電動汽車換電模式運行策略分析與研究

朱萬炫　王信銳

摘 要：電動汽車進(jìn)行快速充電的方式之一就是采用換電模式，其具有建設(shè)速度快、自動化程度高、集成度高、換電時間短等優(yōu)點，可以大幅度降低消費者對電動汽車充電速度及續(xù)航里程方面的焦慮，并且“車電分離”的銷售模式可以減少消費者的購車成本，是未來電動汽車進(jìn)行能量補給最為理想的方式。文章首先研究了目前電動汽車換電模式在國內(nèi)外的發(fā)展概況及趨勢，據(jù)此分析了換電模式運行策略的影響因素，為電動汽車換電模式運行策略的市場應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：換電模式 車電分離 能量補給 運行策略

Analysis and Research on Operation Strategy of Electric Vehicle Power Exchange Mode

Zhu Wanxuan，Wang Xinrui

Abstract：One of the ways of rapid charging of electric vehicles is to adopt the power exchange mode， which has the advantages of fast construction speed， high degree of automation， high integration and short power exchange time. It can greatly reduce consumers' concerns about the charging speed and mileage of electric vehicles， and the sales mode of "separation of vehicle and electricity" can reduce consumers' car purchase cost， and is the most ideal way of energy supply for electric vehicles in the future. Firstly， this paper studies the current development situation and trend of electric vehicle power exchange mode at home and abroad， and analyzes the influencing factors of power exchange mode operation strategy， which provides a reference basis for the market application of electric vehicle power exchange mode operation strategy.

Key words：power exchange mode， vehicle power separation， energy supply， operation strategy

1 引言

過去幾年內(nèi)，我國的新能源汽車行業(yè)經(jīng)歷了非?？焖俚陌l(fā)展，正逐漸從萌芽期走向成長期，其市場保有量在最近5年間增長了9倍左右。由于我國始終堅持新能源汽車純電驅(qū)動的戰(zhàn)略方向，純電動汽車的保有量占了較大比重，截止2021年6月底，我國新能源汽車市場保有量突破了603萬輛，其中純電動汽車市場保有量約為493萬輛，占比超過80%。同時國家與地方的支持政策逐漸形成體系，為新能源汽車行業(yè)的發(fā)展提供過了極大的支持。新能源汽車行業(yè)正在改變延續(xù)百年之久的傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。電動汽車的電能補充形式主要有2類：充電模式和換電模式。充電模式需要車輛搭載電量比較充足的動力電池，以保證電動汽車的續(xù)駛里程，充電模式存在充電時間長、續(xù)航里程較短等缺點。換電模式是指電動汽車在使用任意時間段，通過特定的換電設(shè)備快速更換動力電池，保障其續(xù)航能力。換電模式具有補電便捷、工作高效等特點，將對電動汽車的市場推廣起到非常重要的作用。

2 換電模式的發(fā)展現(xiàn)狀

動力電池是新能源汽車的“三大電”之一，也是電動汽車結(jié)構(gòu)眾最重要的零部件，由于當(dāng)前充電樁的分布仍不能滿足電動汽車的市場需求，并不能從根本上解決電動汽車?yán)m(xù)使里程 問題。因此，新能源汽車相關(guān)企業(yè)把目光轉(zhuǎn)向換電技術(shù)的研發(fā)，換電模式更加高效靈活，是未來電動汽車充電方式的主要發(fā)展方向。

2.1 國外換電模式的發(fā)展現(xiàn)狀

換電技術(shù)的發(fā)展開始于本世紀(jì)初期，當(dāng)時新能源汽車相關(guān)企業(yè)行業(yè)還處于發(fā)展初期，電動汽車的續(xù)航里程不盡人意，由于電池技術(shù)的發(fā)展較為緩慢，針對這種行業(yè)發(fā)展窘境，相關(guān)企業(yè)便開始開始研究換電模式的技術(shù)可能性。

2007年，Batter Place公司率先在以色列探索和推廣換電模式，成為世界上第一家電動汽車換電模式的運營公司。該公司研發(fā)了一套比較完整的底盤換電技術(shù)，并將其進(jìn)行了商業(yè)化模式的推廣，為純電動汽車客戶提換電服務(wù)，后又陸續(xù)與丹麥、加拿大、澳大利亞等國合作嘗試在電動汽車上推廣和應(yīng)用。但由于換電模式對硬件成本投入較大，且當(dāng)時新能源汽車的發(fā)展尚不明朗，純電動汽車數(shù)量極少，而換電模式與傳統(tǒng)燃油汽車在用戶端便利性、使用成本等方面相比沒有明顯優(yōu)勢，導(dǎo)致Better Place主營的換電業(yè)務(wù)無法盈利，最終破產(chǎn)[2]。

