新能源汽车换电技术可行性报告.docx
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新能源汽车换电技术可行性报告
HessenwasrevisedinJanuary2021
新能源汽车换电技术可行性报告
从中国制造到中国智造
——电动汽车换电技术可行性报告
摘要：
我国的水电、风电、核电和光电因峰谷问题，每年弃电以千亿度计，因此采用各种方式进行储能。
尤其近期几年，投入大量资金采购电池储能系统。
新能源汽车换电技术可行性报告拟用峰谷用电智能调节系统和新型标准储能模块（既能储能，又能装在新能源汽车上），充分利用弃电和夜间火电闲置发电能力为新能源汽车提供电力。
这部分电力成本极低，应用于新能源汽车，规模后每年可产生几千亿纯利润，可快速回收投入成本，且环保效应显着，能够大力推动新能源汽车市场，快速拉动经济。
关键词：
弃电智能储能动力电池标准换电技术
众所周知，美国在上世纪后期及本世纪初，为本国石油安全，在西亚采取一系列措施，甚至不惜发动战争。
我国近四十年来，能源需求越来越大，由石油出口国到现在进口比例近60%。
为保证国家安全，不惜投入巨量资金建设大量石油储存基地。
如何解决石油需求问题，即采取什么方式替代石油能源，摆在我国的面前。
我国经过几十年经济高速发展，近期明显后劲不足。
为拉动经济，不惜将房地产推到目前较为危险的境地。
新的经济增长点，急需有所突破。
票子、房子、车子、妻子和孩子，俗称五子登科。
房子拉动经济的手段已经基本用到登峰造极；汽车的发展受到品牌、技术、拥堵、环保和石油的限制，发展前景有限。
如果我国在解决品牌、技术、环保和石油的前提下，将大部分汽车更新电动汽车，同时可以利用经济增长带来的利益加大交通基本建设，缓解拥堵。
在此发展过程中，积累电动汽车方面的人才和技术，解决无人驾驶的问题不是不可能。
那时，拥堵问题可以基本解决。
关键是从中国制造到中国智造能能落到实处，同时环保和汽车拉动经济以及石油安全的问题就迎刃而解！
解决方案：
电动汽车替代燃油汽车，电动汽车的动力电池由充电改为换电。
电动汽车已经在我国推行多年，国家不惜进行巨额补贴，但收效不大，还闹出骗补的丑闻。
市场基本否决了现有电动汽车的动力电池充电方式。
汽车是人类追求效率和便捷而出现的一种工具，现行的充电方式恰恰违背了人类追求效率和便捷的需求。
由于充电时间长，在生活节奏愈加快捷的今天，被视时间为生命的人所抛弃（时间本身就是生命的一部分）；由于充电时间长，无论在哪里充电，汽车本身会占用一定面积，这在寸土寸金的城市内部，是不可调和的矛盾。
加上电动汽车的主要成本是动力电池，动力电池一旦报废，就超出一般顾客心理承受能力！
（集中换电相当于给动力电池进行了免费保险，有问题的动力电池由换电站统一免费处理。
相关费用摊销到电费里）
因此，充电方式市场很难接受。
由充电改为换电，是快速解决问题的唯一方式。
电力系统不但急需将低谷时放弃的水电、核电、风电、太阳能发电以及火电等进行储能调剂，而且更需要将电力充分利用，销售出去，形成GDP。
因此，需要做的是：
将储能系统的电池单元标准化，该标准单元不但能满足储能调剂，还要能装到电动汽车上，给电动汽车提供动力！
换电和充电方式的优缺点：
换电优点充电缺点
彻底解决等待问题需要等待
换电停车场地小充电停车场地大
优化电流充电，延长电池寿命快速充电严重缩短电池寿命
恒温下充电，延长电池寿命充电温度不可控
集成控制充电，可填谷削峰不可控
标准统一，制造成本低标准不统一
标准统一，避免企业重复劳动各企业需无穷无尽投入
标准统一，回收利用方便标准不统一
位置固定在底盘，重心低位置不定
投资回报高无投资回报
推广迅速无法集中力量和国际竞争
换电缺点充电优点
技术更新只能针对外壳内部随意更新
国家需要出台新政策不需要
国家需要投入大量资金除补贴外，不需要国家投入
电动汽车能否迅速发展的主要因素为动力电池，解决不了此问题，其他无从谈起。
