電動汽車換電模式的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢綜述

蘇東

摘要：新能源汽車的續(xù)航里程不高一直是制約其發(fā)展的主要因素，雖然近年來政府部門和相關企業(yè)已經(jīng)加快充電樁的建設和普及，并積極研發(fā)快充、無線充電等新技術提高充電效率，但依然滯后于新能源汽車的增長和新能源車主的需求，在此背景下，效率更高、方式更靈活的換電技術應運而生，大幅縮短了電能補給時間，提高了車輛使用效率，緩解了電動汽車用戶的里程焦慮問題，正在成為新能源汽車未來新的技術發(fā)展趨勢。

關鍵詞：換電模式;發(fā)展現(xiàn)狀;趨勢

引言

電力作為一種特殊的商品，具備公共基礎設施特性的同時，其商品性也日益突出，現(xiàn)貨交易將成為常態(tài)?，F(xiàn)貨交易的特點隨時滿足用戶的需求，要求做到市場的電力需求和電網(wǎng)的供電能力的高度耦合程度。目前電網(wǎng)配置了調(diào)峰、調(diào)頻等輔助容量備用，以備供電能力隨負荷進行實時變化所需;同時，在無法消納電力時，會出現(xiàn)棄風、棄光等情況。儲能是提高電網(wǎng)消納能力的重要手段，是新能源發(fā)展的關鍵問題，也是電網(wǎng)應對現(xiàn)貨交易必須做好的準備。電動汽車電源的提供方式是電動汽車推廣應用最關鍵的問題之一，目前推廣的充電汽車的插充電方式，將無法滿足快速充電的需要，單獨考慮換電模式，投資巨大?？梢园央娋W(wǎng)儲能和電動汽車的電源供電綜合考慮，采用換電模式，實現(xiàn)電網(wǎng)儲能與充電汽車電源綜合運作實現(xiàn)電動汽車便捷應用的同時。

1換電模式簡介

新能源汽車電池更換也稱換電模式，是指車用動力電池在換電站中存儲、充電，充滿電后替換新能源汽車上的低電量電池。根據(jù)換電方式不同，換電模式可分為底盤換電和分箱換電2種。與充電模式相比，換電模式主要有以下優(yōu)勢。1）在能源端方面。換電模式能夠調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷負荷，促進可再生能源消納，減少對電網(wǎng)沖擊，實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)，且換電站和充電站相比，提高了用地使用效率。2）在購置端方面。換電模式可實現(xiàn)“車電分離”，即車企將不含電池的電動汽車和電池分開銷售給用戶和電池運營商，降低了消費者的購置成本。3）在使用端方面。換電模式可實現(xiàn)快速補充能源，解決“里程焦慮”“充電等待焦慮”，也可實現(xiàn)動力電池“升級更換”，為消費者提供更高容量、更高性能的動力電池，提升駕乘體驗滿意度。此外，動力電池由運營商管理，既方便開展集中維保，也有利于保障充電安全。4）在回收端方面。換電模式可實現(xiàn)動力電池閉環(huán)管理，促進回收利用，防止廢舊動力電池污染環(huán)境。同時，由于可實現(xiàn)“車電分離”，換電模式可以提高新能源二手車殘值，激活二手車交易市場。

