電動(dòng)汽車換電模式的發(fā)展分析

孔寧

摘 要：電動(dòng)汽車換電模式是指通過(guò)集中型充電站對(duì)大量電池集中存儲(chǔ)、集中充電、統(tǒng)一配送，并在電池配送站內(nèi)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行電池更換服務(wù)或者集電池的充電、物流調(diào)配、以及換電服務(wù)于一體。雖然現(xiàn)階段，換電技術(shù)遇到了一些問(wèn)題，但它可以大幅度提高電能補(bǔ)充效率、延長(zhǎng)電池使用壽命、消除續(xù)航里程焦慮，發(fā)展前景仍然良好，是今后新能源汽車重要的輔助技術(shù)，近兩年又在技術(shù)和模式方面出現(xiàn)了新的方向和趨勢(shì)。基于此，本文就電動(dòng)汽車換電模式的發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;換電;發(fā)展;

一、電動(dòng)汽車換電模式的優(yōu)勢(shì)

1.縮短能源補(bǔ)給時(shí)間，大幅度提高效率

目前新能源汽車的電能補(bǔ)給仍然以充電為主，通過(guò)私人充電樁和公共充電樁的慢充和快充模式為車輛充電，但即使是大功率的直流電快充，目前投入運(yùn)營(yíng)的最高功率僅為90kW，純電動(dòng)汽車的電池容量普遍在60kW？h左右，容量較高的達(dá)到90～100kW？h，而且后期的涓流充電會(huì)顯著降低速度，一般充滿時(shí)間在0.5～2h，而換電時(shí)間一般在3～5min，是快充所需時(shí)間的1/10左右，與燃油車加油時(shí)間相當(dāng)，極大地縮短了純電動(dòng)汽車的電能補(bǔ)給時(shí)間，大幅度提高新能源汽車的使用效率。

2.延長(zhǎng)電池使用壽命

由于目前大部分新能源汽車的動(dòng)力電池是不可快速拆卸的，需要一直持續(xù)使用，快充雖然可以縮短補(bǔ)給時(shí)間，但由于短時(shí)間內(nèi)電流和電壓過(guò)大，會(huì)降低動(dòng)力電池的還原能力，減少電池充放電的循環(huán)次數(shù)，加速電池容量的衰減，進(jìn)而縮短動(dòng)力電池的使用壽命。由于換電站會(huì)儲(chǔ)備多塊動(dòng)力電池，可以使用慢充對(duì)電池充電，用充滿的電池進(jìn)行更換，此外，每次換電操作之后都需要對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)和保養(yǎng)，以確保電池的正常使用，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

3.消除續(xù)航里程短板

截至2019年底，全國(guó)安裝公共類充電樁51.64萬(wàn)臺(tái)，安裝私人類充電樁70.3 萬(wàn)臺(tái)，公共樁和私人樁共計(jì)約121.94萬(wàn)臺(tái)，同比增速為57.0%。國(guó)內(nèi)充電樁保有量保持了持續(xù)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但車樁比僅為3.4∶1，充電樁仍然存在巨大缺口，特別是高速公路服務(wù)區(qū)的充電樁目前數(shù)量較少，充電速度慢，設(shè)備損壞率高，無(wú)法滿足新能源汽車長(zhǎng)途旅行的需求，而換電站的快速普及可以很好地補(bǔ)充充電樁缺口，換電時(shí)間大大縮短，已經(jīng)與加油時(shí)間相當(dāng)，此外換電站全是由相關(guān)企業(yè)自主建設(shè)，有專業(yè)的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)和后期維護(hù)，能夠保證車主長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，目前換電技術(shù)是解決續(xù)航里程問(wèn)題的最理想方案。

二、現(xiàn)階段電動(dòng)車換電技術(shù)的存在問(wèn)題

1.普及率仍然偏低，發(fā)展較慢

雖然換電技術(shù)近年來(lái)發(fā)展較快，汽車銷量和換電站數(shù)量持續(xù)增加，但由于所需資金數(shù)額龐大，技術(shù)門檻較高，多數(shù)企業(yè)對(duì)此仍處于觀望狀態(tài)，僅有數(shù)家企業(yè)投身，換電汽車數(shù)量占新能源汽車總量比例仍然偏低，截至2019年底中國(guó)新能源汽車保有量達(dá)381萬(wàn)輛，而具備換電功能的汽車不足10萬(wàn)輛，占新能源汽車保有量的比重不到3%。全國(guó)范圍內(nèi)的換電站數(shù)量不足500座，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于充電樁121.94萬(wàn)臺(tái)的保有量，2019年8月底，蔚來(lái)宣布旗下所有車型的首任車主可享受終生免費(fèi)換電，免費(fèi)換電，首日，全國(guó)各地的蔚來(lái)?yè)Q電站就相繼出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間排隊(duì)等待的狀況，甚至超過(guò)充電時(shí)間，效率嚴(yán)重降低，這一現(xiàn)象說(shuō)明目前換電站數(shù)量和普及率遠(yuǎn)不能滿足車輛的換電需求，勢(shì)必會(huì)影響現(xiàn)有車主的體驗(yàn)和潛在消費(fèi)者的購(gòu)買意愿，進(jìn)而影響換電模式的發(fā)展。

2.增加運(yùn)營(yíng)成本，加重企業(yè)負(fù)擔(dān)

