回溯本源，充電樁給電動汽車加電的方式是作為類比傳統(tǒng)加油站給燃油車加油的模式被提出來的，然而提出這個類比的同時恰恰忽略了電池和燃油能量密度相差1個數(shù)量級這一客觀事實，充電樁和加油站不具備可比性的深層次原因。因此，依賴于充電樁的建設(shè)發(fā)展電動汽車的模式和思路從出發(fā)點就是錯誤的。換句話說，如果我們希望為電動車主提供等同與燃油車和加油站模式的用戶體驗，技術(shù)上必須要做的就是：
努力增大插電式電動汽車內(nèi)的電池組容量;
努力建設(shè)比加油站多一個數(shù)量級的超大規(guī)模充電基礎(chǔ)設(shè)施。
除去可行性和成本的因素，這兩者在邏輯上又形成了新的悖論：例如，目前電動汽車整車廠解決“里程焦慮”問題的方法是提高整車的電池組容量來達(dá)到延長單次充電的巡航里程(整車廠想當(dāng)然的巡航里程)。然而，在電池的比能量相同的情況下，續(xù)航里程越高則意味著汽車要背的電池組的重量和體積越大，電池組和整車的成本就會越高，車主的充電等待時間就會越長，這些因素反過來又進(jìn)一步加深了充電設(shè)施不足的問題。因此，完全依靠插電式電動車和充電樁模式直接給電動汽車充電是解決不了電動汽車車主所希望的隨時隨地進(jìn)行能量補(bǔ)充的核心需求。
筆者認(rèn)為解決這一問題的唯一出路是用戶自主換電模式。用戶自主換電模式不同于以往國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的集中換電站模式，是真正意義上的用戶自主的模式，其技術(shù)核心就是電池組的碎片化和能量信息化管控及基于能源互聯(lián)網(wǎng)的定制化的能量服務(wù)。在自主換電模式下，車和電池組首先進(jìn)行分離，進(jìn)而傳統(tǒng)大容量電池組被分割成大量的小容量“電池能量塊”，通過能量信息化等技術(shù)手段進(jìn)行自動檢測，自動配置，自動管控的信息能量一體化管控實現(xiàn)電池和管控系統(tǒng)的分離。
能量共享和運營
在自主換電模式下，用戶可以根據(jù)自己的出行需求來自由地選擇不同廠家，不同批次，不同新舊程度，不同型號，甚至是不同質(zhì)量的“電池能量塊”給自己的電動汽車進(jìn)行按需能量配置。例如，用戶通常知道自己當(dāng)前出行的目的地和里程，因此可以給當(dāng)次出行配置相關(guān)的電池容量。在出行過程中，如果發(fā)生行程有變能量不足的情況，用戶可在附近的便利店/加油站等場所隨時找到可更換的電池能量塊，甚至可以用“電池Uber”的電池能量O2O和移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用找到能夠提供電池能量塊的其他車主，自取自換，實現(xiàn)真正的C端能量共享和運營。基于電池碎片化和能量信息化及互聯(lián)網(wǎng)化管控技術(shù)的電池能量塊可以實現(xiàn)真正意義上的具有”互聯(lián)網(wǎng)+電池“屬性的移動電源。只有移動電源變?yōu)楝F(xiàn)實，用戶側(cè)C端能源的自由流通和交易才將變成可能，人-車-電池-樁-網(wǎng)才能消除條塊分割，進(jìn)行統(tǒng)籌優(yōu)化，支撐和促進(jìn)能源革命，實現(xiàn)”互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源“的愿景。屆時作為移動用電負(fù)載的電動汽車才可以自由行駛，再無絲毫羈絆。
產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈的唯一方法
電池組是電動汽車的動力核心，其性能和成本對電動汽車的普及和發(fā)展有著決定性的作用。然而，單體電池的品質(zhì)差異性和傳統(tǒng)固定連接的電池成組方法極大影響了電池組的系統(tǒng)效率，安全性，可靠性和可維護(hù)性。受限于能量密度、循環(huán)壽命、材料成本及安全性的相互掣肘，電動汽車的電池實際上在3-5年間就需要更換，而退役動力電池的巨大價值無法充分利用。在電動汽車領(lǐng)域，我們必須正視電池組只能使用其20%甚至更低比例可用容量的事實，這也是電動汽車成本居高不下的原因—— 目前電池組的成本占到了整車成本的50%以上。此外再加上電動汽車使用時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于閑置時間、缺乏動力電池梯級利用的有效手段等因素，造成了目前電池資源的巨大浪費。
其實單從技術(shù)層面看，經(jīng)過幾十年的努力，目前的鋰離子電池單體做的已經(jīng)非常好了，充放電循環(huán)壽命可以達(dá)到5000-10000次，物理壽命達(dá)到10-20年，單體電芯的成本下降非常快(目前已低于1塊錢/瓦時)。目前我們真正缺乏的是電池應(yīng)用的系統(tǒng)級技術(shù)，真正把電池單體變成一種可流通資源的技術(shù)，其深層次的驅(qū)動力是由于電池已經(jīng)從過去的耗材變成了一種新的可作為能量載體的固定資產(chǎn)。