我国高铁能够迅猛发展的主要因素为：
铁道部能够在国家立项，争取良好政策，可以从各大银行贷款，在不考虑市场货币回报的前提下（铁道部亏损，整体国家收益），以市场换技术，经实践，从而制定我国自主标准。
这是世界上任何公司都想不到，更做不到的事情。
动力电池的市场开发类似。
动力电池技术上比高铁简单的多，主要是充电容量和充放电管理系统，现有技术能够满足一般汽车的使用需求，而且通过投资可以获得高额回报。
所要做的主要工作为：
一、动力电池相关标准及使用客户的确定：
1.动力电池尺寸及强度标准的制定；
1）动力电池容量标准；（小型汽车原则用一块电池，中大型客车及货车根据厂家设计用多块电池；动力电池容量标准根据技术的发展不断修订）
2）动力电池报废标准；
3）动力电池长宽高等尺寸及强度标准；
4）动力电池快装导电接口标准；
5）动力电池快装定位及固定标准；
6）动力电池充电温度标准；
7）有关动力电池其他标准。
2.动力电池管理系统；
1）充电管理系统；
2）温度管理系统（包括冷却和加热系统）；
3）放电管理系统；
4）独特充电口及充电密码；
5）安全系统（包括绝缘）等。
3.相对恒温充电柜标准；
4.调节用电峰谷控制系统（尽量利用用电低谷时间充电）；
5.充换电站供电标准；
6.动力电池回收技术及利用方式（电池设计时需要考虑回收成本）；
7.（无人）自动取换动力电池电瓶车（系统）设计和制造；
8.基于GPS（或北斗系统）的满电动力电池分布查询系统；
现有技术查询显示最近距离10-20个充换电站满电动力电池分布及数量应该没什么问题，车主根据自己所去目的地和车辆显示电量，结合导航技术（当然要给余量），确定自己所要去的换电站。
9.电力定价标准（对充电站）及每度收费标准（对车主）；
10.动力电池报废负担方案；
11.新技术动力电池更换方案；（车主只买车，租用换电站电池）
平均按照90%电量，百公里18度计算，一般汽车可以行驶80*90%*100/18=400（公里）。
预估的80度电是在现有技术条件下，可以大批量生产的前提下提出的，随着技术的进步，相信能够解决90度电甚至更高。
只要电池外形尺寸不变，不影响换电的实施。
（特斯拉85度动力电池整体重量900公斤。
为解决快充升温问题，电池内部充填了不流动的“冷却液”，由50%的水和50%的乙二醇混合而成。
我们不需要，一是不会快充，二是充电时智能充电柜对电池强冷降温。
因此可以降低整体重量和体积）
12.国家专项比例补贴动力电池，以节省的环保费用和节省进口石油外汇等方式收回成本；
13.动力电池唯一编号及电子防伪技术；盗抢电池无价值；车辆防盗抢。
14.动力电池换电收费系统；
每个电池都有唯一电子编码，换电时计算机统一自动录入。
包括剩余电量（以该电池型号及再次充满所耗电量为依据）；拟预收费，待已经更换的电池充满后自动返还剩余款项，所以不会多收费。
15.充电站标准及推荐方案；（利用现有变电站、新建箱式变电站、改建现有充电桩和加油站等）
16.动力电池服务对象的定位（运输行业、输变电行业、替代抽水蓄能等）
17.动力电池制造成本和质量控制；
每块电池拥有唯一编码，电池容量、寿命和安全是它的价值体现。
具体就是该块电池在保证安全的前提下，从容量100%衰减到规定标准，在这个过程中全部的充电量，电池中的电子模块会忠实的记录。
（电子模块第三方生产，第四方随机安装检验）。
采购实行保证金制度，达不到上述参数，比例扣除，超额比例奖励。
质量问题严重超标，取消供货资格。
因此，质量优良、技术先进者当然要更上一层楼了。
18、车主换电和自行充电费用管理办法（四选一）;
1）国家补贴：
既然为环境和减少石油进口做出贡献，那么就让老百姓想充电充电，想换电换电，不限制。
电网因此亏损，国家进行补贴；
2）加大居民用电的阶梯电价增加幅度；
3）单一充电方式：
动力电池加电子密码锁，只能在充换电站充电。
4）市场定价：
电网销售自行充电密码锁电子钥匙。
