6　電動(dòng)汽車(chē)能源供給模式選擇

能源供給是電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)，能源供給模式與電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展密切相關(guān)。當(dāng)前，電動(dòng)汽車(chē)的能源供應(yīng)可分為插充、換電池和無(wú)線充電3種模式，其中插充可分為慢充（常規(guī)充電）和快充。電動(dòng)汽車(chē)3種能源供給模式的比較見(jiàn)表1所列。

6.1　插充模式

插充模式可分為慢充（常規(guī)充電）和快充兩種模式。

6.1.1常規(guī)充電（慢充）模式

電池在放電終止后，應(yīng)立即充電（在特殊情況下也不應(yīng)超過(guò)24 h）。說(shuō)起充電，一般人都認(rèn)為把插頭插上便可。實(shí)際上電動(dòng)汽車(chē)也可以采用平時(shí)所習(xí)慣的直接插入家用電源的方法進(jìn)行充電，這就是常規(guī)充電（慢充）模式。常規(guī)充電便是采用隨車(chē)配備的便攜式充電設(shè)備或充電線（圖10）進(jìn)行充電，可使用家用電源（圖11）或?qū)Ｓ玫某潆姌峨娫矗▓D12），充電電流較小，一般在16 A～32 A，電流可直流或兩相交流和三相交流，充電速度較慢，根據(jù)電池容量的大小，充電時(shí)間一般為5 h～8 h，甚至長(zhǎng)達(dá)10 h～20 h。電動(dòng)汽車(chē)多數(shù)采用16 A（也有10 A）插頭的電源線，配合合適的插座和車(chē)載充電機(jī)即可在家為電動(dòng)汽車(chē)充電。值得注意的是，一般家用電源插座為10 A的，16 A的插頭并不通用，需要使用電熱水器或空調(diào)的插座。

表1　電動(dòng)汽車(chē)3種能源供給模式的比較

盡管常規(guī)充電模式的缺點(diǎn)非常明顯，其充電時(shí)間較長(zhǎng)，有緊急運(yùn)行需求時(shí)難以滿足，但因?yàn)槠渌霉β屎碗娏鞯念~定值并不關(guān)鍵，因此常規(guī)充電的充電器和安裝成本比較低，可充分利用電力低谷時(shí)段進(jìn)行充電，降低充電成本；更為重要的優(yōu)點(diǎn)是可對(duì)電池進(jìn)行深度充電，對(duì)電池壽命百利無(wú)一害，能提高電池充放電效率，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

圖10　充電線

圖11　利用家用電源為電動(dòng)汽車(chē)充電

圖12　使用專用充電樁電源為電動(dòng)汽車(chē)充電

常規(guī)充電模式適用非常廣泛，可設(shè)立在家里、公共停車(chē)場(chǎng)與公共充電站等可長(zhǎng)時(shí)間停放車(chē)輛的地方。因?yàn)槌潆姇r(shí)間較長(zhǎng)，可大大滿足白天運(yùn)作、晚上休息的車(chē)輛。整車(chē)企業(yè)為家庭配置的充電樁就屬于常規(guī)充電模式。

常規(guī)充電模式主要采用定流充電和定壓充電兩種方式進(jìn)行充電。不過(guò)現(xiàn)在的常規(guī)充電模式基本都采用定流和定壓充電混合工作，充電前期采用定流充電，可保證電池深度充電，后期則采用定壓充電，可自動(dòng)減少電流大小結(jié)束充電，避免過(guò)充電。車(chē)主無(wú)需選擇何種充電方式。

6.1.2快充模式

快充模式顧名思義為能快速為電池充滿電的充電方法，通過(guò)非車(chē)載充電機(jī)采用大電流給電池直接充電，使電池在短時(shí)間內(nèi)可充至80%左右的電量，大大減少充電時(shí)間?？焖俪潆娔Ｊ降拇頌樘厮估?jí)充電站?？斐淠Ｊ降碾娏骱碗妷阂话阍?50 A～400 A和200 V～750 V，充電功率大于50 kW。此種方式多為直流供電方式，地面的充電機(jī)功率大，輸出電流和電壓變化范圍寬。特斯拉快速充電時(shí)，充電電流達(dá)到265 A，充電電壓接近380 V，充電功率可達(dá)120 kW，電池組75 min即可充滿電。雖然快速充電的充電速度非常高，其充電時(shí)間接近內(nèi)燃機(jī)注入燃油的時(shí)間，但是充電設(shè)備的安裝要求和成本非常高，并且快速充電的電流和電壓較高，短時(shí)間內(nèi)對(duì)電池的沖擊較大，容易導(dǎo)致電池的活性物質(zhì)脫落和電池發(fā)熱，因此對(duì)電池保護(hù)散熱方面的要求有所提高，并不是每款車(chē)型都可快速充電。無(wú)論電池多好，長(zhǎng)期快速充電終究會(huì)影響電池的使用壽命。由于快速充電是采用脈沖快速充電，也就是在充電過(guò)程中不斷用反復(fù)放電充電的循環(huán)充電，首先給電池用0.8倍～1倍額定容量的大電流進(jìn)行定流充電，使蓄電池在短時(shí)間內(nèi)充至額定容量的50%～60%，然后由電路控制先停止充電25 ms～40 ms，接著再放電或反充電，使電池組反向通過(guò)一個(gè)較大的脈沖電流，然后再停止充電。之后的充電都按照正脈沖充電-前停充-負(fù)脈沖瞬間放電-后停充-再正脈沖充電的循環(huán)，直至將電池充滿電。脈沖充電的最大優(yōu)點(diǎn)是充電時(shí)間大為縮短，且可適當(dāng)增加電池容量，但是脈沖充電電流較大，對(duì)電池組壽命有一定影響。

快速充電模式實(shí)質(zhì)上為應(yīng)急充電模式，其目的是短時(shí)間內(nèi)給電動(dòng)汽車(chē)充電，高功率高電壓的工作條件使得快速充電模式僅存在于大型充電站或公路旁作為應(yīng)急使用。從使用層面來(lái)說(shuō)，并不建議常使用快速充電模式進(jìn)行充電?，F(xiàn)階段大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)僅可使用常規(guī)充電模式，快速充電模式僅部分車(chē)型（如特斯拉、比亞迪戴姆勒騰勢(shì)、北汽新能源E150/200、啟辰晨風(fēng)和榮威E50等）支持。

快速充電充電時(shí)間短，在短時(shí)間內(nèi)（約為10 min～15 min）就能使電池儲(chǔ)電量達(dá)到80%～90%，與加油時(shí)間相仿，因此，建設(shè)相應(yīng)充電站時(shí)可不配備大面積停車(chē)場(chǎng)。但是，相對(duì)常規(guī)充電模式，快速充電也存在一定的缺點(diǎn)，充電器充電效率較低，且相應(yīng)的工作和安裝成本較高。由于采用快速充電，充電電流大，這就對(duì)充電技術(shù)方法以及充電的安全性提出了更高的要求，同時(shí)計(jì)量收費(fèi)設(shè)計(jì)也需特別考慮。

