高 峰 郭 琦

(陜西汽車集團有限責任公司，陜西西安，710200)

0前言

截止到2021年，我國石油對外依存度高達70%，而我國傳統(tǒng)燃油重卡和工程機械保有量有1 500余萬臺(輛)，8年消耗石油約相當于2億輛小轎車。從國家能源安全考慮，我們必須發(fā)展新能源汽車。

新能源重卡重要的組成部分為純電動重卡，由于重卡用電量需求大，充電速度慢、整車成本高等特點，其不能滿足用戶日常運營需求。重卡換電的方式逐漸成為純電重卡最重要的技術路線之一。

1 換電重卡的發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 政策、市場現(xiàn)狀

結合我國2020年9月在聯(lián)合國大會上提出的雙碳目標與2020年11月2日國務院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035 年)》，我們可以看到：現(xiàn)階段發(fā)展新能源汽車是應對全球氣候變暖、推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措，也是我國從汽車大國邁向汽車強國的必經(jīng)之路。后期隨著我國新能源產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善以及各類利好政策的支持，我國的新能源汽車將進入發(fā)展的快車道。

2021年10月28日，工業(yè)和信息化部辦公廳印發(fā)《關于啟動新能源汽車換電模式應用試點工作的通知》，將北京、南京、武漢、三亞、重慶、長春、合肥、濟南納入綜合應用類換電試點城市，將宜賓、唐山、包頭納入重卡特色類換電試點城市。

隨著各類政策的快速出臺，我國新能源重卡市場也迎來了快速增長期，尤其在過去的兩年里，新能源重卡迎來了爆發(fā)式的增長，如圖1重卡銷量數(shù)據(jù)所示，2021年與2020年銷量相比：新能源重卡增長298.93%，其中換電重卡增長382%，占比由24.02%上升到28.95%。圖2為換電重卡2021年與2020全年銷量中牽引車、自卸車、專用車、載貨車的對比增量，其中換電牽引車因應用場景較多，增長幅度最大。

圖1 新能源重卡銷量對比

圖2 換電重卡銷量對比

1.2 運營模式

目前換電重卡的運營模式，除了類似于傳統(tǒng)燃油車的整車銷售之外還有整車租賃模式和車電分離模式。其中整車租賃模式由于市場保有量及政策原因尚處于探索階段，只在少數(shù)城市進行試點運營；市場目前以車電分離模式為主，即各主機廠商所銷售車輛不包含電池，只提供整車底盤。車輛的用電需求由電力運營商投資建設換電站來滿足，換電車輛需租用電力供應商提供的租賃電池，此舉大大降低購車者的購車成本，但需要車輛達到一定規(guī)模電力運營商才會去選擇配套換電站。

換電重卡在含電池的情況下較燃油車購車成本多將近一倍，為減輕購車客戶的資金壓力，可采用車電分離的模式。這需要實力雄厚的電力供應商來承擔這部分資金投入，這樣就慢慢形成了如圖3所示的電力供應商控制換電設備、換電站及換電重卡經(jīng)銷，在當前運營模式中占主導地位的現(xiàn)狀。

圖3 運營模式

目前國電投、國家電網(wǎng)、華能等為國內(nèi)主要運營商。國電投落地運營換電重卡占比80.43%。

截至2021年底，國電投累計建成換電站44座，在建換電站10座，已規(guī)劃換電站36座。到2025年，國電投計劃累計推廣換電重卡及電動工程機械不少于20萬臺，布局換電站不少于4 000座，累計新增換電站投資規(guī)模約160億元，對應“電池銀行”電池資產(chǎn)投資規(guī)模約798億元。

1.3 換電技術

1.3.1 換電方式

現(xiàn)階段換電重卡主要的兩條換電技術路線為頂?shù)鯎Q電與側向換電。其中頂?shù)鯎Q電的鎖止機構內(nèi)嵌于換電箱體內(nèi)部，具有結構緊湊、定位方式簡單的特點，有利于整車上裝的布置。頂?shù)跏綋Q電多用于鋼廠、港口、礦山等封閉場景進行倒短運輸，由于能夠充分發(fā)揮管理優(yōu)勢，換電過程自動化和智能化程度低，降低控制系統(tǒng)成本，但對司機的駕駛技能要求較高。此外，頂?shù)鯎Q電的吊具需要在車輛的上方，造成設備總高度較高，在一些城市建設申報時會被定性為臨時建筑，審批過程相對復雜，代表廠商有玖行、永乾等。

