岳凱凱　馬文源　袁蜀翔　陽小燕　石青易

摘 要：本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車換電模式發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行探討，分析了換電模式的三種優(yōu)勢(shì)并闡述了目前換電模式發(fā)展存在的問題。最后討論了電動(dòng)汽車換電模式的未來趨勢(shì)和展望。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 換電模式 未來趨勢(shì)

1 換電模式的發(fā)展現(xiàn)狀

新能源電動(dòng)汽車換電模式是指將電動(dòng)汽車已經(jīng)虧電的動(dòng)力電池從車身取出并更換容量飽和的動(dòng)力電池，虧電電池重新存儲(chǔ)到換電站中進(jìn)行充電，是相較于充電模式而言的一種電能供給模式。21世紀(jì)初，世界新能源汽車產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展初期，其續(xù)航里程問題是阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要問題之一?；诖?，很多國(guó)家開始研究電動(dòng)汽車換電技術(shù)，以突破新能源電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸。

2007年，Batter Place公司在以色列和丹麥創(chuàng)立換電模式，該公司與雷諾日產(chǎn)合作打造龐大的電動(dòng)汽車充電站系統(tǒng)，由于前期建設(shè)投入大、投報(bào)比較低，最終Batter Place公司宣布破產(chǎn)。2013年初美國(guó)電動(dòng)汽車制造企業(yè)特斯拉在加利福尼亞建造換電站并進(jìn)行換電模式試驗(yàn)，高昂的換費(fèi)用及較差的服務(wù)體驗(yàn)導(dǎo)致特斯拉換電模式走向失敗。

在國(guó)內(nèi)一些相關(guān)企業(yè)也紛紛推動(dòng)換電模式發(fā)展。2006年國(guó)家電網(wǎng)組織電動(dòng)汽車充換電設(shè)施研發(fā)與實(shí)踐工作。國(guó)電電網(wǎng)確定自己運(yùn)營(yíng)模式“充電為主，換電為輔，集中充電，統(tǒng)一配送”的模式，這表明國(guó)家電網(wǎng)定位是換電模式，并非充電模式。2005年，國(guó)家電網(wǎng)迫于電動(dòng)汽車市場(chǎng)基礎(chǔ)薄弱，缺少相關(guān)政策支持，最終轉(zhuǎn)向充電模式。北汽新能源汽車公司在2007年推出“擎天柱計(jì)劃”，并計(jì)劃在2022年全國(guó)范圍內(nèi)投資100億元用于建設(shè)3000座分布式光儲(chǔ)換電站，截至2019年底，北汽新能源在北京地區(qū)投入運(yùn)營(yíng)4000多輛出租車，建設(shè)換電站90座，目前在全國(guó)有超過2萬輛換電模式新能源汽車在運(yùn)行;與此同時(shí)，蔚來汽車公司也在布局換電領(lǐng)域，其Nio Power換電站是專門為私人打造的換電站，這也是全球首個(gè)面向私人用戶的汽車換電服務(wù)系統(tǒng)。

2 換電模式的優(yōu)勢(shì)

2.1 縮短電能補(bǔ)給時(shí)間

電動(dòng)汽車采用充電模式補(bǔ)給電能時(shí)，需將虧電的車輛開到指定充電樁對(duì)動(dòng)力電池補(bǔ)充電能，此種模式帶來兩個(gè)問題。首先，在充電期間車主無法繼續(xù)使用電動(dòng)汽車，在充電模式普及的背景下，勢(shì)必會(huì)延長(zhǎng)車主充電等待時(shí)間，降低電動(dòng)汽車的利用率;其次，即使是充電時(shí)間相對(duì)較短的快速充電，也至少需要15min將電量充至80%，而且在滿電工況下電動(dòng)汽車的續(xù)駛能力也難以滿足多數(shù)用戶的里程焦慮。而換電模式下?lián)Q電時(shí)間一般需要3～5min，與燃油汽車加注汽油時(shí)間相當(dāng)，很大程度上縮短了電動(dòng)汽車電能補(bǔ)給時(shí)間，減少車主等待時(shí)間，大幅度提高新能源汽車的使用率。針對(duì)公共交通、出租車和網(wǎng)約車等充電頻率較高的應(yīng)用場(chǎng)景，換電模式優(yōu)勢(shì)尤為顯著。

