通过更换的电动汽车电池去解决电动汽车使用产生的问题

美国国家可再生能源实验室 ( NREL ) 报告称，汽油车每英里花费 0.30 美元，而 300 英里范围内的电动汽车每英里花费 0.47 美元，如下表所示。这包括初始汽车成本、汽油成本、电力成本和更换电动汽车电池的成本。电池的额定续航里程通常为 100,000 英里和 8 年，而汽车的使用寿命通常是其两倍。随后，车主很可能会在车辆使用寿命期间购买一个替换电池，而这些电池的成本非常高。

根据 NREL，不同车辆类别的每英里成本

读者可能已经看到有报道称电动汽车的成本低于汽油车;然而，这些通常是基于“忘记”包括更换电池成本的“研究”。鼓励 EIA 和 NREL 的专业经济学家避免个人偏见，因为它会降低准确性。他们的工作是预测将要发生的事情，而不是他们想要发生的事情。

可更换电池通过以下方式降低电动汽车成本：

· 大多数汽车每天行驶不到 45 英里。随后，在许多日子里，他们可以使用低成本、低续航里程的电池(例如，100 英里)并在夜间充电。在长途旅行中，他们可以使用成本更高、续航能力更强的电池，或者更频繁地更换电池。

· 当前的电动汽车车主可能会在容量下降 20% 至 35% 后更换电池。但是，可更换电池可以使用更长时间，因为当它们变老时可以作为容量较低的电池提供。驾驶员不会看到 150 千瓦时的新电池和退化 50% 的 300 千瓦时旧电池之间的区别。两者都将在系统中显示为 150 kWh。当电池使用时间延长两倍时，电池成本会降低两倍。

快速充电站面临亏损风险

当你看到一个快速充电站时，它的使用时间百分比是多少?在很多情况下，不多。这是由于充电不便，成本高，在家充电容易，以及电动汽车数量不足。而低利用率往往导致站台成本超过站台收入。发生这种情况时，电台可能会用政府资金或投资资金来弥补损失;然而，这些“补救措施”是不可持续的。由于快速充电设备的高成本和电力服务的高成本，电站成本很高。例如，需要 150 kW 的电网功率在 20 分钟内为 50 kWh 的电池充电(150 kW × [20 ÷ 60])。这与 120 个家庭消耗的电量相同，支持这一点的电网设备成本很高(美国家庭平均消耗 1.2 kW)。

出于这个原因，许多快速充电站无法接入大量电网，这意味着它们无法同时为多辆汽车快速充电。这会导致以下一连串事件：充电速度变慢、客户满意度降低、车站利用率降低、每位客户的成本更高、车站利润减少，最终想要成为车站所有者的人减少。

一个拥有许多电动汽车且主要是路边停车位的城市更有可能使快速充电更加经济。或者，农村或郊区的快速充电站往往面临亏损的风险。

可更换电池降低了快速充电站的经济可行性风险，原因如下：

· 地下交换室中的电池可以更慢地充电，从而减少所需的服务功率并降低充电设备成本。

· 交换室中的电池可以在夜间或可再生能源饱和且电力成本较低时获取电力。

稀土材料面临变得更稀有和更昂贵的风险

到 2021 年，全球大约生产了700 万辆电动汽车。如果产量增加 12 倍并运行 18 年，电动汽车可以取代全球 15 亿辆燃气汽车并实现交通脱碳(700 万×18 年×12)。然而，电动汽车通常使用稀有的锂、钴和镍，如果消费量急剧增加，这些材料的价格会发生什么变化尚不清楚。

电动汽车电池价格通常逐年下降。然而，由于材料短缺，这并没有在 2022 年发生。不幸的是，稀土材料可能会变得越来越稀有，从而导致电池价格上涨。

可更换电池减少了对稀土材料的依赖，因为它们可以更轻松地与使用较少稀土材料的低范围技术一起工作(例如，LFP 电池不使用钴)。

等待充电有时不方便

可更换电池减少了加油时间，因为更换速度很快。

司机有时会对续航里程和充电感到焦虑

如果系统中有许多交换室和许多多余的电池，那么交换将很容易。

燃烧天然气发电时会排放CO 2

电网通常由多个来源供电。例如，在任何特定时间，一个城市可能有 20% 的电力来自核电，3% 来自太阳能，7% 来自风能，70% 来自天然气发电站。太阳能发电场在阳光充足时发电，风力发电场在有风时发电，而其他来源的间歇性往往较少。

当一个人为电动汽车充电时，电网上至少有一个电源会增加输出。通常，出于多种考虑，例如成本，只有一个人参与。此外，太阳能农场的输出不太可能发生变化，因为它是由太阳设置的，而且它的电力通常已经被消耗掉了。或者，如果太阳能农场处于“饱和”状态(即，由于拥有太多而丢弃绿色电力)，那么它可以增加其输出而不是丢弃。人们可以在源头不排放CO 2的情况下为 EV 充电。

可更换电池可减少发电产生的 CO 2排放，因为可在可再生能源饱和时为电池充电。

开采稀土材料和制造电池时会排放CO 2

可更换电池可减少电池生产中的 CO 2排放，因为可以使用使用较少稀土材料的较小电池。

交通是一个价值 30 万亿美元的问题

全球大约有 15 亿辆燃气汽车，如果换成电动汽车，每辆成本为 20,000 美元，总成本将达到 30 万亿美元(15 亿 × 20,000 美元)。例如，如果通过数千亿美元的额外研发将其降低 10%，那么研发成本将是合理的。我们需要将运输视为一个价值 30 万亿美元的问题并采取相应的行动——换句话说，就是更多的研发。然而，研发如何降低可更换电池的成本?我们可以从探索自动安装地下基础设施的机器开始。

结论

为了推动可更换电池向前发展，政府或基金会可以资助开发以下标准化系统：

· 机电可互换电动汽车电池系统

· EV电池与充电机构之间的通信系统

· 汽车与电池交换站之间的通信系统

· 电网与车载显示面板之间的通信系统

· 智能手机用户界面和支付系统界面

· 不同大小的交换、存储和充电机制

开发一个完整的系统到原型的地步可能要花费数千万美元;然而，全球部署可能要花费数十亿美元。