電池租賃模式下電動出租車能源補給成本研究

王震坡，薛　　雪，李　　洋，閆　　梅

（北京理工大學　機械與車輛學院，北京　100081）

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電池租賃模式下電動出租車能源補給成本研究

王震坡，薛雪，李洋，閆梅

（北京理工大學機械與車輛學院，北京100081）

換電和電池租賃是現階段電動汽車應用的模式之一。以電動出租車為例，提出了該模式下動力電池運營價格測算方法，同時對動力電池運營價格的影響因素進行了分析。在保證用戶換電支付的運營成本低于使用燃油汽車的條件下，基于影響電池運營價格的不確定因素預測未來動力電池的運營價格。分析了隨著動力電池價格、充換電設施成本降低、換電車輛數增加以及換電速度加快、動力電池運營價格下降等情況，換電車輛數是影響動力電池運營價格的最敏感因素，為電池租賃模式的開展提供一定的決策參考依據。

交通運輸經濟；運營價格；平均分攤法；電動出租車；租賃模式

隨著能源短缺與環境問題，電動汽車逐漸進入人們視野。近幾年來，我國已經投產了一定數量的充換電站。目前針對純電動汽車，電能補給模式主要有交流慢充、直流快充和電池快速更換三種。在新能源汽車推廣方案中，北京市要求市區內新增出租車、10個郊區縣區域出租車一定比例采用電動汽車，推廣力度很大。但集中反映的問題是：充電站少，充電時間長，續駛里程短，隨著使用時間增加，動力電池性能下降，需要的充電次數增加，影響出租車的運營，有開展電池更換模式（或換電模式）電動出租車的需求。

出租車日均里程長、使用頻率高，采用換電模式可在短時間內完成電池更換，滿足出租車快速補電的需求，其便捷性可與傳統燃油汽車加油相比。出租車可由出租公司集中管理，可以規避電池系統充換電管理難題。采用里程核算、燃油對價等模式，可以規避并解決SOC估算和成本核算難題。電池更換后，可以根據使用需要采用低谷電充電，降低充電成本；可以采用中低電流充電，避免因快充引起的電池壽命縮短；可方便對更換后的電池系統進行維護保養，提高和保持電池系統的使用性能。出租車公司可批量采購特定型號的車型用作運營，電池更換在相同車型之間易于實現，從而規避了因電池系統差異帶來的電池系統匹配、電池更換設備差異等方面的問題。

現在電動汽車租賃模式還處于探索期，目前還沒有針對電動出租車換電模式的電池運營價格形成機制，現階段對未來動力電池運營價格的預測沒有充分考慮各個影響因素。本文基于平均分攤法提出了一種動力電池運營價格測算方法，分析了動力電池租賃價格的影響因素，并且同時考慮各個影響因素的變化對未來動力電池運營價格的影響進行動力電池運營價格預測。本文所指的電池租賃是指整套電池系統產品，包括動力電池組、電池箱和電池管理系統；電池租賃公司同時也是換電站建設、運營單位；用戶是指購買并使用純電動汽車的單位或個人；考慮到現階段采用換電模式的電動汽車規模，換電站規模開始按服務100輛車計算；電池運營價格同時包含了充電價格和租賃價格［1］。

一、電動出租車換電的組織模式

電池由獨立的運營商采購，與車輛的采購分離，但可以是出租車的運營商一體化經營的電池租賃模式。它能夠有效地降低出租車公司的使用風險和初期購置成本，而且，電池租賃公司負責電池采購、性能維護、二次利用和回收，有助于電池的統一管理和有效利用。

汽車制造商與電池生產商合作，汽車制造商向用戶提供裸車，電池生產商向電池租賃公司提供配套的電池系統，電池租賃公司向電池生產商支付相應的費用，電池生產商可以回收電池租賃公司的廢舊電池同時支付回收費用。用戶在購買裸車后，向電池租賃公司租賃電池，支付電池租賃及充電費用，為了推廣電動汽車換電模式，政府可以對用戶按行駛里程進行補貼，鼓勵用戶使用電池租賃模式［2］。具體組織形式如圖1：