2.2 降低用戶購(gòu)車成本，消除用戶電池質(zhì)保疑慮

純電動(dòng)汽車插充模式?jīng)Q定用戶需要購(gòu)買與車身固連在一起的動(dòng)力電池，而動(dòng)力電池成本占電動(dòng)汽車整車成本的40%左右，實(shí)際上，用戶使用過程中僅用了電池壽命周期的20%～30%的價(jià)值。相比較而言，同級(jí)別純電動(dòng)汽車成本比燃油車成本高出約30%，高購(gòu)置成本會(huì)影響電動(dòng)汽車潛在消費(fèi)者購(gòu)買意愿，在換電模式下，用戶可以租賃動(dòng)力電池的形式進(jìn)行電能補(bǔ)給，能夠在初期降低消費(fèi)者的購(gòu)車成本。

2.3 延長(zhǎng)電池使用壽命

傳統(tǒng)的充電模式在快充情況下雖然一定程度上可以縮短電能補(bǔ)給時(shí)間，但是由于采取直流快充方式時(shí)，電流量大，電能補(bǔ)給速度快，會(huì)減少動(dòng)力電池充放電循環(huán)次數(shù)，加速電池容量的衰減，進(jìn)而影響電池的性能及縮短其壽命周期。換電模式下統(tǒng)一將動(dòng)力電池儲(chǔ)存在充電倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)，可以對(duì)電池進(jìn)行慢速充電，待電量飽和后換取虧電電池繼續(xù)慢速充電。同時(shí)，集成有電池檢測(cè)、保養(yǎng)功能的換電倉(cāng)儲(chǔ)可以檢測(cè)每次更換下的電池狀態(tài)是否正常，客觀上減少了對(duì)動(dòng)力電池的損傷和容量的衰減，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

3 換電模式存在的問題

3.1 動(dòng)力電池包尚未標(biāo)準(zhǔn)化

純電動(dòng)汽車充電模式起步較早。由于目前電動(dòng)汽車車載動(dòng)力電池充電技術(shù)相對(duì)成熟，充電接口標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)統(tǒng)一化，即不同車企的電動(dòng)汽車完全能夠在其他品牌充電樁上進(jìn)行電能補(bǔ)給，統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)使得充電更加便捷。然而，換電模式下的電能補(bǔ)給需要頻繁取出電池進(jìn)行更換，因而需要對(duì)汽車底盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)以方便電池的拆卸、安裝。目前各車企生產(chǎn)研發(fā)動(dòng)力電池包規(guī)格有所差異，所以在不同品牌電動(dòng)汽車上電池包的通用性和互換性較差。北汽采用為自家汽車產(chǎn)品服務(wù)的換電系統(tǒng)，換電電池包結(jié)構(gòu)上不兼容問題。但是如果換電模式要真正得到大范圍推廣，統(tǒng)一各家車企車輛電池規(guī)格是關(guān)鍵，但是這涉及各方利益。

3.2 企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本增大

換電模式要求企業(yè)投入更多運(yùn)營(yíng)成本。具體表現(xiàn)在：第一，不同于充電模式，換電模式要求生產(chǎn)企業(yè)對(duì)車輛底盤、動(dòng)力電池、以及車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性改造;第二，換電模式屬于一項(xiàng)新技術(shù)，缺少技術(shù)儲(chǔ)備和研發(fā)費(fèi)用較低的企業(yè)，難以支付高昂的研發(fā)費(fèi)用;第三，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的定期維護(hù)和保養(yǎng)對(duì)電池使用壽命和電池安全性至關(guān)重要，所以需要企業(yè)運(yùn)營(yíng)換電模式時(shí)組建專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行電池維護(hù)保養(yǎng)工作，人力成本隨之增加。國(guó)內(nèi)的北汽和蔚來兩家汽車公司因巨大建設(shè)投資導(dǎo)致嚴(yán)重虧損，北汽新能源向提供換電技術(shù)的北京奧動(dòng)投資數(shù)億元，導(dǎo)致其目前仍處于虧損狀態(tài)，蔚來汽車2019年前三季度共虧損25.21億元，以上兩家公司的運(yùn)營(yíng)狀況說明巨大的建設(shè)成本是阻礙換電模式推廣的重要因素。