2013年，美國特斯拉公司展示了其開發(fā)的電動汽車快速換電技術(shù)，將換電全過程時間縮短到90秒。從技術(shù)層面來講，特斯拉快速換電技術(shù)路線的基礎(chǔ)是基于Better Place的底盤換電技術(shù)模式，但在速度方面有了很大的提升。由于底盤換電模式不支持跨車系車型，且換電站存在建設(shè)成本較高、運營效率低等因素，導(dǎo)致特斯拉的換電模式的市場效果并不如意，所以特斯拉最終也放棄了研究換電模式。

2.2 國內(nèi)換電模式的發(fā)展現(xiàn)狀

在國外新能源汽車相關(guān)企業(yè)著手研發(fā)換電技術(shù)的同時，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)也開始積極發(fā)展和推進(jìn)換電模式。我國新能源汽車換電模式的發(fā)展歷程可分為三個階段，2006年至2012年為第一階段，由國家電網(wǎng)牽頭組織電動汽車充換電設(shè)施的研發(fā)與實踐，國電電網(wǎng)確定了“充電為主，換電為輔，集中充電，統(tǒng)一配送”的運營模式，這表明國家電網(wǎng)的定位是以換電模式為主要研究方向。第二階段為2012年至2019年期間，由于新能源汽車市場的基礎(chǔ)較為薄弱，并且缺少相關(guān)政策扶持，換電模式發(fā)展情況并不理想，電動汽車逐漸開始轉(zhuǎn)向充電模式，延緩了換電模式的研究工作。2019年換電模式的發(fā)展進(jìn)入到了第三階段，隨著新能源汽車市場的不斷推廣，由于換電模式具有安全穩(wěn)定、快捷高效等優(yōu)點而重新回到大眾視野，從而進(jìn)入到充換電結(jié)合并行發(fā)展的階段。

國內(nèi)最早開始謀劃和布局換電站建設(shè)的整車車企有北汽新能源和蔚來汽車，兩家公司都在努力打造換換電模式的產(chǎn)業(yè)鏈，并開始探索和嘗試“車電分離”的商業(yè)運營模式。但二者的市場側(cè)重點有所不同，北汽新能源主要針對電動出租車領(lǐng)域，目前已在北京、廣州、廈門等19座城市累計投放換電車輛1.8萬余輛。經(jīng)過多年的研究和探索，北汽已擁有智能換電技術(shù)的相關(guān)專利300余項，并參與多項國際及國家標(biāo)準(zhǔn)的起草。目前，北汽新能源與奧動等企業(yè)合作在全國范圍內(nèi)建立了187座換電站。

與北汽不同，蔚來汽車則更加重視對私領(lǐng)域的拓展，主要針對旗下的ES6和ES8兩款車型。2020年8月20日，蔚來汽車與寧德時代等共同合作成立了武漢蔚能電池資產(chǎn)有限公司，進(jìn)一步深入探索換電模式的應(yīng)用。并推出了電池租用服務(wù)BaaS（Battery as a service），通過電池租用模式緩解消費者對電池質(zhì)量方面的焦慮。蔚來汽車十分重視換電技術(shù)的研究與實踐，在換電模式下的車身設(shè)計、電池包技術(shù)以及云服務(wù)等多個領(lǐng)域累計獲得1200余項專利，并且在全國59個城市范圍內(nèi)建設(shè)了141座換電站。

此外，哪吒汽車、吉利汽車、長安新能源等整車企業(yè)也逐漸加入探索換電模式的大軍之中，寧德時代、伯坦科技等電池生產(chǎn)企業(yè)也積極開展換電領(lǐng)域的相關(guān)合作。隨著換電技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)政策的支持，將會有更多的上下游企業(yè)加入換電模式的探索和推廣，逐步形成一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