因?yàn)榭斐鋵?duì)配套設(shè)備、電網(wǎng)負(fù)荷和電池技術(shù)要求較高，成本較大而無(wú)法普及，因此目前純電動(dòng)汽車(chē)的充電方式還是以慢充為主、快充為輔。在插充模式下，制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的電池問(wèn)題尤為突出：一方面是購(gòu)買(mǎi)電池的初期投資成本太大，一般占到電動(dòng)汽車(chē)本體費(fèi)用的50%以上，昂貴的電池成本在很大程度上阻礙了電動(dòng)汽車(chē)的推廣；另一方面是充電時(shí)間太長(zhǎng)，慢充一般要4 h～5 h，即使快充也需要0.5 h，與當(dāng)前傳統(tǒng)能源汽車(chē)的加油或者加氣相比其獲取能源的便捷性遠(yuǎn)不能滿足人們的需要。同時(shí)快充對(duì)電池有較大損傷，會(huì)造成電池壽命急劇衰減，因此實(shí)際上也進(jìn)一步增加了電動(dòng)汽車(chē)的電池成本。此外，在插充模式下，電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷具有顯著的時(shí)空隨機(jī)性，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行和規(guī)劃會(huì)帶來(lái)不利的影響。

6.2　換電模式

6.2.1換電模式的概念及優(yōu)勢(shì)

電動(dòng)汽車(chē)換電模式（Electric vehicle switching mode）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(chē)進(jìn)行電池更換服務(wù)或者集電池的充電、物流調(diào)配及換電服務(wù)于一體。此模式可以省去車(chē)主大筆購(gòu)買(mǎi)電池的費(fèi)用，并可解決充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，但因電池重量極大則必須使用機(jī)械方式操作，且要求整車(chē)企業(yè)必須統(tǒng)一電池標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要求高。

6.2.2換電模式的分類(lèi)

（1）集中充電模式。集中充電模式是指通過(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(chē)進(jìn)行電池更換服務(wù)。這是國(guó)家電網(wǎng)公司于2011 年提出的建設(shè)模式。在該運(yùn)營(yíng)模式中至少有 2 種類(lèi)型的工作站，其中集中型充電站實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的大規(guī)模集中充電，而配送站則不具備充電功能，只是作為用戶獲得更換電池服務(wù)的場(chǎng)所。相對(duì)于采用充換電模式的電池更換站，這樣的運(yùn)營(yíng)模式具有更多的優(yōu)點(diǎn)：配送站不承擔(dān)充電功能，沒(méi)有電網(wǎng)接入的問(wèn)題，站址選擇靈活，以方便用戶更換電池為主要規(guī)劃目標(biāo)；集中型充電站充電功率大，且可集中控制充電功率，有利于制定電網(wǎng)友好的充電方案，在時(shí)空隨機(jī)性方面，充電具有優(yōu)越性。集中充電統(tǒng)一配送方式的主要缺點(diǎn)是：充電站所需供電容量很大，一般需依托變電站建設(shè)，投資成本很高；需解決電池箱在集中充電站與配送站之間的物流配送問(wèn)題。

（2）充換電模式。充換電模式是以換電站為載體，這種電池?fù)Q電站同時(shí)具備電池充電及電池更換功能，站內(nèi)包括供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、電池更換系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、電池檢測(cè)與維護(hù)管理系統(tǒng)等部分。根據(jù)所服務(wù)車(chē)輛類(lèi)型的不同，換電站主要可以分為綜合型換電站、商用車(chē)電池更換站和乘用車(chē)電池更換站3類(lèi)。目前，國(guó)內(nèi)在北京、上海、杭州等城市已建設(shè)有商用車(chē)和乘用車(chē)電池更換站。在國(guó)際上，以色列較早采用了這種充換電模式，其業(yè)務(wù)模式主要是通過(guò)建設(shè)充換電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)為電動(dòng)汽車(chē)用戶提供基礎(chǔ)設(shè)施及能源供給服務(wù)。這種充換電模式在加拿大、澳大利亞、丹麥等國(guó)也已經(jīng)有了現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用和推廣。采用這種充換電模式無(wú)需考慮電池的物流配送問(wèn)題，充滿電的電池可以立即用來(lái)滿足車(chē)輛的換電需求。其主要缺點(diǎn)有：換電站的建設(shè)既要考慮地價(jià)因素及交通便利性，又要顧及電網(wǎng)接入的問(wèn)題，站址選擇不夠靈活；每座換電站均需配置充電機(jī)、電池箱換電設(shè)備等，投資大且需要專業(yè)維護(hù)，日常運(yùn)營(yíng)成本高。

6.2.3換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)模式及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

換電網(wǎng)絡(luò)集電池的充電、物流調(diào)配及換電服務(wù)于一體，這種一體化的運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)有利于電池企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，有利于能源供給企業(yè)的集約化管理，能夠顯著降低運(yùn)營(yíng)成本。以國(guó)家電網(wǎng)公司頒布的《基于物聯(lián)網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》為例，換電網(wǎng)絡(luò)中包含集中型充電站、換電站、配送站等3類(lèi)，其中集中型充電站承擔(dān)大規(guī)模的電池充電功能，滿電池將被配送至具有小規(guī)模充電能力和換電池功能的換電站及僅具備換電池功能的配送站，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的電池能量供應(yīng)。圖13所示為換電網(wǎng)絡(luò)基本運(yùn)行結(jié)構(gòu)，其中具有小規(guī)模充電能力的換電站因可分解為配送站和額外的電池供應(yīng)量而未納入其中。

電動(dòng)汽車(chē)換電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可保證電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)高效有序，提升電動(dòng)汽車(chē)能源供給網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，是電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模推廣的前提和保障。電動(dòng)汽車(chē)示范運(yùn)行期間，由于有較為固定的行駛路線，因此無(wú)須對(duì)換電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制也可保證車(chē)輛的正常運(yùn)行。但車(chē)輛大規(guī)模運(yùn)行時(shí)，交通狀況等原因會(huì)使得充電電池和換電車(chē)輛在換電網(wǎng)絡(luò)中的分配具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，可能會(huì)造成一部分充電站及配送站較為擁擠，而另一部分充電站和配送站較為清閑。因此，有必要而且急需解決換電網(wǎng)絡(luò)這樣一個(gè)規(guī)模龐大、動(dòng)態(tài)性高的分布式系統(tǒng)的優(yōu)化控制問(wèn)題。如國(guó)家電網(wǎng)公司頒布的《基于物聯(lián)網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》一樣，上述幾種系統(tǒng)均僅針對(duì)換電管理進(jìn)行了功能性設(shè)計(jì)，卻沒(méi)有涉及有關(guān)運(yùn)行階段如何優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，因此還有待進(jìn)一步研究。

當(dāng)前針對(duì)換電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際優(yōu)化運(yùn)行及相應(yīng)的充電站、換電站的規(guī)劃的研究還較少，這與當(dāng)前我國(guó)已投入了大量的人力、物力進(jìn)行換電模式的試點(diǎn)工作是極不相稱的，換電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和運(yùn)行存在大量的基礎(chǔ)理論問(wèn)題亟待解決。從圖14可以看出，換電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃包括集中型充電站規(guī)劃、配送站規(guī)劃、電池的數(shù)量規(guī)劃等。目前國(guó)內(nèi)一些省市在進(jìn)行所在區(qū)域換電網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃時(shí)，即使明確了未來(lái)數(shù)年采用換電模式的電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量，但是對(duì)于集中式充電站的規(guī)模選址，電池?cái)?shù)量配比的計(jì)算均缺乏科學(xué)合理的建模方法，無(wú)法做出合理的描述。換電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行包括充電優(yōu)化管理、物流優(yōu)化（運(yùn)力優(yōu)化與路徑優(yōu)化）、電池需求優(yōu)化等，以及建立在這三者之上的綜合優(yōu)化，既要考慮對(duì)用戶需求的滿足和對(duì)電網(wǎng)的影響，又要考慮各單元的約束。在換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)時(shí)，換電站的電池需求、物流優(yōu)化調(diào)度和充電負(fù)荷三者密切相關(guān)、相互牽制，對(duì)充電站而言，換電站的電池需求為間歇性的電量需求，而該需求受物流能力限制，最終到充電站須轉(zhuǎn)化為對(duì)電網(wǎng)的功率需求，在此基礎(chǔ)上還要考慮電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的需求，因涉及變量眾多，其優(yōu)化運(yùn)行極為復(fù)雜。

