電動汽車換電模式的發(fā)展分析

孔寧

摘 要：電動汽車換電模式是指通過集中型充電站對大量電池集中存儲、集中充電、統(tǒng)一配送，并在電池配送站內(nèi)對電動汽車進行電池更換服務(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)遇到了一些問題，但它可以大幅度提高電能補充效率、延長電池使用壽命、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。基于此，本文就電動汽車換電模式的發(fā)展進行簡要探討。

關(guān)鍵詞：電動汽車;換電;發(fā)展;

一、電動汽車換電模式的優(yōu)勢

1.縮短能源補給時間，大幅度提高效率

目前新能源汽車的電能補給仍然以充電為主，通過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，目前投入運營的最高功率僅為90kW，純電動汽車的電池容量普遍在60kW？h左右，容量較高的達到90～100kW？h，而且后期的涓流充電會顯著降低速度，一般充滿時間在0.5～2h，而換電時間一般在3～5min，是快充所需時間的1/10左右，與燃油車加油時間相當(dāng)，極大地縮短了純電動汽車的電能補給時間，大幅度提高新能源汽車的使用效率。

2.延長電池使用壽命

由于目前大部分新能源汽車的動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給時間，但由于短時間內(nèi)電流和電壓過大，會降低動力電池的還原能力，減少電池充放電的循環(huán)次數(shù)，加速電池容量的衰減，進而縮短動力電池的使用壽命。由于換電站會儲備多塊動力電池，可以使用慢充對電池充電，用充滿的電池進行更換，此外，每次換電操作之后都需要對電池進行檢測和保養(yǎng)，以確保電池的正常使用，延長電池的使用壽命。

3.消除續(xù)航里程短板

截至2019年底，全國安裝公共類充電樁51.64萬臺，安裝私人類充電樁70.3 萬臺，公共樁和私人樁共計約121.94萬臺，同比增速為57.0%。國內(nèi)充電樁保有量保持了持續(xù)快速增長態(tài)勢，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，無法滿足新能源汽車長途旅行的需求，而換電站的快速普及可以很好地補充充電樁缺口，換電時間大大縮短，已經(jīng)與加油時間相當(dāng)，此外換電站全是由相關(guān)企業(yè)自主建設(shè)，有專業(yè)的團隊負責(zé)運營和后期維護，能夠保證車主長期穩(wěn)定使用，目前換電技術(shù)是解決續(xù)航里程問題的最理想方案。

二、現(xiàn)階段電動車換電技術(shù)的存在問題

1.普及率仍然偏低，發(fā)展較慢

雖然換電技術(shù)近年來發(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年底中國新能源汽車保有量達381萬輛，而具備換電功能的汽車不足10萬輛，占新能源汽車保有量的比重不到3%。全國范圍內(nèi)的換電站數(shù)量不足500座，遠遠低于充電樁121.94萬臺的保有量，2019年8月底，蔚來宣布旗下所有車型的首任車主可享受終生免費換電，免費換電，首日，全國各地的蔚來換電站就相繼出現(xiàn)長時間排隊等待的狀況，甚至超過充電時間，效率嚴重降低，這一現(xiàn)象說明目前換電站數(shù)量和普及率遠不能滿足車輛的換電需求，勢必會影響現(xiàn)有車主的體驗和潛在消費者的購買意愿，進而影響換電模式的發(fā)展。

2.增加運營成本，加重企業(yè)負擔(dān)

換電技術(shù)需要生產(chǎn)企業(yè)對車輛底盤、動力電池、車身結(jié)構(gòu)等方面進行重新設(shè)計，與傳統(tǒng)充電方式相比差別較大，加之是一項新技術(shù)，沒有之前的技術(shù)儲備和積累，研發(fā)費用和技術(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，換電站除了換電業(yè)務(wù)外，還需要對電池進行充電、檢測、保養(yǎng)等，加之目前換電站還無法實現(xiàn)智能汽車充電樁的無人自助操作，需要單獨組建專業(yè)團隊進行運營，建設(shè)成本和人力成本驟增，進一步加重企業(yè)負擔(dān)，最終影響其整體經(jīng)營發(fā)展。換電模式的創(chuàng)始公司Better Place因為巨額的財政負擔(dān)已經(jīng)破產(chǎn)，特斯拉在評估其換電業(yè)務(wù)的投入產(chǎn)出比過高，會給公司造成極大財務(wù)風(fēng)險之后直接放棄，甚至沒有投入運營。

3換電模式的未來發(fā)展趨勢

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，還要對動力電池進行儲備、充電、檢測、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)和運營成本更高，一直制約和阻礙換電模式的推廣應(yīng)用。針對這一現(xiàn)狀，國內(nèi)最大的電網(wǎng)企業(yè)國家電網(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，并對內(nèi)部進行一體化充換電系統(tǒng)設(shè)計、電氣模塊化設(shè)計，對功能子系統(tǒng)集成優(yōu)化，采用信息監(jiān)控和多工位集約化，實現(xiàn)電池充換電自動甄選和存取，提高自動化水平，一般可以提供超過 20個充電工位。由于儲存的動力電池較多，為保障使用過程中的安全，集裝箱體增加了雨棚、卷閘門、安全護欄等防護設(shè)備，以保障使用過程中的安全穩(wěn)定，如圖1所示。

2.“車電分離”商業(yè)模式

傳統(tǒng)新能源汽車因為動力電池固定在底盤不可快換，對外是按整車銷售，由于目前動力電池成本較高，技術(shù)還不成熟，導(dǎo)致新能源汽車續(xù)航里程有限且價格較高，產(chǎn)品吸引力有限，與燃油車競爭時處于劣勢，換電技術(shù)可以讓車輛和動力電池分離，為廠商提供可以單獨銷售動力電池的可能性，相關(guān)企業(yè)根據(jù)這一獨有特性，探索出“車電分離”的新模式，即動力電池與車輛分離，單獨進行銷售和租賃，而租用電池可以將一次性購買成本分攤到每月，極大地緩解消費者的資金壓力。

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)過近20年的不斷完善和進步，目前充電技術(shù)的接口標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)統(tǒng)一，純電動汽車已經(jīng)可以在其他品牌的充電樁進行充電，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)使充電變得更加便利高效，顯著提升產(chǎn)品的吸引力和競爭力，加速新能源汽車的普及推廣，促進產(chǎn)業(yè)整體的發(fā)展，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對其重要性不言而喻。換電技術(shù)由于起步較晚，同時涉及專利與商業(yè)機密，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年底蔚來又推出了業(yè)界首創(chuàng)的電池升級服務(wù)，用戶可以付費更換更高容量的動力電池，費用遠低于購買整車，使用現(xiàn)有車輛就可以提升續(xù)航里程，極大地節(jié)省了費用，在新能源汽車發(fā)展歷史上有重要的意義。

結(jié)束語：

綜上所述，換電技術(shù)目前已經(jīng)為新能源汽車續(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)模租賃車輛上實施，但同時存在一些現(xiàn)階段難以解決的問題，隨著無線充電、固態(tài)電池技術(shù)的日漸成熟，未來會有更多解決續(xù)航里程不足問題的方案，與換電技術(shù)最終共同促進新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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