该电子钥匙只能解锁购买钥匙者汽车上的那块动力电池，换电时电子钥匙自动重新匹配。
电子钥匙价格需要测算。
19.提高相关换电方式推广工作效率的管理办法；
20.广泛的社会推广宣传，促进相关行业做好相应准备；
21.动力电池使用客户（融资、采购、管理和经营等）----国家电网；
22.电力部门相关配套政策；
23.汽车行业对应相关配套政策；
24.政府推动渠道；
1）国家电网根据国家相关政策进行融资；
2）国家电网根据储能需要和充电电池相关标准进行社会招标采购；
3）国家电网根据测算的最低标准布局并建设充电站，并在此基础上进行完善；
二、推广难点：
1、解决相关问题的效率；
2、相关产品的质量控制；
3、统一认识；
4、投资较大；
5、动力电池生产行业初期产能问题；
6、动力电池行业上游配套产能问题；
7、汽车行业能否抓住此千载难逢的机遇，创立自己的国际品牌；
8、石油行业有一定损失；
9、汽车行业、动力电池制造行业和国家电网利用相关标准、成熟技术及巨大的生产能力抢占国际电动汽车市场。
三、电动汽车换电技术解决方案
方案1：
国家电网牵头，成立相关技术科研单位，专门对换电技术进行攻关。
方案2：
利用互联网，发动全国各行业科研技术人员利用业余或空余时间，完成相关技术标准的制定。
成立国家实验基地（各省市），通过互联网电子表格收集全国各行业科技创造和改进的实际需求，包括现有企业的实际科研需求（单凭各企业的科研能力，科研经费有限，人才有限，眼界有限，时间有限，很难解决）。
通过互联网面向全国各单位、团体和个人发布，征集解决方案。
解决方案如果需要进行实验或试制，将解决方案进行专家评审。
初审通过，实验或试制收成本费用，复审通过免费实验或试制。
成果由基地统一进行专利申报，专利收益各方比例受益。
分课题种类审议，成立专家库，计算机派位，专家水平按评议对错，计算机打分，分高者优先评议，评议分有权重（经济效益），数量等指标。
各省市国家实验基地由现有各科研机构及大中专院校投标组建。
分为计算机硬件、软件、机械加工设备、航空、航天、汽车、建筑、遗传、医学、农机、农业、水利、交通、船舶、军工、材料、煤炭、石油、电力、环保等等。
全民科技创业才能迅速形成风气，同时，大量的科学实验会创造大量的就业机会，科技成果会大力拉动经济。
关键是科技兴国能落到实处！
可以首先以电动汽车换电技术解决方案为试点，具体划分几十个小课题，分头解决，不再拘泥于电网、电池和汽车三大行业，避免各自为战。
有了统一方案和标准，一切迎刃而解。
上述技术问题，目前我们已经有一些初步方案，需进行细化以及需要大量的实验、试制和论证等，实力有限，故争取社会和政府的支持。
四、有关储能市场简介及电动汽车换电方式资本回报概算：
近5年，全球储能行业的年复合增长率达到193%，预计未来10年，我国储能市场的容量将达到1000亿美元。
目前，储能已列入我国“十三五”规划百大工程项目，也是首次正式进入国家发展规划。
同时，储能行业“十三五”规划等相关政策已开始编制，后续有望相继出台。
同时，国家发改委、国家能源局近期联合下发了《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》和《能源技术革命重点创新行动路线图》，要求研究太阳能光热高效利用高温储热技术、分布式能源系统大容量储热（冷）技术。
研究面向电网调峰提效、区域供能应用的物理储能技术、可再生能源并网、分布式及微电网、电动汽车应用的储能技术，掌握储能技术各环节的关键核心技术，完成示范验证，整体技术达到国际领先水平，引领国际储能技术与产业发展。
据中电联2015年电力工业统计快报统计，受电力需求增长放缓、新能源装机容量占比不断提高等因素影响，全国6000千瓦及以上电厂发电设备平均利用小时继续下降，2015年全国发电设备平均利用小时为3969小时，同比降低349小时。
2016年全国弃用水电、风电和光电1100亿度。
