向左走，向右走：快充还是换电？

      电动汽车由内燃机驱动转变为电驱动，最明显的变化就是发动机和油箱分别被电机和电池取代了。相比传统燃油车的能源补给方式，电动汽车的补给方式是给电池充电或更换电池，具体说来有如下三种：

      一、能源补给方式

     目前，纯电动汽车能源补给有三种：慢充、快充、换电。

     （一）慢充

      纯电动汽车一般都有两个充电口，一慢一快。慢充一般为七孔的交流口，快充一般为九孔直流口。交流口如下图所示：

      慢充，英文为Slow Charging，又叫交流充电，即利用交流充电桩的充电接口，把电网的交流电输入电动汽车的慢充口，然后通过一个OBC（On board charger，准确来说指的是“车载充电器”，一般是低功率充电机，相当于是一个AC/DC，交流转直流），转化为电池所需的直流电，然后给动力电池充电。 OBC的电源架构如下图所示:OBC是一个由（PFC + 隔离DC-DC）主级组成的AC-DC转换器，功率水平可达22kW。

     DC-DC变换器是将一种直流电变换为另一种直流电的技术，主要对电压、电流实现变换。根据功能不同，DC—DC变换器又分为单向DC—DC和双向DC- DC。单向DC—DC的能量只能单向流动，而双向DC-DC指保持变换器两端的直流电压极性不变的前提下，根据需要改变电流的方向，从而实现能量的双向流动。具体应用上既可以实现能量回收，又可以实现V2G（Vehicle-to-Grid，车辆到电网）。

     交流充电的最大充电功率取决于车载充电机（OBC）的功率大小，根据汽车行业标准QCT895规定，车载充电机额定输入电流分10A、16A和32A三档，这三档的额定输入功率是2.2KW、3.52KW和7.04KW。

     OBC作为一个功率型器件，其成本与功率成正比，而且设备安放空间有限，因此OBC的充电功率并不会做得很大。同时，考虑到损耗等原因输出功率不可能大于输入功率，而且国家规定了相应的功率因数和充电效率，所以市面上最常用的车载充电机功率一般为1.5KW、3.3KW和6.6KW。

     以上三个功率主要适应于单相电源（也就是我们家用的220V）。而通过将单项电源修改为三相供电（工业用电380V），OBC的功率水平可达22KW，充电速度更快。

     交流慢充的车载充电机（OBC）安装在车内，从而完成交流转直流。OBC的缺点是受电动汽车的空间所限，功率较小，输出充电电流小，充电时间较长。主要供日常通勤使用，可在晚上休息期间给汽车补足电量。

   （二）快充

    快充，英文为Fast charging，又叫直流充电，充电的电压达到 380V

    左右的三相交流电，把电网的交流电转化成直流电输送到电动汽车的快充口，电能直接进入电池进行充电。直流充电端口一般为九孔，如下图所示：

      与慢充不同，快充的交流转直流是在外置充电桩上完成的，充电功率就完全是由外置充电桩决定。交流慢充和直流快充的模式如下图所示：

      与交流充电桩相比，直流充电桩把交流转直流放在了充电桩里，提高了充电效率，充电速度快，主要适合于那些对充电时间要求较高的场景，如出租车、公交车等，一般安装于集中式的充电站或加油站。但直流充电设备投资和引电施工等成本较高，同时大电流充电容易缩短电池寿命。

      目前，市场上的直流桩以60kW和120W居多。一般按照充电桩含模块（通常每个模块15kW）的叠加数量来表达桩的容量，60kW就是装了4个模块，120kW就是装了8个模块，以此类推。

      根据中国充电联盟数据显示，截至2022年6月，我国累计建成各类充电基础设施391.8万台，同比增长101.2%。其中，公共充电桩保有量152.8万台，同比增长65.5%，私人充电桩保有量239.0万台，同比增长133.4%。

    （三）换电

     换电，英文为EV（Electric Vehicle）switching，采取将缺电电池更换为满电电池的方式，实现电动汽车的能源补给，具体如下图所示：

      换电模式的本质是挖掘动力电池全生命周期价值，实现企业和用户利益再分配，对于车企、电池企业、电网、换电运营商、用户和政府的多方参与都大有好处。换电产业链示意图如下：

     换电模式将漫长的充电过程和电动车运行相分离，充电过程由换电站负责，换电过程仅需数分钟，大大提高其运行效率。但换电模式的建站成本高，电池的标准化也是个问题。

     截至2022年6月，我国换电站保有量为1582座。其中，北京、广东、浙江、江苏、上海数量居前，分别为272座、213座、154座、144座和103座，合计占比56%。

      二、快充还是换电？

      我们可以从以下8个方面来对比二者的优劣势：

     （一）补能时间

     快充模式下，1.5~3小时可以把电池充满

     换电模式下，一般只需3-5分钟，足可媲美加油效率。

     （二）电池寿命

      直流充电的电压一般都是大于电池电压的，这对动力电池的耐压性和保护提出更高要求；同时，充电电流大，是常规充电电流的十倍甚至几十倍。充电电压高、充电电流大的快充，是以减少电池的循环寿命为代价的。

      而在换电模式下，换电站对换下来的缺电电池进行集中充电，且是慢充的方式，慢充虽然耗时较长，但是可以避免电池电量的衰减，有利于延长电池的使用寿命。

     （三）购车成本

     直流快充模式下，用户是全额购车，即同时购买车架和电池。

     换电模式下，用户可以只购买车架，动力电池（占整车成本的30% - 50%）采用租用的方式，这就大大降低了购车成本，非常有利于电动汽车的推广。

    （四）安全性能

     直流快充下，充电桩与汽车的接口和通信协议等都是标准化的，且充电技术已经非常成熟，所以发生安全事故的概率非常低。

      而换电模式作为一种新型的能源补给方式，一些技术标准和运营模式还没有统一，因此风险相对高一些。

     （五）建设成本

     直流充电桩体积相对较小，安装、建设比较灵活。目前很多地方都出台规定，要求新建小区建设充电桩或预留充电桩位。

      而换电模式前期投入巨大，据估算，单个换电站址的成本高达500万元，还不包括土地租金和人工费等。另外不同型号的电池都需配备，还有必须储备足够的电池，最好达到车辆数的1.5倍。

     （六）规模效益

     直流快充由于其产业链的高度标准化，可在较短的时间内带来充电量和充电频次的规模化和经济效益的改善。

     换电模式由于目前汽车电池的标准化程度较低，短期内难有规模效应。

   （七）适用范围

     直流充电桩已有国家标准，充电接口、安全标准、通信协议等已标准化，理论上适用于所有的车型。

     而换电模式需要换电电池与电动汽车的电池箱的尺寸和形状相匹配，但不同车辆的电池箱体是不一样的，这就导致了换电模式适用车型是有限的。

    （八）电网影响

     快充基本在白天进行，大量的车辆同时快充势必给电力系统和扩容带来巨大的压力。

      而在换电模式下，换电站全天24小时都在对电池进行集中充电，可充分利用波峰和波谷电量，避免了大量车辆同时充电给电网带来的冲击，缓解扩容压力。

      综上，鉴于快充和换电模式在车辆和电池适用范围、电网及土地资源要求、安全性能等方面的差异，预计未来5年内仍是充电为主、换电为辅的市场格局。但换电模式将在出租、重卡和部分高端乘用车等领域的应用推广将明显加速。

原文始发于微信公众号（遇见新能源）：向左走，向右走：快充还是换电？