圖1　開展換電組織模式

二、動力電池運營價格計算

（一）平均分攤法

式中：R為每期支付費用；PV為租賃資產的成本；i為租金常數；n為期數。

（二）動力電池運營價格計算方法

1.動力電池充電價格測算

充電價格包括充電電費、人工費、維護費、充換電設施及土建折舊費［3］。

式中，CJF為整個運營期內換電站折舊費用折算到每一年的費用；CJC為充換電設施及土建費用；r為利率；n為項目期年限。

式中，CP為動力電池充電價格（元/kWh）；RGF為年人工費用；WHF為年維護費用；CDF為充電電費；tr為營業稅率，CDF為充電站年充電量。

2.動力電池租賃價格測算

式中，為全部車輛所用電池每年分期付款金額；為所有電池前年折舊成本。

式中，YZP為每輛車每年電池租賃費；N為車輛數。

（三）動力電池運營價格算例

1.基礎數據

（1）土建成本：土建工程成本為500萬元，項目壽命期為6年，土建折舊按18年計算，殘值按5%計算［4］。

（2）電池成本：車型參考某電動出租車車型，基本參數如下：

表1　某電動出租車車型參數

式中，BN 為備用電池數量；CT為每組電池充滿電時間；JT為每輛電動汽車換電時間；CN 為可同時換電車輛數。

以換電站現有技術，一輛電動汽車的換電時間為10min，每組電池充滿電需要3h，可同時為三輛電動汽車進行換電，按式（6）可得備用電池數目為54套。換電站服務時間24小時，日均換電理論極限為432車次，考慮到現階段采用換電模式的電動汽車規模，按照每天換電100車次計算電池運營價格，即電池總數為154套。每套電池價格為6萬元，電池總價格為924萬。電池系統壽命為6年，項目期結束后，電池系統殘值按5%計算［5］。

（3）充換電設施成本：換電設備3套，每套150萬元，成本為450萬元；充電設備54臺，每臺3萬元，成本為162萬元；充換電設施成本共612萬元。

（4）年用電成本：換電站每天換電100車次，每輛車年平均行駛里程為105000km，每輛車每千米消耗交流電量為0.15（kW·h）/km，換電站年用交流電量為1575000kW·h，北京市電力公司供給運營公司的基礎電價為0.781元/（kW·h）［6］，所以年用電電費為1230075.5元，加換電站其他設施用電共135萬元。

（5）年人工成本：換電站有三種工種：站長，工人，保安。人工成本均按每站18人，即站長1人，工人15人（每日三班倒，每班3-5人），保安2人。工資按照平均每人每月4000元，則年人工成本為86.4萬［7］。

（6）年維護成本為30萬元。

（7）r取6年定期貸款年利率為5.9%；企業所得稅為25%。

換電站建設成本的基礎數據參見表2。

表2　換電站建設成本

2.測算結果

電池運營價格及其組成參見表3：

表3　動力電池運營價格及組成

3.政府補貼

為了鼓勵用戶使用換電模式，使用智能化監控手段，按用戶行駛里程進行補貼，使用戶支付的電池租賃費用比使用燃油車的成本（0.8元/km）略低，取0.6元/km，所以政府在初期需補貼用戶0.328元/km。

三、影響動力電池運營價格的主要因素及動力電池運營價格預測

（一）影響動力電池運營價格的主要因素

將動力電池價格、充換電設施成本、換電車輛數變化幅度定為 0-80%之間，計算電池運營價格的情況，如圖2所示。可以看出電池運營價格隨換電車輛數增加而下降幅度最大，換電車輛數增加80%，電池運營價格下降29%。

隨著動力電池價格和充換電設施價格降低，換電車輛數增加，政府補貼下降。政府補貼隨不確定因素的變化如圖3。

隨著換電車輛數增多，當換電車次達到換電站極限車次時，車輛換電時間縮短，換電車次增加，動力電池運營價格降低。動力電池運營價格與換電時間關系如圖4（在換電車次達到換電站極限車次的條件下）。