2015年底全国核电装机容量2608万千瓦，设备平均利用小时7350小时，同比下降437小时。
2015年底全国火电装机容量亿千瓦，设备平均利用小时4329小时，同比降低410小时。
水电、风电和光电：
1100（亿度）；
核电：
*437=114（亿度）；
小计：
1214（亿度）
火电：
*410=4059（亿度）
总计：
5273（亿度）
2016年一季度，全国汽车保有量为亿辆，即17900万辆。
按50%改电，年均运行20000公里，百公里20千瓦时（含充电损耗）,线损、变压消耗和服务用电等合计25%计算，需要电力（20000/100）**50%*20/（1-25%）=4773（亿度）
注：
2013年全国电网平均线损%；2014年全国电网平均线损%。
电动汽车换电方式投资及回报概算：
（以下均为不含税价格）
1.电动汽车除去动力电池部分，综合造价会比燃油车成本低的多；
2.每度电需燃煤千克，按550元/吨计算，*550/1000=元/度；利用现有电网等基础设施，电损按25%计算，*=元/度（合理调配弃用电力,因此，未提发电设施和电网的折旧和管理费）
3.销售价格按元/度计算，每度毛利：
元；*4773=7174（亿元）
4.标准电池按80度，80000元/块，可循环使用800次，（根据电池性能要求，以最佳温度和电流充电，极端放电靠电容调剂，可降低电池技术指标，意味着降低生产成本，并且大幅度延长电池寿命）平均充电量按85%计算：
800*80*85%=54400度；可行驶路程为：
54400*100/18=302222公里；
5.现行国家中央补贴标准：
3000元/度，全车44000元（不含地方补贴）；
6.电容量低于80%-85%，用于电网储能专用，提取残值5000元/块；
7.预计标准电池实际成本：
80000-44000-5000=31000元
8.电池摊销：
31000/54400=元/度（随着技术进步和批量的增大，电池成本会逐步降低，冲抵国家补贴）
9.不含摊销毛利：
元/度；*4773=4453（亿元）
10.采用租赁方式面对电动汽车使用者，客户只需交纳押金，建议按照36000元押金计算；
11.换电可以从根本上解决低谷用电问题：
充换电站匹配的充电柜是相对恒温（提高充电效率，延长电池寿命）低谷（平段）充电智能系统。
全国加油站数量约10万座，按80%的数量设置充换电系统，自动更换系统一套（20万），峰谷调节智能充电柜一套（30万，含变压器），空调系统一套（5万），铺设电缆一套（50万），收费系统一套（5万），地面服务站一套（30万，各地需在高压线和道路附近免费供地）。
平均每座充换电站配备标准电池数量：
17900*50%/（10*80%）=（块），理论年均换电20000公里/350公里/次=次，*365=块，修正系数；*=228块。
备注：
修正系数为暂估。
智能充电系统可以根据车主预定时间、满电电池数量、电网负荷以及电池型号等来确定采用哪种充电曲线对电池进行充电，因此，可以减少备用电池数量。
我国节假日汽车出行较多，但同时我国用电主要是工业用电，节假日工业用电量会下浮，故可24小时日夜充电；一般日期，电池在夜间利用优化保养电流充电，节假日期间，可适当采用充电速度较快的充电曲线（当然不会用一百多安的电流快充），以电池寿命的微小缩短解决电池的数量问题。
初步计算可8小时充一块电池，即由原来一天充一块调为一天充三块。
周转电池：
228*10*80%=1824万块；
车辆本身电池：
17900*50%=8950万块；
合计：
8950+1824=10774万块。
每座充换电站投资：
20+30+5+50+5+30=140万元；预计共需要8万座；
中国石化、中国石油和中国海油拥有数万个加油站，加油站内加装一套充换电装置即可为电动汽车服务，成为加油和充换电两用，成本比电网自建要少。
现有充电站改造为充换电站，成本更低。