3 運行策略分析與研究

3.1 建設(shè)和完善國家換電標(biāo)準(zhǔn)體系

由于換電技術(shù)的研究起步較晚，同時又涉及專利與商業(yè)機密，相關(guān)企業(yè)基本都是自主研發(fā)、各自為戰(zhàn)。阻礙換電模式大力發(fā)展的重要因素之一就是尚未形成統(tǒng)一的換電標(biāo)準(zhǔn)，各汽車廠商所采用的電池和生產(chǎn)的車輛結(jié)構(gòu)有所不同。如果采用換電模式，勢必會提高其建設(shè)及運營成本，降低換電站的工作效率及收益。統(tǒng)一換電模式的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)雖然困難重重，但對新能源汽車行業(yè)的長期發(fā)展有很大的促進(jìn)作用，也是電動汽車換電模式步入成長期的必經(jīng)之路，現(xiàn)目前市場已擁有同一換電方式下能夠為不同規(guī)格的動力電池進(jìn)行換電作業(yè)的換電站，可以實現(xiàn)對不同品牌的車輛進(jìn)行換電服務(wù)。

2021年4月30日，由國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)發(fā)布了GB/T 40032—2021《電動汽車換電安全要求》，該標(biāo)準(zhǔn)是針對電動汽車換電模式領(lǐng)域所制定的首個基礎(chǔ)通用類國家標(biāo)準(zhǔn)，填補了我國換電模式在標(biāo)準(zhǔn)方面的空白，同時也解決了發(fā)展過程中無標(biāo)準(zhǔn)可依的緊迫問題，有助于引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)對換電模式相應(yīng)產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計，支撐我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展?！峨妱悠嚀Q電安全要求》中提出了車載換電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，如圖2所示，也明確了換電車輛的整車安全要求、一般安全要求及系統(tǒng)部件安全要求，提升可換電新能源汽車的安全可靠性，該標(biāo)準(zhǔn)將于2021年11月1日起開始實施。

目前，由于還沒有針對電動汽車換電設(shè)備和換電機構(gòu)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，換電模式的標(biāo)準(zhǔn)體系還沒有形成，各家不同車企所投資建設(shè)的換電站只為自家品牌車輛提供換電服務(wù)，要實現(xiàn)換電模式的市場普及還需要更多的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但隨著政策的傾斜和技術(shù)的逐步發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化的換電模式終將在不久的將來實現(xiàn)。

3.2 政策引導(dǎo)支持換電模式基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

自2021年以來，國家政策開始關(guān)注換電模式的發(fā)展，兩會政府報告也特別提出要加大對電動汽車充換電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的建設(shè)與投入，換電站也以“新基建”的形式首次被寫入政府工作報告，以促進(jìn)我國首個換電模式基礎(chǔ)通用國家的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布及應(yīng)用。

新能源汽車相關(guān)技術(shù)的發(fā)展改變了汽車行業(yè)的現(xiàn)有狀況，推動了我國汽車行業(yè)進(jìn)行大跨步的變革。新能源汽車“三大電”技術(shù)在不斷地發(fā)展與更新，同時充換電設(shè)施的生產(chǎn)與運營也必將在這場變革中發(fā)揮非常重要的作用。隨著我國新能源汽車產(chǎn)銷量的不斷增長，換電技術(shù)迎來了較快的發(fā)展，國內(nèi)累計所建設(shè)的換電站數(shù)量也在逐年增加，但由于換電站的建設(shè)對技術(shù)的要求較高，投資建設(shè)的成本較大，絕大多數(shù)的企業(yè)對電動汽車換電模式的發(fā)展仍然處于觀望狀態(tài)，支持換電模式的新能源汽車數(shù)量占比仍然偏低。而現(xiàn)有換電站數(shù)量與市場的換電需求之間嚴(yán)重不匹配，這種情況必定會影響消費者對換電服務(wù)的滿意度，進(jìn)而影響到我國新能源汽車換電模式的進(jìn)一步發(fā)展。換電模式的市場推廣應(yīng)用離不開換電站的建設(shè)及換電設(shè)備的投入，包括產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、土地征用、基礎(chǔ)設(shè)施、電池庫存儲備等費用，這對于企業(yè)的資金運轉(zhuǎn)是個不小的挑戰(zhàn)，政府應(yīng)該逐漸結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c出臺更多相關(guān)政策引導(dǎo)和幫助“新基建”的建設(shè)，支持充換電商業(yè)的探索與創(chuàng)新，切實提升充換電保障能力。