圖2　動力電池價格、充換電設施成本、換電車輛數對電池運營價格的影響

圖3　不確定因素變化對政府補貼的影響

圖4　換電時間對電池運營價格的影響

（二）動力電池運營價格預測

未來，影響動力電池價格的主要因素是動力電池價格、充換電設施價格、換電車輛數及換電時間。本文針對以上影響因素，對動力電池運營價格作3個項目周期（即18年）的預測。

根據歷史數據，每個項目期（6年）動力電池價格下降28%，充換電設備價格下降15%。根據中國電動汽車發展規劃，每個項目期換電車次增加50%，換電時間減少20%，由此計算第二個六年和第三個六年電池運營價格。

在運營周期內電池運營價格與地方政府補貼如表4。可以看出，電池運營價格將隨著電池及充換電設備價格下降、換電車次增加及換電時間減少而降低。動力電池運營價格在第二個項目周期比第一個項目周期下降38.7%，第三個項目周期比第一個項目周期下降53.9%。

表4　電池運營價格與政府補貼

四、結語

本文測算了動力電池運營價格，分析了影響動力電池運營價格的因素，得出了動力電池價格、充換電設施成本、換電車輛數及換電時間對動力電池運營價格的影響程度。針對以上影響因素，預測動力電池運營價格在 3個項目周期內的變化，得出動力電池運營價格在第二個項目周期比第一個項目周期下降38.7%，第三個項目周期比第一個項目周期下降53.9%，并且在第二個運營周期及之后不需要政府補貼。

［1］孫丙香，何婷婷，牛軍龍等.基于換電和電池租賃模式的純電動汽車運營成本評估及預測研究［J］.電工技術學報，2014，29（4）：317-322.

［2］周逢權，連湛偉，王曉雷等.電動汽車充電站運營模式探析［J］.電力系統保護與控制，2010，38（21）：63-67.

［3］才藝欣，王賀武，葉強等.深圳和杭州電動出租車充電或換電池服務的商業模式［J］.汽車安全與節能學報，2013，4（1）：54-60.

［4］孫丙香，姜久春，張維戈等.基于內部收益率法的動力電池租賃價格測算［J］.電力系統自動化，2011，35（13）：27-30.

［5］王賀武，宋華陽，歐陽明高.電動汽車用戶接受電池快換服務的影響因素分析［J］.汽車安全與節能學報，2012，3（1）：44-50.

［6］滕耘，胡天軍，衛振林.電動汽車充電電價定價分析［J］.交通運輸系統工程與信息，2008，8（3）：71-74.

［7］Li Zhe，Ouyang Minggao.The pricing of charging for electric vehicles in China-Dilemma and solution［J］.Energy，2011，3（9）：5765-5778.

（責任編輯 李建武）

Study on the cost of Electric Taxi Energy Supply under the Mode of Battery Leasing

WANG Zhen-po，XUE Xue，LI Yang，YAN Mei

（Beijing Institute of Technology, Beijing, 100081, China）

Nowadays，battery-swapping and battery leasing is one of the latest applied mode for electric vehicle.

The research on the energy supply cost of the electric vehicle based on the battery leasing model is still not mature.In this paper，taking the electric taxi as the object，the method of calculating the price of power battery operation was proposed，while the factors of affecting the operation price were analyzed.The price of power battery operation in the future was predicted based on its uncertain influence factor under the condition of ensuring that the cost of battery-swapping lower than that of fuel cars.With the price of power battery and facilities falling down，as well as the increasing number of vehicles and much faster swapping speed，the situation of power battery operating price decline is analyzed.The most sensitive factor of the power battery operating price is the change of the number of the electric vehicle.And the reference for the development of battery leasing model is provided.

transportation economy；the price of power battery operation；the average method；electric taxi；battery-swapping mode

U469.72

A

1008—6129（2016）01—0062—06

2016—01—09

王震坡（1976—），河北廊坊人，北京理工大學機械與車輛學院，教授。