換電技術(shù)需要生產(chǎn)企業(yè)對(duì)車輛底盤、動(dòng)力電池、車身結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)充電方式相比差別較大，加之是一項(xiàng)新技術(shù)，沒(méi)有之前的技術(shù)儲(chǔ)備和積累，研發(fā)費(fèi)用和技術(shù)門檻較高，客觀上導(dǎo)致研發(fā)換電技術(shù)的企業(yè)較少。同時(shí)，換電站除了換電業(yè)務(wù)外，還需要對(duì)電池進(jìn)行充電、檢測(cè)、保養(yǎng)等，加之目前換電站還無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能汽車充電樁的無(wú)人自助操作，需要單獨(dú)組建專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，建設(shè)成本和人力成本驟增，進(jìn)一步加重企業(yè)負(fù)擔(dān)，最終影響其整體經(jīng)營(yíng)發(fā)展。換電模式的創(chuàng)始公司Better Place因?yàn)榫揞~的財(cái)政負(fù)擔(dān)已經(jīng)破產(chǎn)，特斯拉在評(píng)估其換電業(yè)務(wù)的投入產(chǎn)出比過(guò)高，會(huì)給公司造成極大財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)之后直接放棄，甚至沒(méi)有投入運(yùn)營(yíng)。

3換電模式的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

3.1集約型換電設(shè)施

換電站除了要為新能源汽車提供換電服務(wù)之外，還要對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行儲(chǔ)備、充電、檢測(cè)、保養(yǎng)等，保證其能夠正常穩(wěn)定使用。基于以上多種功能的換電站相比于充電樁占地面積更大、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本更高，一直制約和阻礙換電模式的推廣應(yīng)用。針對(duì)這一現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)最大的電網(wǎng)企業(yè)國(guó)家電網(wǎng)正在主導(dǎo)研發(fā)占地面積更小、建設(shè)成本更低、自動(dòng)化水平更高的集約型換電站。

集約型換電站是在原有換電站的基礎(chǔ)上，基于集約型、模塊化、高效率為核心的技術(shù)研發(fā)思路提出的集成式換電設(shè)備，為了最大限度地利用土地，換電站地主體采用高箱集裝箱，并對(duì)內(nèi)部進(jìn)行一體化充換電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)功能子系統(tǒng)集成優(yōu)化，采用信息監(jiān)控和多工位集約化，實(shí)現(xiàn)電池充換電自動(dòng)甄選和存取，提高自動(dòng)化水平，一般可以提供超過(guò) 20個(gè)充電工位。由于儲(chǔ)存的動(dòng)力電池較多，為保障使用過(guò)程中的安全，集裝箱體增加了雨棚、卷閘門、安全護(hù)欄等防護(hù)設(shè)備，以保障使用過(guò)程中的安全穩(wěn)定，如圖1所示。

2.“車電分離”商業(yè)模式

傳統(tǒng)新能源汽車因?yàn)閯?dòng)力電池固定在底盤不可快換，對(duì)外是按整車銷售，由于目前動(dòng)力電池成本較高，技術(shù)還不成熟，導(dǎo)致新能源汽車?yán)m(xù)航里程有限且價(jià)格較高，產(chǎn)品吸引力有限，與燃油車競(jìng)爭(zhēng)時(shí)處于劣勢(shì)，換電技術(shù)可以讓車輛和動(dòng)力電池分離，為廠商提供可以單獨(dú)銷售動(dòng)力電池的可能性，相關(guān)企業(yè)根據(jù)這一獨(dú)有特性，探索出“車電分離”的新模式，即動(dòng)力電池與車輛分離，單獨(dú)進(jìn)行銷售和租賃，而租用電池可以將一次性購(gòu)買成本分?jǐn)偟矫吭拢瑯O大地緩解消費(fèi)者的資金壓力。

3.制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

新能源汽車的充電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)本身幾乎是同步發(fā)展，經(jīng)過(guò)近20年的不斷完善和進(jìn)步，目前充電技術(shù)的接口標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)統(tǒng)一，純電動(dòng)汽車已經(jīng)可以在其他品牌的充電樁進(jìn)行充電，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)使充電變得更加便利高效，顯著提升產(chǎn)品的吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力，加速新能源汽車的普及推廣，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)整體的發(fā)展，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其重要性不言而喻。換電技術(shù)由于起步較晚，同時(shí)涉及專利與商業(yè)機(jī)密，目前還處于各大廠商自主研發(fā)、各自為政的發(fā)展階段，而各車企內(nèi)部的發(fā)展階段和路徑也不盡相同，其中，蔚來(lái)汽車的發(fā)展階段走在了行業(yè)前沿，其在換電模式的初始階段就制定了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，旗下所有車型均使用相同規(guī)格的動(dòng)力電池，同一種電池可以給不同的車型更換，高效便捷。2018年底蔚來(lái)又推出了業(yè)界首創(chuàng)的電池升級(jí)服務(wù)，用戶可以付費(fèi)更換更高容量的動(dòng)力電池，費(fèi)用遠(yuǎn)低于購(gòu)買整車，使用現(xiàn)有車輛就可以提升續(xù)航里程，極大地節(jié)省了費(fèi)用，在新能源汽車發(fā)展歷史上有重要的意義。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，換電技術(shù)目前已經(jīng)為新能源汽車?yán)m(xù)航里程焦慮提供了行之有效的解決方案，換電商業(yè)模式可以在共享和大規(guī)模租賃車輛上實(shí)施，但同時(shí)存在一些現(xiàn)階段難以解決的問(wèn)題，隨著無(wú)線充電、固態(tài)電池技術(shù)的日漸成熟，未來(lái)會(huì)有更多解決續(xù)航里程不足問(wèn)題的方案，與換電技術(shù)最終共同促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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