圖13　換電網(wǎng)絡(luò)基本運(yùn)行結(jié)構(gòu)

圖14　換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃運(yùn)行研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容

電池是電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行的能量來(lái)源，其本質(zhì)是電量的聚合，即一段時(shí)間內(nèi)充電功率的累積。電動(dòng)汽車(chē)的換電需求能否滿足與電池儲(chǔ)備數(shù)量密切相關(guān)。在進(jìn)行電池組需求規(guī)劃時(shí)，除了考慮車(chē)輛自身攜帶的電池組，還需設(shè)置一定的冗余度以滿足車(chē)輛在電池耗盡時(shí)的換電需求。由于電池購(gòu)置費(fèi)用昂貴，冗余度太高會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性下降，而冗余度過(guò)低則無(wú)法滿足車(chē)輛正常的換電服務(wù)。因此，有必要針對(duì)換電模式下的電池?cái)?shù)量規(guī)劃問(wèn)題展開(kāi)研究。

換電站作為一種特殊的電網(wǎng)負(fù)荷，其規(guī)模和選址要權(quán)衡電網(wǎng)投資的經(jīng)濟(jì)性與安全性，一方面要滿足市場(chǎng)的換電需求，另一方面也要顧及電網(wǎng)要求。將其納入電源電網(wǎng)規(guī)劃中進(jìn)行綜合優(yōu)化，是迫切需要解決的問(wèn)題，而當(dāng)前的試點(diǎn)工作對(duì)這些內(nèi)容大都未能予以涉及。

在整個(gè)充電站網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可配送的電池?cái)?shù)量是十分龐大的，所以及時(shí)、準(zhǔn)確地配送數(shù)量龐大的可更換電池，不僅能夠保證整個(gè)充電站網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，還將大大降低配送過(guò)程中的人力、物力成本。關(guān)于換電網(wǎng)絡(luò)的電池配送問(wèn)題，目前鮮有文獻(xiàn)論述。而研究發(fā)現(xiàn)，電池物流調(diào)配屬于典型的旅行推銷(xiāo)員（travelling salesman problem，TSP）問(wèn)題。因此，可以借助解決TSP問(wèn)題的智能算法（如遺傳算法）來(lái)解決。

在換電模式下，通過(guò)對(duì)集中型充電站或換電站進(jìn)行充電管理，可實(shí)現(xiàn)電池的統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)控。規(guī)?；碾姵乜勺鳛榫薮蟮膬?chǔ)能單元，有效地參與負(fù)荷管理和系統(tǒng)調(diào)峰，提高電網(wǎng)負(fù)荷率，最大限度地減少諧波污染等對(duì)電網(wǎng)的不利影響，從而提高系統(tǒng)整體運(yùn)行的效益。

6.2.4換電模式的應(yīng)用探索

在國(guó)際上，換電模式在以色列、加拿大、澳大利亞、丹麥等國(guó)已經(jīng)有了一定的應(yīng)用和推廣。加拿大多個(gè)地區(qū)引入電動(dòng)交通體系，建設(shè)充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。在亞洲，東京推出充換電結(jié)合的電動(dòng)出租車(chē)運(yùn)營(yíng)服務(wù)?？傮w而言，國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)在能源供給模式的選擇方面充電與換電均占據(jù)一定的市場(chǎng)，但目前充電仍是主導(dǎo)，換電模式發(fā)展相對(duì)滯后。換電模式曾經(jīng)因以色列電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)商Better Place而一度成為了電動(dòng)汽車(chē)界的熱點(diǎn)話題。Better Place的模式類(lèi)似于現(xiàn)在的電信運(yùn)營(yíng)商，不管電動(dòng)汽車(chē)使用什么品牌的電動(dòng)汽車(chē)，Better Place希望對(duì)所有電動(dòng)汽車(chē)提供電池維護(hù)、更換和充電服務(wù)，而B(niǎo)etter Place的主要業(yè)務(wù)則是換電模式，電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入Better Place換電站后通過(guò)機(jī)械手可以在3 min內(nèi)完成自動(dòng)換電池業(yè)務(wù)。但是和燃油汽車(chē)的油箱不同，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池和對(duì)應(yīng)的電池管理系統(tǒng)（BMS）是各大整車(chē)企業(yè)的核心技術(shù)，動(dòng)力電池高昂的造價(jià)是整車(chē)企業(yè)的核心利潤(rùn)來(lái)源，是電動(dòng)汽車(chē)費(fèi)用的大頭，顯然，將電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池這塊蛋糕從整車(chē)?yán)锩鎰冸x出來(lái)不符合汽車(chē)整車(chē)企業(yè)的核心利益，因此只有某些非主流的電動(dòng)汽車(chē)會(huì)配合Better Place的換電池設(shè)計(jì)。2013年5月26日，入不敷出的Better Place最終宣告停止運(yùn)營(yíng)，給換電模式蒙上可一層陰影。如果說(shuō)Better Place的曇花一現(xiàn)很大程度上敗在公司盲目擴(kuò)張而用戶寥寥無(wú)幾上的話，同一時(shí)期發(fā)生在國(guó)內(nèi)的換電池大潮可能會(huì)帶來(lái)另一個(gè)不同角度的解讀。