3.3 普及率較低，發(fā)展較緩慢

近年來換電模式發(fā)展較為迅速，全國(guó)各地?fù)Q電站數(shù)量也有所增加，但是由于換電站建設(shè)需要較大資金投入，所以資規(guī)模大的企業(yè)有能力進(jìn)行換電站的建設(shè)，對(duì)于小規(guī)模企業(yè)仍處于觀望狀態(tài)，全國(guó)僅有數(shù)家企業(yè)投入其中，在新能源汽車市場(chǎng)中換電汽車的數(shù)量占比仍然偏低。截至2020年6月全國(guó)新能源汽車保有量達(dá)到417萬輛，然而具備換電功能的汽車數(shù)量不足15萬輛，占新能源汽車保有量不足4%。截至目前全國(guó)已經(jīng)累計(jì)建設(shè)充電站3.8萬座，充電樁130萬個(gè)，而換電站卻只建了449座，差距巨大。總的來說，換電模式的普及率仍然偏低，發(fā)展較為緩慢。

4 換電模式未來發(fā)展趨勢(shì)

4.1 短期內(nèi)充換電模式并存

目前在消費(fèi)使用端新能源汽車?yán)m(xù)航及充電問題仍然是阻礙我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題，里程焦慮、充電便捷性不高拉低了消費(fèi)者的潛在購(gòu)買欲望，加之國(guó)家補(bǔ)貼政策退坡，新能源汽車市場(chǎng)占有份額減小，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展也相應(yīng)放慢了步伐。早期采用充電樁充電模式給用戶充電帶來了便利和快捷，換電模式的發(fā)展給電能補(bǔ)給提供另一種方式，也是彌補(bǔ)充電弊端的最優(yōu)方式。但是換電模式的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一是一大難題，任一模式均需要相應(yīng)的技術(shù)支撐。我國(guó)在2006年提出研究充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，歷時(shí)10年在2015年建立了標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化的接口標(biāo)準(zhǔn)，換電模式標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一將對(duì)我國(guó)汽車行業(yè)整車設(shè)計(jì)、裝備、制造提出更高的要求，若同時(shí)考慮到充電模式的競(jìng)爭(zhēng)，換電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的時(shí)間將更長(zhǎng)，未來一段時(shí)間內(nèi)電動(dòng)汽車電能補(bǔ)給的方式將會(huì)是充換模式并存。

4.2 換電設(shè)備高度集成化

換電模式的高度集成化是基于模塊化、高效率為核心的技術(shù)研發(fā)思路提出的。換電模式下采用換電站作為電動(dòng)汽車電能補(bǔ)給的場(chǎng)所，一般情況下?lián)Q電站具有一定規(guī)模，主要是由于換電服務(wù)體系相較于傳統(tǒng)的充電模式更加高效、智能化，同時(shí)便捷性也大大提高，同時(shí)換電站不僅要提供換電服務(wù)，還要對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行定期檢測(cè)、保養(yǎng)和維護(hù)，這樣以來換電站的集成化程度要更高，以減小占地面積小，縮小建設(shè)投入成本。

4.3 換電體系標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一

目前阻礙換電模式發(fā)展的重要因素是換電體系尚未統(tǒng)一。在動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一之前，各家企業(yè)生產(chǎn)的電池和車輛結(jié)構(gòu)有所不同，如果企業(yè)采用換電模式，換電站運(yùn)營(yíng)商儲(chǔ)備不同規(guī)格的電池包，勢(shì)必提高了運(yùn)營(yíng)成本，降低運(yùn)營(yíng)效率。換電體系標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一有利于使用同一種換電模式給不同的車型更換電池，提高了運(yùn)營(yíng)效率。在2020年電動(dòng)汽車補(bǔ)貼退坡之后，政府提出“車電分離”的電能補(bǔ)給模式，這將提高換電運(yùn)營(yíng)商對(duì)車企的整合能力。

5 結(jié)束語

換電模式是解決電動(dòng)汽車?yán)锍滩蛔愕闹匾绞?，傳統(tǒng)充電模式的補(bǔ)充。但目前還存在諸多問題，建設(shè)投入成本過大、換電體系尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是阻礙換電模式發(fā)展的重要因素。總的來講，隨著新能源汽車占據(jù)的市場(chǎng)越來越大，換電模式終將是人們優(yōu)先考慮的電能補(bǔ)給方案，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，將對(duì)換電模式的技術(shù)進(jìn)步和更新產(chǎn)生良好的影響。

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