要花費(fèi)數(shù)千萬美元;然而，全球部署可能要花費(fèi)數(shù)十億美元。