2電動汽車換電模式的發(fā)展現(xiàn)狀

汽車換電技術是指將新能源汽車已經(jīng)衰減或能量耗盡的動力電池從車身中取出并替換全新動力電池的技術。換電技術目前主要分為單次換電和快換電池2種，單次換電主要為電池容量衰減到一定比例的新能源汽車一次性更換新的動力電池，這樣可以保證汽車繼續(xù)以原有的電池容量行駛，續(xù)航里程得到保障，目前比亞迪、榮威、吉利、廣汽等新能源汽車企業(yè)可以提供免費單次更換動力電池的業(yè)務，缺點是由于新的電池容量與之前的相同，續(xù)航里程沒有實際增加，在目前充電樁普及程度不高的環(huán)境下并沒有實質性解決行駛過程中續(xù)航里程不足的問題。在此背景下汽車企業(yè)開始研發(fā)多次換電技術，又稱為快換電池技術，是指可以在新能源汽車使用的任意時間段，通過特定的裝置短時間內(nèi)快速更換動力電池，與燃油車的加油過程類似，使汽車可以繼續(xù)以足夠的續(xù)航里程行駛，快換電池技術相比于單次換電技術更加高效、靈活、機動，可以真正解決行駛過程中電量耗盡的問題，快換電池技術（以下簡稱換電技術）是未來換電技術的主要發(fā)展方向和趨勢。換電技術最早始于21世紀初，當時新能源汽車產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期，續(xù)航里程不盡人意，電池技術發(fā)展緩慢，針對這一窘境，相關企業(yè)已經(jīng)開始研發(fā)換電技術，其中最具代表性的是總部設在以色列的BetterPlace公司，該公司在首先與以色列政府合作，投資6億美金在以色列建成了38個換電站和少量充電樁。公司相繼與丹麥、澳大利亞、加拿大、日本等國合作，大力推行旗下的換電網(wǎng)絡服務項目。但2013年5月在巨額建站成本和極低回報率的情況下，BetterPlace公司宣布破產(chǎn)，其相應的換電業(yè)務也宣告終止。不久之后，美國電動汽車制造商特斯拉演示了其最新研發(fā)的耗時僅90s的換電技術，但由于產(chǎn)業(yè)鏈整合難度大、建站投入高、收益極微等因素，特斯拉最終也宣告放棄換電模式。

3電動汽車換電模式的發(fā)展趨勢

3.1集約型換電設施

換電站除了要為新能源汽車提供換電服務之外，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、建設和運營成本更高，一直制約和阻礙換電模式的推廣應用。針對這一現(xiàn)狀，國內(nèi)最大的電網(wǎng)企業(yè)國家電網(wǎng)正在主導研發(fā)占地面積更小、建設成本更低、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上，基于集約型、模塊化、高效率為核心的技術研發(fā)思路提出的集成式換電設備，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)設計、電氣模塊化設計，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、安全護欄等防護設備，以保障使用過程中的安全穩(wěn)定。

3.2開展換電模式試點示范，鼓勵部分企業(yè)先行先試

建議政府部門對換電這種新業(yè)態(tài)、新模式、新理念采取包容審慎的服務和監(jiān)管方式，給予企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展空間。由于我國推廣換電模式的企業(yè)較少，且缺少有效的考核、驗證、改進和提升，可以通過選擇部分地區(qū)或企業(yè)開展試點示范、先行先試的方式，避免一哄而上，出現(xiàn)戰(zhàn)略誤判、安全事故和資源浪費。鼓勵企業(yè)在試錯中創(chuàng)新，在包容中發(fā)展，推動在試點地區(qū)或企業(yè)內(nèi)部形成統(tǒng)一的動力電池標準，實現(xiàn)不同企業(yè)、不同車型之間的動力電池互換。加快形成可復制的推廣經(jīng)驗，并總結經(jīng)驗教訓，支撐政府部門完善換電模式管理體系。

3.3制定統(tǒng)一標準

新能源汽車的充電技術與產(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，目前充電技術的接口標準已經(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)一標準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)一標準對其重要性不言而喻。換電技術由于起步較晚，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)一標準，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，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。

結語

利用電網(wǎng)側儲能與電動汽車換電模式綜合運作，利于電網(wǎng)的安全運行，符合社會、用車人、供電企業(yè)、汽車廠商、電池廠商的各方利益，有利于電動汽車乃至大型移動設備行業(yè)的良性發(fā)展，實現(xiàn)電動汽車（甚至未來其他的電動交通工具）在世界上領先。

參考文獻

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