新能源汽車換電模式關鍵技術

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）06-0016-03

【Abstract】Therisein global environmental awareness the intensification energy crises have propelled the rapiddevelopmentnew energyvehiclesasaglobal trend.Electricvehicles，asrepresentatives green transportation， havegarneredsignificant attentiondue totheir zero emissions low energy consumption.However，thewidespread adoptionelectric vehicles faces challenges suchas lagging charging infrastructure excessivelylong charging times， which constrain consumer experience market expansion.To address these issues more efectively，batery swappng fornewenergyvehicles is graduallbeingrecognizedasan innovativesolution.This modelreplacestraditional charging methodswiththequickreplacement bateries，significantlyreducing charging timeoptimizingresourceutilization through batery sharing，therebyenhancing userconvenience.Thisarticle explores the battery swapping model for new energyvehicles，aiming tocontributenewideas practicalapproaches tothesustainable development the new energy vehicle industry.

【Keywords】new energyvehicles；battry swapping mode；commercial innovation；technological innovation; sustainable development

0 引言

隨著全球氣候變化和環境污染問題日益嚴峻，能源結構的轉型已成為全球發展的必然趨勢。新能源汽車，尤其是電動汽車，以其低碳環保的特點，逐步成為交通領域的重要發展方向。然而，電動汽車的推廣應用并非沒有挑戰，尤其是在充電問題上，傳統的充電樁布局和充電效率無法滿足日益增長的市場需求。充電時間過長、基礎設施建設滯后等問題，嚴重影響了電動汽車的普及速度與消費者的使用體驗。為解決這些問題，新能源汽車換電模式作為一種創新的能源補充方式，逐漸被業內和消費者認可。與傳統充電模式不同，換電模式通過快速更換電池，不僅顯著縮短了充電時間，還能提升電池管理的效率和靈活性。這一模式在多個國家和地區逐漸獲得應用，并展現出巨大的發展潛力。然而，換電模式的廣泛應用仍面臨技術、市場、政策等多重因素的挑戰。換電技術的突破與基礎設施建設的完善，以及相應的商業模式創新，都是推動這一模式成功實現的關鍵。因此，新能源汽車換電模式成為當前新能源汽車產業發展的重要議題。如何通過技術創新和商業模式的創新，推動換電模式的成熟與應用，是實現電動汽車行業可持續發展的重要途徑。

1新能源汽車換電模式概述

1.1換電模式的定義與特點

新能源汽車換電模式是指通過專用站點對電動汽車的動力電池進行快速更換的技術路線，其核心特點是實現能源補給方式從“充電等待”向“即換即走”的轉變。與傳統充電模式相比，換電模式建立了標準化電池倉、自動化裝卸設備、云端電池管理系統的三位一體架構2。車輛進入換電站后，通過機械臂精準拆卸虧電電池并替換為滿電電池，全程耗時僅需傳統快充的十分之一。該模式的關鍵創新在于電池資產與車輛所有權的分離一用戶無需購買電池，轉而通過租賃或訂閱服務獲取能源補給，大幅降低購車成本。技術特點上，換電模式要求電池規格統一化、接口標準化，如寧德時代的巧克力換電模塊通過尺寸與電壓的嚴格規范，可適配 80% 以上乘用車型。運維層面，換電站對電池進行集中監控與梯次利用，通過恒溫恒濕環境延緩電池衰減，相比分散的私人充電樁更有利于延長電池壽命。

1.2換電模式在新能源汽車中的優勢

換電模式正成為破解新能源汽車普及瓶頸的重要突破口。當前用戶普遍面臨充電時間長、續航焦慮、電池貶值快等痛點，而換電模式通過技術創新與商業模式重構，展現出多維競爭優勢[3]。

換電模式的核心優勢在于效率革命與成本重構，見表1。補能效率的提升直接緩解續航焦慮，例如出租車駕駛員可在交接班間隙完成換電，避免營運時間損失。車電分離模式打破“一車一電池”的綁定關系，用戶無需承擔電池衰減導致的車輛貶值，車企則通過電池租賃費獲取持續收益。電網側的優勢體現在能源管理的集約化一換電站可利用夜間低谷電價集中充電，白天通過換電服務獲取差價收益，同時平抑電網負荷波動。更重要的是，換電模式為電池技術迭代提供緩沖空間，當新型高能量密度電池上市時，用戶無需更換整車即可享受技術進步紅利。

2換電模式技術體系架構

2.1換電模式技術分類

換電模式技術分類是構建標準化體系的基礎，當前主流技術路線依據電池組布局與更換方式可分為底盤換電、側方換電及分箱換電三類。如表2所示，不同技術路線在兼容性、運營效率和技術成熟度方面存在顯著差異。底盤換電因結構穩定性被乘用車廣泛采用；側方換電憑借低場地要求成為商用車型優選方案；分箱換電則通過模塊化組合實現靈活補能。技術路線的選擇需綜合車輛平臺、運營場景和基礎設施條件進行系統規劃。

底盤換電技術采用整體式電池包設計，以蔚來第三代換電站為例，其雙機械臂協同作業可實現電池包鎖止機構（扭矩精度 ±2N?m， 的精準對接，但受制于車輛軸距差異，跨車型適配需重構底盤結構。側方換電技術通過滑軌導向裝置（北汽專利CN1126226B）實現電池模塊的水平置換，其導向槽角度優化至 45^° 時可降低 32% 的摩擦損耗，特別適用于出租車等高頻次運營場景。分箱換電技術突破性地采用 300×400× 150mm 標準箱體（時空電動參數），每個箱體配備獨立BMS實現荷電狀態動態監測，但模塊間電氣連接損耗導致系統能效較整體式下降 5%～7% 。