2009年初，科技部、財(cái)政部、發(fā)改委、工業(yè)和信息化部啟動(dòng)“十城千輛節(jié)能與新能源汽車(chē)示范推廣應(yīng)用工程”，計(jì)劃用3年時(shí)間，每年發(fā)展10個(gè)城市，每個(gè)城市推出1 000輛新能源汽車(chē)開(kāi)展示范運(yùn)行，從此電動(dòng)汽車(chē)便以出租車(chē)、公交車(chē)、公務(wù)車(chē)等形式出現(xiàn)在人們的視野。2011年國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布了《基于物聯(lián)網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和《國(guó)家電網(wǎng)公司“十二五”電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃》，提出了“換電為主、插充為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式，統(tǒng)一進(jìn)行了有關(guān)智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并開(kāi)展充換電網(wǎng)絡(luò)的示范運(yùn)營(yíng)和電池租賃試點(diǎn)。北京、蘇滬杭、青島等城市已經(jīng)建成了一批電動(dòng)汽車(chē)充換電示范工程，同時(shí)將在環(huán)渤海和長(zhǎng)三角2個(gè)區(qū)域建設(shè)跨城際的智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。2011年4月，南方電網(wǎng)公司也推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)換電池技術(shù)及商業(yè)模式。截至2011年底，除西藏以外，全國(guó)絕大部分省市均進(jìn)行了有關(guān)電動(dòng)汽車(chē)換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)劃。但由于在電池控制權(quán)、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等方面仍存在較大爭(zhēng)議，國(guó)家電網(wǎng)公司與南方電網(wǎng)公司并未真正大規(guī)模推進(jìn)換電池站建設(shè)。這里比較有代表性的就是國(guó)家電網(wǎng)公司和眾泰汽車(chē)在杭州主導(dǎo)的換電模式。和私家車(chē)不一樣，公交系統(tǒng)或者特殊工作車(chē)輛的工作時(shí)間直接與價(jià)值創(chuàng)造成正相關(guān)，行駛距離、能量消耗相對(duì)容易預(yù)測(cè)。而出租車(chē)更是要進(jìn)行24 h無(wú)休運(yùn)轉(zhuǎn)的駕駛?cè)说拱噙\(yùn)轉(zhuǎn)，時(shí)間對(duì)于電動(dòng)出租車(chē)而言真的就是金錢(qián)，因此在出租車(chē)行業(yè)應(yīng)用換電模式雖然需要更高的成本進(jìn)行換電站設(shè)置，但在有出租車(chē)的體量保證和穩(wěn)定而迫切的能量補(bǔ)給需求下，換電模式顯現(xiàn)出比充電模式具有更強(qiáng)的盈利能力，動(dòng)態(tài)投資回收期比充電模式更短。加上利用算法控制，在保證換電服務(wù)不受影響的情況下，對(duì)換下來(lái)的電池盡可能使用夜間低谷電價(jià)充電，動(dòng)態(tài)投資回收期會(huì)更短。另外，南方電網(wǎng)公司、中國(guó)普天和比亞迪在深圳主導(dǎo)的充電模式中，由于大部分出租車(chē)駕駛?cè)硕紩?huì)選擇在固定的一些時(shí)間段（比如午休、交班前等）和一些特定的充電站（如市中心或交通便利處的充電站）進(jìn)行充電，這樣便會(huì)出現(xiàn)充電站突然爆滿的情況，再加上部分充電樁的損壞或充電位不足，爭(zhēng)搶充電樁的情況便會(huì)發(fā)生。由此可見(jiàn)，換電模式似乎在出租車(chē)領(lǐng)域更具有競(jìng)爭(zhēng)力。但是，雖然換電模式具有更強(qiáng)的盈利能力，但這份利潤(rùn)卻被換電服務(wù)商拿走了，傳統(tǒng)整車(chē)企業(yè)不但失去了銷(xiāo)售電池這一大塊蛋糕，連后續(xù)的換電服務(wù)營(yíng)收都失去了，還要配合國(guó)家電網(wǎng)安全性、便準(zhǔn)不明的電池系統(tǒng)，自然是非常不愿意配合。因此在國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布以換電模式為主的路線時(shí)，曾一度引發(fā)不少整車(chē)企業(yè)的反對(duì)，國(guó)家電網(wǎng)公司最終也只好選擇相對(duì)不太強(qiáng)勢(shì)的眾泰汽車(chē)作為合作伙伴。

2012年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》，確立了以充電為主的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展方向。提出完善的充電設(shè)施是發(fā)展新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重要保障，要科學(xué)規(guī)劃，加強(qiáng)技術(shù)開(kāi)發(fā)，探索有效的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式，積極推進(jìn)充電設(shè)施建設(shè)，適應(yīng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。迫于各方的壓力，國(guó)家電網(wǎng)公司也漸漸開(kāi)始妥協(xié)。2015年1月10日，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)起電動(dòng)汽車(chē)“京滬行”活動(dòng)，帶領(lǐng)北汽新能源、比亞迪公司、比亞迪-戴姆勒公司、東風(fēng)日產(chǎn)公司等4家整車(chē)企業(yè)組建由北汽EV200、比亞迪e6、騰勢(shì)、啟辰晨風(fēng)等純電動(dòng)汽車(chē)組成的車(chē)隊(duì)，從上海嘉定安亭快充站出發(fā)，途徑上海、江蘇、山東、河北、天津、北京等6?。ㄊ校?，歷時(shí)4天，行程1 262 km，全程都使用充電樁，這預(yù)示著國(guó)家電網(wǎng)公司從換電模式的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向充電模式，也意味著國(guó)家電網(wǎng)公司和整車(chē)企業(yè)轉(zhuǎn)為合作關(guān)系。而國(guó)內(nèi)首個(gè)高速公路跨城際快充網(wǎng)絡(luò)——京滬高速公路快充網(wǎng)絡(luò)也隨著這次活動(dòng)的結(jié)束被證明已經(jīng)全線貫通。至此，曾經(jīng)在國(guó)家戰(zhàn)略上與充電模式平起平坐的換電模式也從戰(zhàn)略到執(zhí)行上全面退居充電模式之后，換電模式的發(fā)展暫時(shí)進(jìn)入低谷期。但在國(guó)家層面上，推行的電動(dòng)汽車(chē)能源供給方式仍將采用充換電相結(jié)合的模式，換電模式作為一種重要的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的探索模式，依然受到國(guó)家的重視，國(guó)務(wù)院于2012年5月頒布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)發(fā)展規(guī)劃2012-2020年》中，明確提出要探索新能源汽車(chē)及電池租賃、充換電服務(wù)等多種商業(yè)模式，并鼓勵(lì)成立獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的充換電企業(yè)，逐步實(shí)現(xiàn)充換電設(shè)施建設(shè)和管理的市場(chǎng)化、社會(huì)化。

從Better Place和國(guó)家電網(wǎng)公司這兩個(gè)例子可以看出，換電模式除了需要龐大的市場(chǎng)基礎(chǔ)和成熟的技術(shù)以外，還需要強(qiáng)大的整車(chē)整合能力才能不受整車(chē)企業(yè)的制約。那么是否打通上述瓶頸后，換電模式就可以順利突圍了呢？較之Better Place和國(guó)家電網(wǎng)公司，擁有核心技術(shù)、用戶群體、基礎(chǔ)設(shè)施和整車(chē)生產(chǎn)能力的特斯拉在2013年6月推出了換電池技術(shù)，其實(shí)特斯拉對(duì)換電池技術(shù)早已有鋪墊，從一開(kāi)始設(shè)計(jì)和生產(chǎn)Model S時(shí)就考慮了換電池的功能。但是，較之特斯拉成熟的充電服務(wù)而言，換電模式的用戶體驗(yàn)似乎非常不友好。一次換電服務(wù)的價(jià)格在60美元～80美元，比汽油車(chē)加油還貴，就更不要說(shuō)面向已經(jīng)習(xí)慣了完全免費(fèi)的超級(jí)充電站服務(wù)的車(chē)主了。而用戶體驗(yàn)更加不友好的是，還需要車(chē)主返回?fù)Q電站換回電池，如果不返回?fù)Q電站換回電池，就需要通過(guò)付費(fèi)郵寄的方式換回電池，如果不換回電池，則需要補(bǔ)上新舊電池的差價(jià)。而完全免費(fèi)的超級(jí)充電站服務(wù)的用戶體驗(yàn)則要友好的多，大多數(shù)超級(jí)充電站設(shè)在高速公路的出入口和購(gòu)物中心的邊上，非常方便。擁有核心技術(shù)、用戶群體、基礎(chǔ)設(shè)施和整車(chē)生產(chǎn)能力的特斯拉換電模式于是便敗在了糟糕的用戶體驗(yàn)和應(yīng)用場(chǎng)景上。

