通過更換的電動汽車電池去解決電動汽車使用產(chǎn)生的問題

美國國家可再生能源實驗室 ( NREL ) 報告稱，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，車主很可能會在車輛使用壽命期間購買一個替換電池，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)看到有報道稱電動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 EIA 和 NREL 的專業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家避免個人偏見，因為它會降低準(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)前的電動汽車車主可能會在容量下降 20% 至 35% 后更換電池。但是，可更換電池可以使用更長時間，因為當(dāng)它們變老時可以作為容量較低的電池提供。駕駛員不會看到 150 千瓦時的新電池和退化 50% 的 300 千瓦時舊電池之間的區(qū)別。兩者都將在系統(tǒng)中顯示為 150 kWh。當(dāng)電池使用時間延長兩倍時，電池成本會降低兩倍。

快速充電站面臨虧損風(fēng)險

當(dāng)你看到一個快速充電站時，它的使用時間百分比是多少?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，以及電動汽車數(shù)量不足。而低利用率往往導(dǎo)致站臺成本超過站臺收入。發(fā)生這種情況時，電臺可能會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 個家庭消耗的電量相同，支持這一點的電網(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為多輛汽車快速充電。這會導(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。

一個擁有許多電動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)?；蛘?，農(nóng)村或郊區(qū)的快速充電站往往面臨虧損的風(fēng)險。

可更換電池降低了快速充電站的經(jīng)濟(jì)可行性風(fēng)險，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獲取電力。

稀土材料面臨變得更稀有和更昂貴的風(fēng)險

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

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

可更換電池減少了對稀土材料的依賴，因為它們可以更輕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)。

等待充電有時不方便

可更換電池減少了加油時間，因為更換速度很快。

司機(jī)有時會對續(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)電時會排放CO 2

電網(wǎng)通常由多個來源供電。例如，在任何特定時間，一個城市可能有 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)電場在陽光充足時發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電場在有風(fēng)時發(fā)電，而其他來源的間歇性往往較少。

當(dāng)一個人為電動汽車充電時，電網(wǎng)上至少有一個電源會增加輸出。通常，出于多種考慮，例如成本，只有一個人參與。此外，太陽能農(nóng)場的輸出不太可能發(fā)生變化，因為它是由太陽設(shè)置的，而且它的電力通常已經(jīng)被消耗掉了。或者，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，因為可在可再生能源飽和時為電池充電。

開采稀土材料和制造電池時會排放CO 2

可更換電池可減少電池生產(chǎn)中的 CO 2排放，因為可以使用使用較少稀土材料的較小電池。

交通是一個價值 30 萬億美元的問題

全球大約有 15 億輛燃?xì)馄?，如果換成電動汽車，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)輸視為一個價值 30 萬億美元的問題并采取相應(yīng)的行動——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安裝地下基礎(chǔ)設(shè)施的機(jī)器開始。

結(jié)論

為了推動可更換電池向前發(fā)展，政府或基金會可以資助開發(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、存儲和充電機(jī)制

開發(fā)一個完整的系統(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。