在变电站附近建充换电站可避免对配电网造成大的冲击，同时在土地资源紧张或电网难以扩建改造的城市中心区，可依托变电站建设充换电站。
这就很好地解决了土地资源和配电网的两大瓶颈问题。
在高压线沿线适当位置配置厢式变压器，可以解决剩余充换电站的设置问题。
预计6年完成全部投资。
电池投资：
1824*（）=6566亿元
充换电站投资：
140*10*80%=1120亿元
合计：
7360+1120=8480亿元
2017年：
方案论证；技术大纲制定并实施；出台相关标准；相关配套政策拟定；样机试制；整车厂平台（底盘生产线）设计，充换电站规划布局等准备工作。
2018年：
样机定型；整车厂平台生产制造及整车实验；其他准备工作。
2019年：
充换电站按15%计算，需要资金1120*15%=168亿元；周转电池量按3%计算，需要资金6566*3%=197亿元，投资小计365亿元；
管理费按20%；贷款利率7%计算：
收入：
4453*（3%/2）*（1-20%）=53（亿元）
当年净投资：
（356-53）*=322（亿元）
2020年：
充换电站按15%计算，需要资金1120*15%=168亿元；周转电池量按8%计算，需要资金6566*8%=525亿元，投资小计693亿元；
收入：
4453*（3%+8%/2）*（1-20%）=249（亿元）
累计净投资：
（693-249+322）*=820（亿元）
2021年：
充换电站按20%计算，需要资金1120*20%=224亿元；周转电池量按15%计算，需要资金6566*15%=985亿元，投资小计1209亿元；
收入：
4453*（11%+15%/2）*（1-20%）=659（亿元）
累计净投资：
（1209-659+820）*=1466（亿元）
2022年：
充换电站按20%计算，需要资金1120*20%=224亿元；周转电池量按20%计算，需要资金6566*20%=1313亿元，投资小计1537亿元；
收入：
4453*（26%+20%/2）*（1-20%）=1282（亿元）
累计净投资：
（1537-1282+1466）*=1721（亿元）
2023年：
充换电站按15%计算，需要资金1120*15%=168亿元；周转电池量按25%计算，需要资金6566*25%=1642亿元，投资小计1810亿元；
收入：
4453*（46%+25%/2）*（1-20%）=2084（亿元）
累计净投资：
（1810-2084+1721）*=1548（亿元）
2024年：
充换电站按15%计算，需要资金1120*15%=168亿元；周转电池量按29%计算，需要资金6566*29%=1904亿元，投资小计2072亿元；
收入：
4453*（71%+29%/2）*（1-20%）=3046（亿元）
累计净投资：
（2072-3046+1548）*=614（亿元）
2025年：
收入：
4453*（1-20%）=3562（亿元）
累计净投资：
614*=-2905（亿元）
结论：
理论预计全部投资完毕，第二年即可收回投资。
附件一、电动汽车的主要优点：
1.技术意义上的环保性能。
1）电动汽车不排放有害物质，即可以实现零排放。
此外，与核能、自然能源（水电、风电和太阳能等）发电结合在一起的话，可以有效地削减CO2排放量；
2）火力发电站本身效率越来越高，通过利用废热等实现60%热效率的发电站越来越多。
包括供电效率、充放电效率、动力转换效率等在内，电动汽车可以实现汽油引擎汽车约2～3倍的效率；
3）采用换电方式充电，可以使用计算机集成控制，进行削峰填谷，替代抽水发电站等电力设施；（现行电网由于峰谷问题，弃核电、风电、水电、太阳能发电等屡见不鲜，而且峰谷问题给火力发电站带来的损失也十分惊人！
国内外越来越多的企业专门制作储能电池进行调剂！
）
2.使用成本低。
用电费用约为燃油费用的74%左右（按电费2元/度，百公里18度；汽油元/升，百公里升计算）；采用换电方案，车主不用负担电池部分的折旧费用；
3.提速快。