目前，國(guó)內(nèi)采用換電模式的主要有3家企業(yè)——北汽新能源、浙江時(shí)空電動(dòng)、重慶力帆。

北汽的換電模式是底盤(pán)換電，主要應(yīng)用在出租車(chē)上。電動(dòng)汽車(chē)停在換電站后，工作人員操控按鈕，電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)下方的升降機(jī)隨即升起，將位于車(chē)底部的舊電池取下并送入后臺(tái)，接著運(yùn)出一塊新電池并安裝好，整個(gè)過(guò)程大約只需3 min。2017年末，北汽新能源將建成充換電站200座，支撐3萬(wàn)臺(tái)純電動(dòng)汽車(chē)換電需求的規(guī)模；到2022年，北汽新能源的“擎天柱計(jì)劃”預(yù)計(jì)將投資100億元人民幣，在全國(guó)范圍內(nèi)建成3 000座光儲(chǔ)換電站，累計(jì)投放換電車(chē)輛50萬(wàn)臺(tái)，梯次儲(chǔ)能電池利用超過(guò)5 GWh?！扒嫣熘?jì)劃”具體將分為3個(gè)階段實(shí)施：第一階段（2016年～2017年），由北汽新能源、奧動(dòng)新能源、出租車(chē)公司三方聯(lián)合共建換電站，初步組建公共出行運(yùn)營(yíng)平臺(tái)和梯次儲(chǔ)能運(yùn)維平臺(tái)，組建以光儲(chǔ)能換電站為中心的城市級(jí)能源互聯(lián)網(wǎng)，建成換電站100座，運(yùn)營(yíng)車(chē)輛超過(guò)4 000臺(tái)，實(shí)現(xiàn)梯次儲(chǔ)能電池綜合利用100 MWh（10萬(wàn)度電）。第二階段（2018年～2020年），以北京、廈門(mén)、廣州、深圳、蘭州、西安、昆明、鄭州等城市輻射展開(kāi)，組建各城市公共出行運(yùn)營(yíng)平臺(tái)和梯次儲(chǔ)能運(yùn)維平臺(tái)，組建以光儲(chǔ)能換電站為中心的區(qū)域級(jí)能源互聯(lián)網(wǎng)，建成換電站1 000座，運(yùn)營(yíng)車(chē)輛10萬(wàn)臺(tái)，梯次儲(chǔ)能電池綜合利用1 GWh（100萬(wàn)度電）。第三階段（2021年～2022年），在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展，覆蓋全國(guó)主要城市及重點(diǎn)城鄉(xiāng)區(qū)域，組建以光儲(chǔ)能換電站為中心的全國(guó)范圍能源互聯(lián)網(wǎng)，建成光儲(chǔ)換電站3 000座，運(yùn)營(yíng)車(chē)輛50萬(wàn)臺(tái)，梯次儲(chǔ)能電池利用5 GWh。未來(lái)，換電模式還將進(jìn)化到3.0時(shí)代，將移動(dòng)換電站升級(jí)為分布式可再生能源能量采集器，引入可再生能源企業(yè)，并依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)化利用。

浙江時(shí)空電動(dòng)是側(cè)方換電，主要采用“網(wǎng)約車(chē)+換電站”模式，主要運(yùn)用在網(wǎng)約車(chē)、出租車(chē)、物流車(chē)上。“時(shí)空超級(jí)移動(dòng)電網(wǎng)”換電站能做到輻射城區(qū)半徑5 km，為每天20 h跑在路上的車(chē)輛提供能源支持。目前分為手工換電站和半自動(dòng)換電站兩種。半自動(dòng)化換電站的場(chǎng)景很具未來(lái)感：從電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入換電位置，工人通過(guò)操作半自動(dòng)化的機(jī)械臂，從汽車(chē)電池倉(cāng)位取出電池，再由機(jī)械臂將滿電電池插入汽車(chē)，全程只需3 min～5 min。

重慶力帆采用的分箱換電模式，主要用在分時(shí)租賃車(chē)上。力帆旗下控股品牌盼達(dá)用車(chē)的盼達(dá)換電模式具體運(yùn)行起來(lái)有2種：第一種場(chǎng)景是用戶把車(chē)開(kāi)到能源站，由專業(yè)人員操作換電；第二種是電量低于40%之后，通過(guò)前裝的車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成訂單并派移動(dòng)服務(wù)車(chē)前往。力帆主要采用的是分箱換電技術(shù)，“移峰填谷”是實(shí)現(xiàn)換電模式的關(guān)鍵之一。分箱換電的優(yōu)點(diǎn)有采用分布式電池溫控系統(tǒng)；具有多個(gè)充電接口；不改底盤(pán)結(jié)構(gòu)；封裝工藝簡(jiǎn)單；封裝能量比高；標(biāo)準(zhǔn)化容易；可以即換即修。缺點(diǎn)是存在一定的安全隱患。2020年計(jì)劃興建500座能源站，服務(wù)100萬(wàn)車(chē)主，盼達(dá)用車(chē)投放30萬(wàn)輛新能源汽車(chē)，新推出21款新能源汽車(chē)。

除了北汽、力帆、時(shí)空電動(dòng)正在如火如荼地開(kāi)展換電模式外，蔚來(lái)汽車(chē)也將發(fā)布充換電新模式。此外，早在2008年，河南新鄉(xiāng)市就提出了“車(chē)電分離、換電為主”的電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式，制定了國(guó)內(nèi)第一個(gè)“換電模式”的電動(dòng)出租車(chē)商業(yè)運(yùn)營(yíng)方案。2010年，通過(guò)整合科隆集團(tuán)、環(huán)宇集團(tuán)等本地電池企業(yè)和新能電動(dòng)汽車(chē)公司成立新能出租車(chē)公司，按照“車(chē)電分離、裸車(chē)銷(xiāo)售、電池租賃”思路開(kāi)展商業(yè)運(yùn)營(yíng)，即“裸車(chē)”銷(xiāo)售、電池租賃；集中充電、分散配送；底部換電、自動(dòng)快捷。

6.2.5換電模式面臨的難題

換電模式可以解決電動(dòng)汽車(chē)目前所面臨的幾乎所有問(wèn)題——續(xù)駛里程太短、充電時(shí)間太長(zhǎng)、電池壽命短、整車(chē)價(jià)格太貴等等。換電模式還有一個(gè)好處，那就是可以隨著電池技術(shù)更新，電池容量會(huì)上升，就好像人們購(gòu)買(mǎi)寬帶一樣，今年1 M包月100元，明年2 M包月100元，5年后運(yùn)營(yíng)商說(shuō)，所有寬帶免費(fèi)升級(jí)成光纖，這期間，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，升級(jí)成本接近于0。電動(dòng)汽車(chē)換電池同理，購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)的用戶，可以免費(fèi)享受電池技術(shù)發(fā)展的紅利，剛購(gòu)買(mǎi)的電動(dòng)汽車(chē)可能只能跑120 km，5年后就能跑240 km了。而基于電池租賃的換電模式配合大規(guī)模集中型充電被認(rèn)為是當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展具有競(jìng)爭(zhēng)力的商業(yè)技術(shù)模式。這是由于首先采用電池租賃方式，由電網(wǎng)公司承擔(dān)電池的初期投資成本，可顯著降低用戶的初始購(gòu)車(chē)費(fèi)用；其次對(duì)電池進(jìn)行集中充電可采取慢充方式，避免快充而引起的電池壽命縮短問(wèn)題；第三，采用換電方式一般可在幾分鐘內(nèi)完成換電過(guò)程，即使與常規(guī)能源汽車(chē)相比，其便捷性也毫不遜色；第四對(duì)電池進(jìn)行集中充電管理可避免大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)隨機(jī)充電對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的不利影響，甚至可以根據(jù)電網(wǎng)需要，在統(tǒng)一管理的框架下進(jìn)行電池充電的優(yōu)化運(yùn)行。此外還可避免綠色能源損失，減少可再生能源發(fā)電成本。因此，雖然換電模式存在著要求電池等標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的問(wèn)題，但是這并不妨礙其成為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)可能的重要發(fā)展模式之一。

