換電重卡發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

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電的鎖止機構內嵌于換電箱體內部，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。