側向換電的電池抓取機構是剛性連接，對精度要求較高，同時換電過程自動化和智能化程度高，大大提高了換電控制系統(tǒng)成本，但對司機的專業(yè)性要求較弱，可適應城市非封閉環(huán)境中的渣土車、牽引車、水泥攪拌車等多類車型。此外，側向換電站站端的主體裝備高度與車輛高度相當，在城市建設時比較容易被定性為裝備，可免去臨時建筑審批流程，代表廠商有金茂科易等，表1所示為以上兩種換電方式對比。

表1 換電方式對比

1.3.2 換電系統(tǒng)

重卡車載換電系統(tǒng)主要包含電池系統(tǒng)和換電底座。電池系統(tǒng)包括動力電池、高壓箱、低壓箱、冷卻機組、膨脹水箱、高低壓線束、換電連接器公端、換電框架及外蒙皮等零部件；換電底座關鍵部件有定位機構、鎖止機構、換電連接器母端等。

圖4 電池箱結構

圖5 電池底座結構

換電控制器主要作用是氣缸鎖止與松開的狀態(tài)檢測、高壓連接器的連接狀態(tài)檢測、充放電口的溫度檢測、氣缸電磁閥的硬線驅(qū)動，與VCU、BMS的通訊與診斷、WIFI通信、4G通信和定位功能等。

1.3.3 各廠商方案對比

目前行業(yè)內(nèi)各廠商的換電系統(tǒng)方案均具有不同差異，所以不同主機廠商換電產(chǎn)品與換電站無法兼容，表2為各廠商換電方案對比。

表2 各廠商方案

2 存在問題及建議

2.1 存在問題

2.1.1 換電技術

(1)各車企換電箱尺寸和接口、導向機構、鎖止機構、通信方式等不統(tǒng)一；

(2) 客戶需求變化和管理方式提升有待進一步了解。

2.1.2 換電標準換電重卡標準處于規(guī)劃起草階段，國標、行標及團標均在制定中，需關注標準協(xié)調(diào)性問題。

2.1.3 準入管理現(xiàn)階段公告中新能源車電池容量和驅(qū)動電機額定功率最大不能超過最小的1.2倍。

2.1.4 運營模式

(1)車輛營銷環(huán)節(jié)電力供應商占主導地位，傳統(tǒng)燃油車主機廠營銷模式待優(yōu)化；

(2)車輛使用環(huán)節(jié)，現(xiàn)有車險不適應“車電分離”模式，換裝非原電裝池可能有產(chǎn)品一致性風險；

(3)車企售后服務相關技能水平亟待升；

(4)換電站建設及電池持有投入較高，暫無跨運營商換電結算體系。

2.2 解決建議

2.2.1 換電技術

(1)制定相關標準進行統(tǒng)一；

(2)組織運營企業(yè)交換意見和商討規(guī)劃，商定平臺基本需求和可選需求。

2.2.2 換電標準主機廠企業(yè)需積極參與國標、行標及團標的制定，關注標準協(xié)調(diào)一致。

2.2.3 準入管理比照傳統(tǒng)燃油車修改同一型號判定標準，驅(qū)動電機額定功率由1.2倍改為1.5倍，取消電池容量1.2倍限制。

2.2.4 運營模式

(1)車企需積極拓展各自營銷途徑，發(fā)掘新的營銷方式；

(2)保險行業(yè)出臺符合車電分離現(xiàn)狀的科學定損方式；

(3)組織供應商對主機廠企業(yè)技工進行培訓，并以比賽形式檢驗；

(4)組織運營企業(yè)開展金融研究，保障良性發(fā)展；組織運營企業(yè)開展結算研究，商討規(guī)則。

3 換電重卡的前景展望

換電重卡是新能源重卡發(fā)展的重要組成部分，具有巨大的潛力，隨著相關技術標準的完善以及《電動汽車換電安全要求》國家標準的出臺，重卡換電模式將進入快速高質(zhì)量發(fā)展時期，換電站的建設也進入高速發(fā)展階段，國家后續(xù)也會繼續(xù)出臺更多的政策和標準，來鼓勵換電模式發(fā)展。