（1）通用性問(wèn)題。一是電池的布置方案為題。各家整車(chē)企業(yè)的電池布置方案不一致，甚至一個(gè)企業(yè)的不同產(chǎn)品的電池布置方案都不一致，這導(dǎo)致實(shí)際換電電池的種類(lèi)繁多，在實(shí)際操作過(guò)程中，僅能是某種車(chē)型在某些特性使用環(huán)境下進(jìn)行換電，所以企業(yè)或者集團(tuán)用戶是換電的首選客戶，但是僅限于區(qū)域運(yùn)營(yíng)。二是通信及功能問(wèn)題。各家整車(chē)企業(yè)電池的具體功能可能會(huì)有差異，而且通信協(xié)議由于是車(chē)輛內(nèi)部的CAN總線通信，各家整車(chē)企業(yè)的通信協(xié)議一致的可能性極低，除非國(guó)家出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)統(tǒng)一相關(guān)內(nèi)容。三是電池重量分配問(wèn)題。電池包內(nèi)部布置方案不同可能會(huì)影響到整車(chē)的重量分配，可能會(huì)影響到車(chē)輛駕駛體驗(yàn)。四是電池的安全性問(wèn)題。相同的電池功能，不同的廠家可能在工藝及內(nèi)部控制方面不可能做到完全一致，質(zhì)量控制做得好的電池包自然成本會(huì)略高，但是涉及到用戶的安全，不是兒戲，后期的責(zé)任分擔(dān)可能是車(chē)企和電池企業(yè)扯皮的焦點(diǎn)。不同充放、不同規(guī)格、不同原理、不同廠家的不同質(zhì)量電池使換電服務(wù)提供商風(fēng)險(xiǎn)驟增。

（2）換電需要對(duì)整車(chē)設(shè)計(jì)提出更高的要求。從電池包接插件的耐久性，到冷卻管路的處理，甚至換電時(shí)的車(chē)輛定位問(wèn)題，目前都還沒(méi)有特別完美的解決方案。特別是連接器問(wèn)題。基于換電技術(shù)的連接器往往都是定制（通用性做到后，那就是標(biāo)準(zhǔn)連接器），常見(jiàn)的連接器設(shè)計(jì)插拔次數(shù)的要求相對(duì)較低，一般汽車(chē)上的連接器大概是500次插拔的設(shè)計(jì)壽命，但電動(dòng)汽車(chē)換電的話，一般設(shè)計(jì)壽命都要超過(guò)1萬(wàn)次以上，加上一般電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)工作電流往往都在100 A～200 A，這樣連接器的端子就會(huì)比較粗壯（為了保證端子之間的接觸面積，保證安全長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)電流）。一是端子接觸面積的問(wèn)題。從宏觀角度來(lái)看，連接器插合后端子就可靠連接了，但如果仔細(xì)觀察大電流連接器的端子，可以看到母端端子實(shí)際接觸的主要是簧片，而端子之間可靠接觸與簧片和公端子之間的接觸面積相關(guān)，這主要可以通過(guò)接觸電阻進(jìn)行判斷，而接觸電阻受簧片形式、材料、鍍層等影響，接觸電阻會(huì)影響到端子發(fā)熱，如果溫度快速上升且熱量無(wú)法得到有效的散熱（一般連接器都要保證IP67的密封），端子殼體就有可能出現(xiàn)變形或其他安全隱患。不過(guò)一般在使用前期，該風(fēng)險(xiǎn)是相對(duì)可控的，但長(zhǎng)期使用后其風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)會(huì)較大，這要通過(guò)更換連接器去解決。二是端子的磨損及公差問(wèn)題。對(duì)于頻繁插拔的連接器，插拔的磨損是不可忽略的，往往會(huì)影響到端子和簧片的鍍層，長(zhǎng)期使用風(fēng)險(xiǎn)大增大。連接器通用后，連接器就有可能是多個(gè)廠家生產(chǎn)的，但是各家的材質(zhì)、工藝不一樣，不同廠家的公差控制也會(huì)是一個(gè)相對(duì)難以控制的因素。三是帶電插拔問(wèn)題。一般在設(shè)計(jì)快換插件的過(guò)程中，高壓端子相對(duì)信號(hào)類(lèi)的端子都較長(zhǎng)，在低壓信號(hào)中斷時(shí)，高壓接口便會(huì)切斷供電，這樣可有效防止用戶誤動(dòng)作時(shí)（如車(chē)輛上電進(jìn)行快換）高壓端子出現(xiàn)電弧，對(duì)端子表面產(chǎn)生較大的破壞。不過(guò)該問(wèn)題一般廠家都會(huì)考慮，因此風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)可控。

（3）車(chē)電分離問(wèn)題。換電模式必須做到車(chē)電分離，但這不符合整車(chē)企業(yè)的利益。電池和傳統(tǒng)汽車(chē)的油箱不同，電池是占據(jù)了電動(dòng)汽車(chē)成本50%左右的重要部件，更是電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，整車(chē)企業(yè)自然不肯放手電池的控制權(quán)。“車(chē)電分離”，要做到的不是技術(shù)上的分離，而是商業(yè)上的分離。用戶在購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，只購(gòu)買(mǎi)裸車(chē)，不購(gòu)買(mǎi)電池，這樣價(jià)格就會(huì)降低50%左右。那電池哪兒來(lái)呢？從運(yùn)營(yíng)商那里租電池，租的電池只需要滿足行駛里程的需求即可，無(wú)論新舊，無(wú)論品牌，無(wú)論壽命，無(wú)論材質(zhì)。

（4）大量電池的統(tǒng)一集中充電，不符合電網(wǎng)利益。在傳統(tǒng)情況中，大規(guī)模用電必然是在線在網(wǎng)的，但電動(dòng)汽車(chē)卻創(chuàng)造出了一個(gè)巨大的離網(wǎng)電能源應(yīng)用場(chǎng)景，必然對(duì)傳統(tǒng)電能源產(chǎn)業(yè)造成一定的沖擊。大家想想看，如果一個(gè)地方集中了幾百、上千的動(dòng)力電池進(jìn)行統(tǒng)一充電，那么當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的壓力有多大，而電網(wǎng)在這種大規(guī)模的行業(yè)變動(dòng)中，卻沒(méi)有任何利益可言，還要適應(yīng)環(huán)境投入建設(shè)和研發(fā)，純虧本生意。電網(wǎng)曾經(jīng)支持換電模式，是因?yàn)橄氚芽仉姵?。公交?chē)換電模式大多是電網(wǎng)搞的，但電動(dòng)汽車(chē)又是汽車(chē)行業(yè)的事情，乘用車(chē)是看市場(chǎng)不看行政的，第一次交鋒，在乘用車(chē)領(lǐng)域電網(wǎng)慘敗。

（5）電池技術(shù)與投資成本?，F(xiàn)階段電池產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展初期，電池能量密度低，續(xù)航里程短，壽命周期短。在現(xiàn)有電池技術(shù)水平下推行換電方式，電池投資高，將會(huì)給能源供給企業(yè)帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)。其實(shí)換電站推廣最困難的地方在于無(wú)法承受巨大的電池折舊成本。如果真正運(yùn)營(yíng)起來(lái)，每個(gè)換電站至少配備1.2倍～1.5倍服務(wù)車(chē)次的電池?cái)?shù)量。由于動(dòng)力電池循環(huán)壽命低，換電站集中購(gòu)買(mǎi)的一大批電池折舊成本過(guò)高，高頻次的換電池，電池使用3年～5年便無(wú)法繼續(xù)使用，換電模式相當(dāng)于把大批次電池折舊的巨大成本和衰減風(fēng)險(xiǎn)都轉(zhuǎn)嫁給換電站，如果不是國(guó)家積極推，在目前的電池技術(shù)水平下，恐怕哪個(gè)企業(yè)都無(wú)法承受巨大的電池折舊成本。前面說(shuō)特斯拉的換電服務(wù)不友好，價(jià)格比較貴，大家想想，建換電站的電池折舊成本如此之高，而且需要配備更多的電池以滿足使用，服務(wù)價(jià)格怎么能不貴呢？為什么Better Place最后失敗，而且Tesla僅僅將換電作為應(yīng)急手段，相信大家已經(jīng)有了答案。