從應(yīng)用的角度看，每一個電動汽車用戶都關(guān)心自己車上的電池組性能和狀態(tài)。然而用戶真正關(guān)心的是什么?用戶其實并不關(guān)心電池內(nèi)部工作機(jī)理和電化學(xué)特性，而是電池組充放電效率、經(jīng)濟(jì)性、安全行和可靠性等用戶體驗參數(shù)。對于一般用戶而言，電池就是能裝能量的容器(類比瓶裝水和桶裝水，又如充電寶)。因此我們需要從C端重新審視電池應(yīng)用模式和展望新能源行業(yè)的發(fā)展未來。自主換電模式可以支撐作為能量容器的電池能量塊來承載能源無處不在的美好愿景，可以支撐電池在更細(xì)的時空顆粒度下進(jìn)行復(fù)用和重組。在自主換電模式中，電池的屬性將不再由廠家賦予，而是由用戶賦予，通過用戶需求的正交性進(jìn)行高密度的復(fù)用和梯級利用，從而真正實現(xiàn)了電池全生命周期的價值最大化和電池行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈貫通。
車電分離，電池自選，自主換電，能量運營。
在電池能量信息化和互聯(lián)網(wǎng)化管控技術(shù)的支撐下，電池演變?yōu)橐环N新型的可計算資源得以在電池應(yīng)用市場中實現(xiàn)真正流通，而電動汽車可以隨處獲取以電池能量塊形態(tài)存在的移動電源，進(jìn)而可以通過電池能量云平臺來進(jìn)行管理和控制及運營，通過能量大數(shù)據(jù)平臺，管理數(shù)量龐大的、在市場流通的電池能量塊，從而使電池能量運營以虛擬電廠的形態(tài)在C端實現(xiàn)與電網(wǎng)平等的市場地位。
在能源互聯(lián)網(wǎng)電動汽車的模式中，電動汽車將演變?yōu)橐环N互聯(lián)網(wǎng)硬件，從而變成能源互聯(lián)網(wǎng)能量服務(wù)的物理載體，類比于蘋果公司認(rèn)為最終的服務(wù)體系架構(gòu)才是真正意義上的長遠(yuǎn)商業(yè)模式。電動汽車是可以免費提供給用戶，而電動汽車運營商可以依靠能量運營(如電力直供和分布式能源消納等)和提供的定制化能量服務(wù)來盈利。
附：電池能量信息化技術(shù)簡介
支撐電池能量塊和“電池Uber”模式得以實現(xiàn)的核心技術(shù)是電池能量信息化技術(shù)。通過對電池能量的離散化和數(shù)字化處理，去除了電池使用過程中的非線性和不確定性，通過互聯(lián)網(wǎng)的分布式架構(gòu)和先進(jìn)電力電子半導(dǎo)體將傳統(tǒng)電池組變成自適應(yīng)動態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)，支撐了軟件定義電池的應(yīng)用。
慈松教授團(tuán)隊目前已經(jīng)實現(xiàn)了全球首套基于能量信息化和能量互聯(lián)技術(shù)的分布式電池能量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)中電池網(wǎng)絡(luò)管控節(jié)點可達(dá)到互聯(lián)網(wǎng)級的1792個，跟互聯(lián)網(wǎng)一樣，理論上該技術(shù)體系的可擴(kuò)展能力無窮大。這套系統(tǒng)通過智能芯片管控每一節(jié)單體電池，實現(xiàn)毫秒級的電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)和納秒級的單體電池通斷，讓電池組內(nèi)部、碎片化的電池塊之間隨時根據(jù)環(huán)境變化來動態(tài)調(diào)整自身的工作狀態(tài)，使其始終保持最優(yōu)化的供能模式，實時管控并告警，讓能量流與信息流達(dá)到真正的融合。目前已經(jīng)完成了應(yīng)用這套分布式電池能量管控技術(shù)體系的兩款電動車的改裝測試，通過電池能量管控系統(tǒng)，我們可以通過電池云平臺監(jiān)控到每一節(jié)電池，通過電池能量塊可以進(jìn)行自主換電式能量補(bǔ)給，按需配置電池，支撐能量共享和運營。
作者簡介：
慈松：清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院PI研究員，美國University of Nebraska-Lincoln終身副教授，國家能源局中國能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究課題組首席科學(xué)家及能源互聯(lián)網(wǎng)行動計劃課題組專家。2007年率先提出了自適應(yīng)動態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)和能量信息化與互聯(lián)網(wǎng)化管控的概念，曾應(yīng)邀在美國國家基金會的能量管理科學(xué)年會上做特邀亮點報告。慈松博士主持承擔(dān)過多項美國和中國的科研項目，并受邀擔(dān)任多個科學(xué)基金會及研究機(jī)構(gòu)的評審專家。