电动机在启动时可以瞬间获得最大扭矩。
而且可以通过电容等元器件大幅度提高启动电流；因此，比起燃油汽车，电动汽车启动时的加速能力更加卓越，在一定程度上可缓解交通拥堵；
4.红灯等短时停车不消耗能量；
5.动力电池设计在汽车底部，有效降低汽车重心，大大提高了汽车的安全性能；
6.动力电池相对汽油安全；
7.结构相对简单，维修保养费用低廉；
8.噪音小；
9.方便进行无人驾驶技术的更新换代。
附件二、国际动向：
据2016年10月9日消息，德国联邦参议院已经通过了一项决议，将在2030年禁掉内燃机。
德国经济部副部长称，到2030年在德国所有的注册必须达到零排放，以减少空气污染。
附件三：
相关动力电池技术状况
一、燃料电池：
燃料电池汽车也是电动汽车，只不过“电池”是氢氧混合燃料电池。
和普通化学电池相比，燃料电池可以补充燃料，通常是补充氢气。
和普通电池一样，燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。
大部分燃料电池汽车如Mirai或本田的FCXClarity使用聚合物交换膜燃料电池（PEMFC）。
在这一系统中，氢气受压通过铂催化剂，分解成两个氢离子和两个电子。
这些电子会驱动汽车的电动机，而氢离子会和氧气结合成水，以蒸汽“废气”的形式排出。
通过将这些电池堆叠在一起，就能为汽车提供足够电力。
目前最好的方法是通过电解水来制造氢气，即用电将水分解成氧气和氢气。
目前最好的电解水系统的能量转化率只有80%，并不怎么高效。
甲烷转化要更划算，但却会造成污染。
蒸汽需要加热到700到1000摄氏度，然后与甲烷结合生成氢气和一氧化碳，以及少量二氧化碳。
得益于水力压裂法生产的大量天然气，美国有95%的氢气通过这种方法来制造。
氢气销售点很少，相隔距离很远，建造成本高昂。
普通的电动汽车充电站只需花数十万美元来建造，特斯拉的超级充电站建造成本高达30万美元。
但建造一个氢气燃料站需要花费100万至200万美元，因为需要解决处理液态氢气的问题。
氢气燃料站的主燃料箱以至少负250摄氏度的温度存储着近1万加仑液态氢气。
和天然气或柴油不同，液态氢气保存在地面上的一个特别区域，与泵分离。
然后液态氢气会在汽化塔内转化成气体，然后加压传输给更小的储罐来销售。
燃料电池汽车的主要问题是，制造驱动它们的氢气燃料要消耗比普通电动汽车更多的能源。
污染也是个很严重的问题。
燃料电池汽车的售价和维护费用要比电动汽车贵。
一辆燃料电池汽车的维护成本是混合动力汽车的两倍，是电动汽车的四倍。
的确，这一成本会随时间推移降低，但电动汽车和混合动力汽车也一样。
制造和使用绿色氢气的费用更高
除了甲烷转化，获得绿色氢气的唯一可行的方式是通过电解。
这一过程中消耗的电可以更好地用在普通电动汽车上。
相比起氢气燃料电池汽车，电动汽车能更好地利用电力。
甲烷转化得到的氢气和一样糟
相对于燃气发动机，燃料电池汽车“对环境的好处有限”。
而且可能要更糟一些，因为最近的研究显示，甲烷基础设施的泄露情况比原先想象的还糟糕（最高达7%），而作为温室气体，甲烷的温室效应是二氧化碳的86倍。
补充氢气燃料的基础设施造价高昂
氢气具有爆炸性，很难处理。
输电就相当简单。
氢气燃料电池汽车需要对制造和运送环节投入巨资，每一个环节又会增加成本、复杂性和污染。
氢燃料电池车以及加氢的技术难度较高，还有氢燃料供应社会体系建设的难度相当高，不像插电式混动车、纯电动车一样可以与现有的传统汽油车加油站或国家电网等这些基础设施兼容，而氢燃料的社会体系需要重新建设。
结论：
1、氢燃料电池组价格较贵，且不支持大倍率放电；
2、仍然不能脱离储能锂电池的支持；
3、反应堆实际效率仅50%左右，这还不算裂解天然气、压缩气体的能耗；
4、加氢站昂贵，只有动员整个社会体系才能做到；
5、目前没有保证安全性
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