（6）換電站需要的基礎(chǔ)設(shè)施比充電樁要求高。為了支持換電，需要對(duì)單個(gè)電池包而不是整車(chē)進(jìn)行快充，需要的電網(wǎng)功率大不說(shuō)，如何存放這些電池包都是個(gè)問(wèn)題，放不好就是炸彈。

（7）安全性與責(zé)任界定。換電模式的發(fā)展有可能徹底改變傳統(tǒng)汽車(chē)企業(yè)、能源企業(yè)和消費(fèi)者的三方結(jié)構(gòu)，而出現(xiàn)電池制造商和充電運(yùn)營(yíng)商等參與方。在這種新興格局下，電池的日常維護(hù)工作由誰(shuí)來(lái)承擔(dān)，當(dāng)出現(xiàn)安全問(wèn)題時(shí)責(zé)任如何界定等都是有待解決的難題。

（8）換電模式標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。不同廠家生產(chǎn)的電池和電動(dòng)汽車(chē)都有所不同，包括尺寸、接口和布置方式等，這給換電模式的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化操作帶來(lái)了很大的困難，因此，亟需制定與換電模式相配套的標(biāo)準(zhǔn)體系。

（9）如何評(píng)價(jià)換好電池包的能量并按照電池包的能量來(lái)收費(fèi)。電池存儲(chǔ)的能量不像加油油量那樣可以很容易測(cè)得，但電量完全沒(méi)有一種公平的方法來(lái)測(cè)，或者說(shuō)客戶沒(méi)有辦法去評(píng)估。而且可用電量和電池衰減、溫度有很大關(guān)系，尤其是電池衰減很難估測(cè)，可能只能等大數(shù)據(jù)分析成氣候了才能精確估計(jì)，但無(wú)論估測(cè)都有主觀嫌疑，不像油箱跳槍那么直觀。

在宋代的詞中，具有同樣效果的還有歐陽(yáng)修的《踏莎行》：“寸寸柔腸，盈盈粉淚，樓高莫近危闌倚。平蕪盡處是春山，行人更在春山外?！币袡诙?，來(lái)排遣自己的閨怨愁苦之情。

（10）換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。對(duì)于用戶而言，換電模式的主要優(yōu)勢(shì)在于其能源更新的便利性，但是在現(xiàn)實(shí)中其便利性更有賴于密集布點(diǎn)的規(guī)?；瘬Q電網(wǎng)絡(luò)，這也意味著超大規(guī)模的投資要求，在目前其商業(yè)模式可行性仍存疑的環(huán)境下，其規(guī)?；ㄔO(shè)也面臨著巨大的資金瓶頸。

（11）成本及費(fèi)用。動(dòng)力電池包基本上都是以萬(wàn)元為單位的。換電不無(wú)償?shù)?，電池壽命折損、充電費(fèi)用、充電設(shè)備使用費(fèi)、充電設(shè)備維護(hù)與維修費(fèi)用、換電設(shè)備費(fèi)用、換電人員人工費(fèi)、換電站適當(dāng)?shù)睦麧?rùn)等等，大概算算，一塊20 kWh的電池，按照按15 kWh/100 km計(jì)算，續(xù)航里程約為130 km，換電的費(fèi)用大約是41元/100 km。

（12）補(bǔ)貼分配問(wèn)題。由于電動(dòng)汽車(chē)和電池的成本很高，為促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，國(guó)家將會(huì)提供一定形式的補(bǔ)貼。換電模式下，該補(bǔ)貼在汽車(chē)生產(chǎn)商、電池制造商及能源供給企業(yè)中如何分配，目前沒(méi)有明確的劃分方法。

換電模式雖然因?yàn)閷?duì)外部環(huán)境要求高而擁有不少硬傷，但換電模式還是具有非常多充電模式所不具備吸引力的優(yōu)勢(shì)，譬如可以用來(lái)做儲(chǔ)能電站、削峰填谷、減少電網(wǎng)諧波、提高電網(wǎng)負(fù)荷率、可對(duì)電池進(jìn)行慢充延長(zhǎng)電池使用壽命、可使用谷底電價(jià)進(jìn)行充電降低成本等。其實(shí)換電模式能很好地對(duì)充電模式的一些缺陷進(jìn)行補(bǔ)充，充換電并無(wú)孰優(yōu)孰劣之分，兩者更像是相輔相成的2套技術(shù)體系，各自的優(yōu)勢(shì)也決定了各自適用于不同的使用場(chǎng)景，只有找到適合的使用場(chǎng)景，便可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。換電模式適合有固定里程的應(yīng)用場(chǎng)景，可以完美解決工具車(chē)輛運(yùn)營(yíng)受限的問(wèn)題。換電模式的潛在市場(chǎng)需求主要存在于以營(yíng)運(yùn)為主的商用車(chē)輛（電動(dòng)出租車(chē)、電動(dòng)客車(chē)、電動(dòng)物流車(chē)、電動(dòng)公交車(chē)、電動(dòng)通勤/專用車(chē)等），以營(yíng)運(yùn)為主的車(chē)輛迫切需要極短的充/換電時(shí)間，因?yàn)闀r(shí)間就是金錢(qián)，因此，一旦運(yùn)營(yíng)類(lèi)公司能夠在車(chē)輛運(yùn)營(yíng)時(shí)間方面獲得成本優(yōu)勢(shì)，換電模式就會(huì)存在優(yōu)勢(shì)，就具有潛在需求。除傳統(tǒng)的電池?cái)?shù)據(jù)跟蹤外，換電模式可為電池服務(wù)帶來(lái)更多的可能性，如在區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)電池共享，通過(guò)統(tǒng)一充電管理，延長(zhǎng)電池壽命；緩解里程焦慮，減少對(duì)電池容量的要求；可對(duì)電池進(jìn)行統(tǒng)一回收和梯次利用，為后續(xù)進(jìn)一步商業(yè)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展初期，建議建立以分散停車(chē)位慢充為主的充電網(wǎng)絡(luò)，對(duì)公交、出租、環(huán)衛(wèi)等行駛習(xí)慣相對(duì)固定的用戶采用換電模式。換電模式的真正實(shí)施方式應(yīng)該是電池租賃模式，也可叫功能租賃模式，就是車(chē)主拿著一組電瓶使用后，總共花掉了多少瓦的功率，按功率數(shù)據(jù)算錢(qián)，當(dāng)然要有協(xié)議方式保證不能超放電。就要求電池上有自動(dòng)記錄所執(zhí)行的功率數(shù)量，當(dāng)然，如果是快速放電或超放電情況出現(xiàn)時(shí)，電池要有自我保護(hù)系統(tǒng)。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟階段，適時(shí)推出換電為主、充電服務(wù)并存的能源供給模式。

6.3　無(wú)線充電模式（未來(lái)充電模式）

無(wú)論是使用16 A、10 A電流的傳統(tǒng)充電方式，還是使用高充電電流的快速充電，其都會(huì)受到“線的羈絆”，充電裝置及充電時(shí)使用的線路令其多少會(huì)受到場(chǎng)地制約，無(wú)線充電則在一定程度上解決了這個(gè)問(wèn)題。

