电池容量对电动汽车市场的影响

电动汽车开始得到非常多的关注，但在美国城市的道路上仍很难见到。直到2017年上半年，纯电动汽车（BEV）在美国的销售量不足80万，仅占总汽车销售量的大约1%。但纯电动汽车近期上升强劲，源于消费者接受度上升、纯电动汽车技术提升，以及支持性法律出台。麦肯锡估计，到2030年会有10-11万纯电动汽车在美国道路上行驶。

然而，要想未来如愿，充电设施的可达性必须提升。虽然许多电动汽车是在家里充电，关于家里没有车库的人，或是在旅途中的人来说，公共充电装置是必需品。如今只有1.6万公共充电站投入使用加油站是其七倍之多。其中，不到2000个是快速充电站因为建设价格昂贵，而且使用率太低，无法达到收支平衡。

这是个经典的先有鸡还是先有蛋的状况。人们假如担心电池用光了没法充电，那他们是不愿意买纯电动汽车的。然而除非纯电动汽车的销售量上升，否则难以设立更多的充电装置来服务这些汽车。

两个重要问题

首先，充电站不方便。大部分公共充电站都处于第二级，意思是说他们会供应每小时7-19千瓦时的电能（电能单位千瓦时就相当于油量单位加仑）。一个纯电动轿车，其电池容量为60千瓦时，在传统的二级充电站（非快速充电站）要5到10小时充满电。站点过少，充电时间过长这些问题都让有意向的卖家失去兴趣。

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其次，充电站很烧钱。虽然150千瓦的直流快速充电站（DCFC）能在30分钟内为纯电动轿车充满电，但安装站点的费用就要高达15万美元，50千瓦的DCFC成本是5万美元。千瓦数与每小时能供应的最大电能相关。千瓦数越大，充电速度越快。DCFC运营成本也很高。

费用高昂的原因之一是有需量电费（见侧栏的什么是需量电费？）。所有的电动汽车消费者支付他们消费的电能，用千瓦时（kWh）度量；这个费用就相当于支付水的用量相同。非住区使用的客户，包括充电站，也要支付每个月任何15到30分钟内的最大电能需量电费。以千瓦（kW）作为单位功率测量，这个费用很有可能用于支付开销。根据评估，这笔开销用来填补收回发电厂、电力线路、变压器等的固定成本这些设施联系电网，并即使在高峰时期也为消费者们供应电能。需量电费占了消费者电费账单的重要部分，而且也让电动汽车充电站无法盈利（见图二）。

在一个纯电动汽车充电的具体案例中，当车一接上充电桩，充电站站主就需支付需量电费。这个费用的定价基于当地的充电桩数量，车辆充电时要充到的最大电能（以千瓦表示），还有在15到30分钟之间同时充电的车辆数。

设想一个场景：一个直流快速充电站（DCFC）能占有四个150千瓦的充电位。平均一个月有两到三辆车都不在同一个时间充电。每辆车使用150千瓦，至少充电15分钟。因此那个月的用电高峰是150千瓦。然而假如两辆车同时充电15分钟，那个月的用电高峰就是300千瓦，这样那个月的需量电费就会翻倍。

需量电费范围从每千瓦2美元到每千瓦90美元都有。讽刺的说，在纯电动汽车流行的地区，需量电费更高，比如加州，麻州和纽约州。在收费高的州，没有车辆同时充电的话，每个月的需量电费大约在3000-4500美元。关于纯电动汽车拥有者，那就相当于充一次电要30到50美金，还要加上实际电能的成本。消费者们不会买账的。显然，假如有更多消费者，每次充电的价钱会降低。但因为现有成本太高，投资者们放慢了设立站点的脚步，这进一步导致了站点的短缺，消费者们也放慢了购买纯电动汽车的脚步。

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一个解决方法

固定蓄电池可以解决这个难题（见图三）。就地蓄电池可以通过直流电（DC）充电和放电，并且通过大型逆变器将电池接入电网。由此当价格较低的时候，他们可以从电网中充电，储存电力，并在高峰时期放电（这种手段被称为调峰）。当一辆车进行充电，固定蓄电池可在不接入电网的情况下输送150千瓦的电力。假如两辆车充电，一个可以从蓄电池充电，另外一个可以通过电网充电。不论发生何种情况，经济性提高了，因为电力自身和需量电费的成本都大幅降低。

图三、在电动汽车充电站设置的就地蓄电池可以帮助消除当没有车辆出现时通过电网供电的用电情况

除此之外，根据麦肯锡的研究，蓄电池成本从2010年的每千瓦时1000美元降低至2016年的每千瓦时230美元。剩下的整个系统成本也在降低，包括逆变器，储存器，相关软件和控制，场地设计，建造，和电网连接的成本。

它是这么运作的。充电站站主建设一个充电和放电速度为150千瓦的蓄电池系统，并安装300千瓦时的电芯来储存电能。假如没有车来充电，蓄电池系统储存电能以保证有足够的电能供应，而且不会催生较高的需量电费。当一辆车要充电时，固定蓄电池不需通过电网就可以输送电力给车辆。当两辆车同时充电，一辆车可通过电池充电，另外一辆可通过电网充电。

容量为300千瓦时的电池可以通过数次双车充电来管理高峰需求，并且在充电间隙储存电能。这样就可以把高峰需求降至150千瓦以下。通过这种方式配置的系统可以最大化的减少需量电费。这样消费者们不需承担每个月3000美金的费用，大幅降低了成本。特斯拉已提出在该方向发展下去，其他公司也会效仿。

假如有一天纯电动汽车在道路上变得常见，蓄电池将不再有效的减少高峰需求，因为没有足够时间让蓄电池充电。但此时规模经济将起用途。需量电费将会被许多在充电站充电的车所消化。

这不代表就地安装的蓄电池就会过时。他们依然拥有价值。当价格随小时出现剧烈波动时（比如在加州），蓄电池可以减少每千瓦时的电力成本。他们也可以通过供应额外的电网服务（比如频率调节和需求回应机制）带来收益。

相当多的人对电动汽车持有乐观态度，理由也很充分，毕竟对环境问题、油价波动和电动汽车成本下降的关注逐渐增多。麦肯锡估计，尽管电动汽车现在只在全球市场中占不到1%的份额，在2030年可达到20%的小轿车占有额及12%的商业用车占有额。

但这都是假设的情景。现实中，消费者才最终决定电动汽车的命运。人们习惯了传统汽车的便捷之处，所以也希望能在电动汽车上实现。要实现这个目标，充电必须要更便宜和更便捷。减少运营成本，提高收益和提升可靠性，蓄电池可在此次变革中出现重要用途。