2.2電池系統關鍵技術

電池系統作為換電模式的核心載體，其技術演進直接決定換電體系的經濟性與安全性。當前技術發展呈現三大特征： ① 無模組技術（CelltoPack，CTP）使成組效率突破 75% ； ② 液冷系統溫差控制 lt;3^°C ③ 快換接口循環壽命 gt;5000 次。如表3所示，標準化電池包需集成機械固定、熱管理、電氣連接三大子系統，其中蔚來 100kW?h 電池包通過雙水冷板設計將溫差波動降低至 1.8^°C ，顯著提升循環壽命。

電池包標準化設計方面，寧德時代推出的 1350× 1050×140mm 標準箱體（兼容率 gt;85% 采用6061-T6鋁合金框架，在實現減重 15% 的同時將結構強度提升至 800MPa 。熱管理系統創新體現在： ① 特斯拉雙流道設計使冷卻液接觸面積增加 40% ； ② 北汽EU5車型采用相變材料（熔點 28^°C ）實現極端工況溫升控制。快換接口技術突破重點在于TEConnectivity研發的浮動自補償連接器，其三點定位結構（公差補償量 ± 1.5mm ）使插拔次數壽命達到10000次，是行業新高。

3新能源汽車換電模式的關鍵技術創新

3.1 電池標準化與模塊化設計

電池標準化與模塊化設計的核心在于通過分層協同解決兼容性與靈活性矛盾（圖1）。物理層統一電池尺寸（長寬高）和外殼材料，確保不同車型電池倉可通用安裝；質量分級設計則兼顧乘用車與商用車的差異化需求。接口層通過規范電氣連接、冷卻系統與機械鎖止方式，例如采用防水防塵的高性能接口和快速插拔式冷卻接頭，大幅降低換電站設備改造成本，同時雙保險鎖止機制提升操作安全性。

數據層建立統一的電池信息管理規則，包括電池身份編碼、電量狀態與健康度監測標準，實現跨品牌電池狀態實時共享。例如，每塊電池內置唯一編碼，配合云端數據同步，可精準追蹤電池全生命周期表現。應用層則通過模塊化組合設計，在保持外殼尺寸不變的前提下，靈活增減內部電芯數量，既滿足不同車型的續航需求，又避免換電站頻繁調整設備結構。

量充足的電池，同時將替換下的電池自動送入檢測通道，通過充放電測試與溫控校準恢復最佳狀態。針對極端天氣場景，換電站配備環境自適應系統：夏季高溫時啟動液冷循環降低電池表面溫度，冬季極寒時通過紅外加熱模塊預熱電池倉，確保換電操作全天候安全可靠。

3.3換電站的智能化與自動化技術

換電站的智能化與自動化技術是提升用戶體驗和運營效率的核心突破。傳統換電依賴人工操作，存在效率低、誤差率高等問題，而智能化技術通過機械臂、視覺識別和物聯網系統的協同，實現全流程無人化操作。例如，車輛駛入換電位后，激光雷達與攝像頭自動掃描電池倉位置，誤差控制在毫米級；機械臂在30s內完成解鎖、拆卸、安裝動作，全程無需人工干預。更深層的創新在于電池健康管理系統的智能化一每塊電池內置傳感器實時監測內阻、溫度等參數，云端算法預測剩余壽命，自動將性能下降的電池調配至儲能梯次利用環節。運維層面，智能調度系統根據用戶換電預約數據、電池庫存和電網電價波動，動態調整各站點電池儲備量。例如，在晚高峰前向市區站點集中調撥滿電電池，避免用戶排隊。這些技術不僅將單次換電時間壓縮至 3min 以內，更通過數據閉環優化資產利用率，使單站日均服務能力提升至300車次以上。

4結論

新能源汽車換電模式的創新標志著能源補給方式的根本性變革，其核心價值在于通過技術重構與模式突破實現多方共贏。研究表明，換電模式的推廣不僅依賴電池標準化與高效換電設備的技術突破，更需要構建用戶需求-資源調度-價值循環的協同生態：標準化電池設計打破品牌壁壘，自動化換電站提升服務效率，智能化管理系統保障安全與可持續性。

3.2 高效換電技術的實現路徑

換電效率的提升依賴于全流程自動化與精準協同控制。當車輛駛入換電站時，視覺定位系統自動掃描底盤結構，機械臂在3s內完成電池倉蓋開啟動作。采用多軸聯動機械臂與柔性夾具組合，電池拆卸與安裝過程實現“抓取-抬升-平移-對接”全自動操作，單次換電時間壓縮至 2min30s 以內，比傳統充電模式節省時間。換電站內部采用立體倉儲設計，電池存儲架分為高周轉區與緩沖區，通過AGV（自動搬運機器人）實現電池的智能調度一高頻使用電池存放在靠近出口的倉位，低頻電池則移至深處4。用戶掃碼換電時，系統優先分配健康度高、電

參考文獻

[1]劉宏偉，胡永仕，蘇曉麗.基于演化博弈的新能源汽車換電模式研究[J/OL].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），1-11[2025-05-21]. http：//kns.cnki. net/kcms/detail/42.1824.U.20250320.0944.009.html.

[2]黃徐岳.案例一：研究換電模式下動力電池電能計量技術助力新能源汽車產業電能貿易結算[J.中國計量，2024（9）：36-37.

[3]姜智文，張懿.新能源汽車換電模式調查[N].經濟日報，2024-09-04（009）.

[4]徐騰.基于換電模式的柔性立體電池倉儲系統研究[D].昆明：云南財經大學，2024.

（編輯楊凱麟）