無(wú)線充電模式即無(wú)需通過(guò)電纜來(lái)傳遞能量。無(wú)線充電技術(shù)，即Wireless charging technology，是指具有電池的裝置不需要借助于電導(dǎo)線，利用電磁波感應(yīng)原理或者其他相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送端和接收端用相應(yīng)的設(shè)備來(lái)發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號(hào)來(lái)進(jìn)行充電的一項(xiàng)技術(shù)，源于無(wú)線電力輸送技術(shù)。采用無(wú)線充電模式首先要在電動(dòng)汽車(chē)上安裝車(chē)載感應(yīng)充電機(jī)，利用車(chē)載感應(yīng)充電機(jī)接收電能給電池充電，車(chē)輛的受電部分與供電部分沒(méi)有機(jī)械連接，但是需要受電體與供電體對(duì)接較為準(zhǔn)確。無(wú)線充電模式主要有電場(chǎng)感應(yīng)、電場(chǎng)耦合、磁共振和無(wú)線電波4種電能傳送模式。各種無(wú)線充電方式都有各自的特點(diǎn)，具體比較見(jiàn)表2所列。

當(dāng)前最成熟、最普遍的是電磁感應(yīng)式無(wú)線充電。其根本原理是利用電磁感應(yīng)原理，類(lèi)似于變壓器，在發(fā)送端和接收端各有一個(gè)線圈，初級(jí)線圈上通一定頻率的交流電，由于電磁感應(yīng)在次級(jí)線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端（圖15）。在電動(dòng)汽車(chē)上無(wú)線方式傳輸電能主要是通過(guò)2個(gè)線圈（嵌入地面的發(fā)射線圈和置于車(chē)內(nèi)的接收線圈）之間產(chǎn)生的電感耦合進(jìn)行的，發(fā)送線圈內(nèi)的交流電形成電磁場(chǎng)，處于該磁場(chǎng)輻射范圍內(nèi)的接收線圈發(fā)生電磁感應(yīng)，產(chǎn)生電流 。

磁共振式無(wú)線充電也稱為近場(chǎng)諧振式無(wú)線充電，由能量發(fā)送裝置和能量接收裝置組成，當(dāng)2個(gè)裝置調(diào)整到相同頻率，或者說(shuō)在一個(gè)特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，其原理與聲音的共振原理相同，排列在磁場(chǎng)中的相同振動(dòng)頻率的線圈，可從一個(gè)向另一個(gè)供電（圖16）。技術(shù)難點(diǎn)是小型化和高效率化，被認(rèn)為是將來(lái)最有希望廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電的一種方式。高通擬推出的無(wú)線充電技術(shù)Halo（圖17）就是采用磁共振原理，通過(guò)讓地面充電板的接受線圈與電動(dòng)車(chē)充電板的發(fā)射線圈處于一個(gè)相同的頻率來(lái)傳輸能量。如圖18所示，磁共振無(wú)線充電技術(shù)主要由電源、發(fā)射面板、車(chē)載接收面板及控制器組成，無(wú)需任何的線纜鏈接，可確保更高的耦合系數(shù)，降低系統(tǒng)電流，實(shí)現(xiàn)更高效率和更高功率無(wú)線充電，現(xiàn)在Halo無(wú)線充電技術(shù)可達(dá)到90%以上的充電效率。這種利用電磁波進(jìn)行電力傳輸?shù)募夹g(shù)可以在一定程度上減少充電站的資金、場(chǎng)地投入，由于不需要充電電纜，而且支持各種類(lèi)型的電池，車(chē)主充電也可以更加靈活方便。此外，磁共振的能量損失低，充電效率可達(dá)到90%，這個(gè)效率甚至高于線纜充電。從上述可見(jiàn)，Halo技術(shù)的推廣顯然需要2個(gè)條件，一是有充足的充電站提供地面充電板，二是電動(dòng)車(chē)要配置接受充電板。對(duì)于第一點(diǎn)，高通已經(jīng)有了動(dòng)作。2017年3月，高通宣布注資英國(guó)最大的電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)商——Chargemaster。這家充電服務(wù)商目前已在英國(guó)及歐洲等地相繼建成超過(guò)1萬(wàn)個(gè)同時(shí)可兼容無(wú)線充電的網(wǎng)點(diǎn)，有了這些網(wǎng)點(diǎn)的支持，高通的目標(biāo)就實(shí)現(xiàn)了50%。高通與Brusa的交易則有助高通實(shí)現(xiàn)第二點(diǎn)。此前高通已經(jīng)與梅賽德斯奔馳的母公司戴姆勒集團(tuán)簽署戰(zhàn)略協(xié)作關(guān)系，將Halo系統(tǒng)引入其電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)。但畢竟這只是一個(gè)廠商，而B(niǎo)rusa是全球首款車(chē)載電動(dòng)汽車(chē)充電器的制造商，通過(guò)與Brusa的合作，高通可以讓更多的廠商車(chē)型支持自己的技術(shù)。Brusa表示，目前已與若干領(lǐng)先汽車(chē)制造商商談，準(zhǔn)備在不久的未來(lái)引入無(wú)線充電技術(shù)。

表2　各種無(wú)線充電方式的特點(diǎn)

圖15　電磁感應(yīng)式無(wú)線充電原理

圖16　磁共振式無(wú)線充電示意圖

圖17　高通的磁共振無(wú)線充電裝置Halo

圖18　磁共振無(wú)線充電技術(shù)的組成

無(wú)線電波式無(wú)線充電的基本原理類(lèi)似于早期使用的礦石收音機(jī)，主要有微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成。典型的是20世紀(jì)60年代布朗（William C. Brown）的微波輸電系統(tǒng)，整個(gè)傳輸系統(tǒng)包括微波源、發(fā)射天線、接收天線3部分；微波源內(nèi)有磁控管，能控制源在2. 45 GHz頻段輸出一定的功率；發(fā)射天線是64個(gè)縫隙的天線陣，接收天線擁有25%的收集和轉(zhuǎn)換效率。

電場(chǎng)耦合式無(wú)線充電則是利用通過(guò)沿垂直方向耦合的兩組非對(duì)稱偶極子而產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)來(lái)傳輸電能，其基本原理是通過(guò)電場(chǎng)將電能從發(fā)送端轉(zhuǎn)移到接收端，具有抗水平錯(cuò)位能力較強(qiáng)的特點(diǎn)。

現(xiàn)在無(wú)奈受制于技術(shù)成熟度和基礎(chǔ)設(shè)備的限制，無(wú)線充電技術(shù)暫時(shí)沒(méi)有大批量產(chǎn)應(yīng)用。業(yè)內(nèi)主流的無(wú)線充電技術(shù)主要采用電磁感應(yīng)和磁共振方式傳遞電能，但磁共振方式充電效率更高，而且磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度更低，更重要的一點(diǎn)是其送電線圈與受電線圈無(wú)需對(duì)得非常齊，這一點(diǎn)是電磁感應(yīng)所不及的。

無(wú)線充電模式未來(lái)應(yīng)用的前景無(wú)法估量，肯定的是不再是現(xiàn)階段“偽”無(wú)線充電那樣需要停在固定位置進(jìn)行充電，電能可能來(lái)自于路面鋪裝的供電系統(tǒng)，或者來(lái)自于汽車(chē)上接受的電磁波能量。未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)充電的發(fā)展必定會(huì)脫離線束的捆綁，實(shí)現(xiàn)邊行駛邊充電，充電便不會(huì)再是電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的絆腳石。