3.3 推行“車電分離”商業(yè)營銷模式

隨著國家政策對換電模式的支持以及新能源汽車市場保有量的增長，換電模式將迎來屬于自己的成長機遇。由于傳統(tǒng)新能源汽車的動力電池固定在車輛底盤，目前動力電池成本較高，技術(shù)還不成熟，若仍然采用整車銷售的模式將導(dǎo)致新能源汽車的產(chǎn)品吸引力后勁不足。換電模式可以實現(xiàn)車輛和動力電池分離，為車企提供了單獨銷售和租賃動力電池的可能性。企業(yè)可根據(jù)這一獨有特性，采取“車電分離”的新型營銷模式，即動力電池與車輛分離，單獨進(jìn)行銷售和租賃，極大地緩解了消費者購車時的資金壓力?！败囯姺蛛x”模式下的動力電池將由廠家進(jìn)行統(tǒng)一的維護(hù)與管理，在一定程度上延長了動力電池的使用壽命，同時也降低了消費者對動力電池質(zhì)量方面的擔(dān)憂以及對續(xù)航里程的焦慮，進(jìn)一步提升新能源汽車的市場競爭力。目前已有上萬名消費者享受到了“車電分離”模式帶來的便利和實惠，今后“車電分離”的商業(yè)模式將應(yīng)用到更多的換電車型上，讓更多的消費者從中受益。

3.4 加強換電模式的市場推廣

由于當(dāng)前新能源汽車仍處于發(fā)展的初期階段，電動汽車私人用戶規(guī)模較小，發(fā)展也較為分散，出租車、重卡運輸公司營運行業(yè)由于運行范圍集中而成為探索換電模式的主力軍，以滿足營運車輛的持續(xù)性要求，在對私領(lǐng)域，僅蔚來在為廣大私人車主提供換電服務(wù)。在政策的支持和鼓勵下，換電模式未來幾年將進(jìn)一步向私家車領(lǐng)域滲透，同時支持換電的新能源車型也將越來越多。截至2020年6月，我國新能源汽車市場保有量達(dá)417萬輛，而支持換電功能的電動汽車數(shù)量少于15萬輛，占我國新能源汽車市場保有量不足4%。與充電模式相比差距還比較大。總的來說，換電模式的普及率仍然偏低，發(fā)展較為緩慢。

4 結(jié)語

本文在深入研究分析國內(nèi)外換電模式的發(fā)展概況基礎(chǔ)之上，提出了一種換電模式的運行策略，首先需要政企合作共同制定形成體系的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為換電模式的市場運行提供統(tǒng)一的理論參考依據(jù);其次換電模式發(fā)展的前提則應(yīng)該重點加強基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，可在原有充電站的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在實現(xiàn)充換電結(jié)合的同時節(jié)約建設(shè)成本;然后貫徹實施“車電分離”的營銷策略，提升換電車輛的市場競爭力;最后要致力于將換電模式逐漸從出租車等對公領(lǐng)域向私人領(lǐng)域推廣，增加換電模式在新能源電動汽車的市場普及率。新能源汽車行業(yè)未來勢必仍然朝著電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向繼續(xù)快速發(fā)展，換電模式將會在新能源汽車發(fā)展的浪潮上揚帆遠(yuǎn)航，為實現(xiàn)我國“碳中和”的偉大目標(biāo)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

基金項目：2021年度貴州省理論創(chuàng)新課題（聯(lián)合項目），政策導(dǎo)向下的純電動車換電模式及運行策略研究——以遵義市出租車市場為例（編號：GZLCLH-2021-372）。

參考文獻(xiàn)：

[1]張菲，黃祖朋，覃俊樺等.換電模式在電動汽車推廣中的重要性[J].內(nèi)燃機與配件，2021（13）：198-199.

[2]我國首個電動車換電基礎(chǔ)通用國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布[J].新能源科技，2021（06）：5.

[3]岳凱凱，馬文源，袁蜀翔等.電動汽車換電模式發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢綜述[J].時代汽車，2021（10）：66-67.

[4]王信銳，敖克勇，何濤.政策導(dǎo)向下的電動汽車換電模式及運行策略研究[J].汽車工程師，2021（04）：11-14+29.

[5]卜德明，王娜.新機遇下我國新能源汽車換電模式發(fā)展前景分析[J].汽車實用技術(shù)，2021，46（06）：11-14.

[6]劉春輝，王宇婷，沈潤杰.淺析新能源汽車換電模式未來發(fā)展前景[J].時代汽車，2020（24）：95-97.

[7]楊一南.換電式純電動車的速換結(jié)構(gòu)設(shè)計特點及運行模式探討[J].機電技術(shù)，2015（01）：64-66.