为电动汽车 (EV) 电池充电的时间是阻碍道路运输电气化推广的最常提及的障碍之一。为了克服这个问题，世界各地的行业和政府都在快速充电基础设施和技术上投入了大量的时间和金钱。然而，根据 Lux Research 最近的一项分析，在近期技术进步的推动下，电池更换提供了一种可行的替代方案。特别是对于在城市环境中运营的出租车和车队。

电池更换解决方案不是快速为电池充电，而是依赖于用充满电的电池组或模块物理更换耗尽的部分。

在分析了与在英国和中国部署电池更换基础设施相关的成本后，Lux Research 的研究“电动汽车电池更换和快速充电的成本比较”得出结论，电池更换有可能克服所遇到的许多挑战带快速充电。

因此，尽管目前全球电动汽车行业和立法者都青睐快速充电，但人们对电池更换的兴趣正在增长——尤其是在中国。据研究公司 Prescient & Strategic Intelligence 称，中国最大的电动汽车制造商北汽集团计划投资超过 14 亿美元，在 2022 年底之前安装 3,000 个电池更换站，能够为 500,000 辆电动汽车提供服务。

电池更换和电动汽车拥有痛点

除了 Lux 研究中提到的有利的基础设施投资之外，电池更换还显着缩短了“补充”电动汽车续航里程的时间，并减少了由同步集群快速充电引起的电网负载。虽然使用快速充电器将电池从 10% 充电到 80% 的时间通常在 20 分钟到 45 分钟之间 - 取决于电池大小、充电电压和功率 - 电池更换可以在 3 分钟到 10 分钟内完成。

一旦电量耗尽的电池被移除，它就可以以不会损害电池生命周期或对电网造成压力的充电速率进行“智能充电”。

然而，更换电池还有其他不太明显的优势——例如当现有电池过时或过时时无缝更新到最新的电池技术，以及根据需要将电池尺寸更新到所需范围的选项。

通过采用模块化方法，加州初创公司 Ample 能够通过增加或减少更换的电池模块数量，随时根据车辆的运行要求调整电池容量。

为了实现这一点，Ample 的技术有两个主要组成部分。一个完全自主的更换站，可从汽车中取出电量耗尽的电池模块，并用充满电的电池模块替换它们。然后将耗尽的电池模块放在架子上进行充电。其次是模块化电池架构，允许任何电动汽车使用 Ample 的充电站。电池由“类似乐高”的模块组成，可以容纳任何车辆，无论大小或型号。交换时间不到 10 分钟。

虽然 Ample 希望使其成为跨不同制造商平台的通用应用程序，但汽车上的电池外壳必须设计为适应标准化。

Ample 尚未提升其服务，但最长期的电池更换支持者中国电动汽车制造商 Nio 已通过其 NIO Power Swap 中心网络完成了超过 2,000,000 次更换——在不到 10 次的时间内将更换次数增加了 1,500,000个月。迄今为止，NIO Power Swaps 已为超过 2.5 亿英里的驾驶提供动力。

作为原始设备制造商，蔚来不仅为其客户提供快速的续航里程，其“电池即服务”订阅计划还通过从车辆的购买价格中去除电池成本，从而降低了约 10,000 美元的前期拥有成本. 通过提供租赁电池的选项，该公司克服了另一个经常被提及的阻碍电动汽车接受的障碍——高昂的初始购买价格。

目前，每月更换 6 次的 70 kWh 电池组售价约为 142 美元。对于那些不想更换电池但仍需要电池组的人来说，费用约为每月 12 美元。这是让电动汽车重新上路的经济高效、方便且快捷的方式，尤其是在长途旅行中。

为了在 NIO Power Swap 中心更换电池，汽车在液压升降机上升起，在那里激光制导扳手拧松固定电池盒的螺栓，然后将其从汽车上卸下。将耗尽的电池运走重新充电，然后安装新电池。在 500 多项专利技术的支持下，该过程只需不到 5 分钟。

尽管电池交换为制造商和消费者提供了显着的好处，但它在大规模采用方面面临着一些挑战。

电池交换系统面临的挑战

自从总部位于以色列的 Better Place 与雷诺签订合同，为 2011 Fluence ZE 安装可更换电池以来，该技术的根本缺陷一直存在。这个早期的系统在大约 10 分钟内增加了 80 英里，而不是花费数小时为电池充电，但该公司未能说服任何其他汽车制造商设计和生产具有标准化电池系统的车辆。这是一个一直持续到今天的问题。

随着电动汽车制造商开始实施垂直整合制造计划，并越来越多地将电池视为区分品牌的知识产权，标准化的可能性更小。

为了进一步使标准化复杂化，针对特定车辆应用精心选择电池化学成分和格式。例如：Telsa 可能会选择具有高镍阴极化学成分的 4860 格式，因为它的能量密度和可能的承载能力作为结构部件，而另一家制造商可能会为成本敏感的应用指定磷酸铁锂软包电池。因此，跨平台标准化在功能上是不可能的。当然，转向“框架内电池”设计可能会使任何形式的电池更换变得不可能。

更重要的是，现代背包被设计为集成的、承重的结构元件，以减轻重量并通过严格的碰撞测试，使其成为特定于应用的。

考虑到电池更换面临的所有这些重大且看似无法克服的挑战，许多评论员质疑 10 分钟的续航里程是否足以实现这一想法。

今天的新型电动汽车已经可以正常行驶 200 英里到 400 英里，并且可以在 35 分钟或更短的时间内完成充电。此外，StoreDot 是一家专门为电动汽车提供极快充电电池技术的公司，该公司最近在短短 10 分钟内为 4680 外形圆柱形电池原型充满电，这是世界首创。

这一突破意味着全球汽车制造商将能够使用 StoreDot 的极快充电 (XFC) 电池，以袋式和圆柱形电池形式，以相同的成本将充电时间缩短 50%。这两种格式都在进行放大过程，并将在 2024 年准备好批量生产。

因此，随着电池更换的机会窗口迅速关闭，电池更换的支持者可能不得不重新关注快速“补充”以外的优势。电池租赁、灵活的按需电池组容量以及对充电过程的控制仍然可以看到该技术得到车队运营商和利基制造商的支持。