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我國(guó)新能源汽車換電模式發(fā)展研究與建議

馬天澤 于德營(yíng)

摘要：目前，我國(guó)新能源汽車主要采用以充電為主的補(bǔ)能方式，但新能源汽車用戶因充電樁存在充電時(shí)間較長(zhǎng)、分布不均勻等一系列問(wèn)題，里程和充電焦慮仍較為嚴(yán)重。換電模式由于具有補(bǔ)能效率更高、輔助電網(wǎng)錯(cuò)峰配電、便于電池閉環(huán)管理等優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)多年探索，已進(jìn)入快速發(fā)展階段。基于此背景，本文對(duì)換電模式發(fā)展歷程、市場(chǎng)情況、技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行了梳理，總結(jié)了換電模式優(yōu)勢(shì)及存在問(wèn)題，并提出了發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：換電模式；市場(chǎng)情況；技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)；優(yōu)勢(shì)及存在問(wèn)題；發(fā)展建議

一、換電站基本概述

（一）換電站概念

換電站是對(duì)大量電池進(jìn)行集中存儲(chǔ)和集中充電，并提供電動(dòng)汽車電池更換服務(wù)的能源站。換電站采取換電方式，將汽車和電池分離，電動(dòng)汽車不通過(guò)充電，而是直接更換電池進(jìn)行補(bǔ)能，以滿足續(xù)航里程要求。換電站結(jié)構(gòu)可分為換電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、換電平臺(tái)及控制系統(tǒng)等四部分。

換電系統(tǒng)主要由換電機(jī)器人、加解鎖平臺(tái)、碼垛機(jī)、鎖止機(jī)構(gòu)組成，作用是從電動(dòng)汽車上卸下虧電電池，將虧電電池轉(zhuǎn)移至電池倉(cāng)充電，并同時(shí)從電池倉(cāng)內(nèi)獲取已經(jīng)充滿電的電池，安裝至車輛內(nèi)完成換電工作。換電機(jī)器人是換電系統(tǒng)最重要的設(shè)備之一，加解鎖平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)車輛電池包的更換與加解鎖功能，碼垛機(jī)主要完成電池的運(yùn)輸和交換，鎖止機(jī)構(gòu)主要完成鎖止、分離等操作。

充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充放電功能，通常情況下采用交流慢充方式。在充電系統(tǒng)中，電池箱體對(duì)安全防護(hù)、鎖止/解鎖等技術(shù)要求較高。充放電功率一般為10kW~60kW，充電電壓一般為200V~500V。

換電平臺(tái)由換電倉(cāng)和停車底座組成，實(shí)現(xiàn)車輛的停放與定位。現(xiàn)階段有兩類換電平臺(tái)，一類是下沉式定位平臺(tái)，主流換電站均采用該類換電平臺(tái)，但存在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)麻煩、建設(shè)周期長(zhǎng)、需另行增加排水措施、無(wú)法搬遷等問(wèn)題；另一類是將車輛利用頂升裝置抬起，但由于汽車懸架的存在，頂升裝置設(shè)計(jì)要求較高。換電模式下，車輛定位需要達(dá)到較高的精度，如果停車定位不準(zhǔn)確，車輛定位難以順利完成，可能影響后續(xù)換電工作。

控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)站內(nèi)設(shè)備間的協(xié)同控制，以及與車輛/用戶通信。控制系統(tǒng)接收來(lái)自車輛/用戶的電池更換請(qǐng)求，并控制換電平臺(tái)執(zhí)行換電操作。控制系統(tǒng)涉及車載RFID（電子標(biāo)簽）識(shí)別、車牌識(shí)別等技術(shù)。

（二）換電模式產(chǎn)業(yè)鏈整體架構(gòu)

換電模式產(chǎn)業(yè)鏈上游由電池、硬件平臺(tái)、充換電系統(tǒng)等供應(yīng)商組成，分別負(fù)責(zé)提供動(dòng)力電池、換電設(shè)備和軟件系統(tǒng)等；中游換電運(yùn)營(yíng)商主要有整車制造商、電池制造商和能源企業(yè)等，負(fù)責(zé)換電運(yùn)營(yíng)維護(hù)；下游主要由用戶和電池回收企業(yè)構(gòu)成。現(xiàn)階段，商用車和出租車等B端用戶（商家用戶）已逐漸傾向購(gòu)買換電版車型。隨著換電技術(shù)不斷發(fā)展，換電時(shí)間已大幅度下降至90秒左右。換電站開始引入自動(dòng)化技術(shù)，不用安排專門的工作人員。換電過(guò)程也正朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，未來(lái)將實(shí)現(xiàn)換電站對(duì)多種車型換電。

二、換電模式發(fā)展歷程

（一）國(guó)外換電站發(fā)展情況

2007年起，國(guó)外企業(yè)推出了換電站，但是應(yīng)用推廣效果并不理想。同年，以色列的沙伊·夏嘉曦推出了純電動(dòng)汽車換電技術(shù)，成立了換電企業(yè)Better Place，一年后在以色列建立了第一座換電站，并與雷諾汽車簽訂了合作協(xié)議。但是該換電站的建設(shè)需要投入大量資金，前期購(gòu)置電池成本較高，且當(dāng)時(shí)市場(chǎng)需求較小，實(shí)際訂單僅有1%，難以支撐項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)，Better Place最終于2013年破產(chǎn)清算。同年，特斯拉提出90秒快換技術(shù)，但因成本較高，兼容性較差，難以滿足用戶需求，兩年后特斯拉放棄了該技術(shù)。至此，國(guó)外再無(wú)換電站企業(yè)。

（二）國(guó)內(nèi)換電站發(fā)展情況

國(guó)內(nèi)換電模式發(fā)展可分為三個(gè)階段：

2006-2011年，換電技術(shù)儲(chǔ)備與商業(yè)模式探索階段。國(guó)家電網(wǎng)在2006年開始組織電動(dòng)汽車充換電設(shè)施研發(fā)工作，2010年在杭州完成了500臺(tái)純電動(dòng)換電型出租車試點(diǎn)，首次提出并驗(yàn)證了“車電分離，里程計(jì)費(fèi)”的商業(yè)模式，該模式將電動(dòng)汽車與電池分開銷售，換電價(jià)格按行駛公里確定，降低了用戶購(gòu)車和換電成本。2011年，國(guó)家電網(wǎng)確定“換電為主，插充為輔，集中充電，統(tǒng)一配送”的智能充換電運(yùn)營(yíng)模式。

2012-2018年為充電模式初步發(fā)展階段。國(guó)務(wù)院于2012年頒布了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》，明確了以充電為主的發(fā)展方向。在此期間，盡管國(guó)家政策重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展充電，但各車企并沒(méi)有停止換電研發(fā)的腳步。北汽新能源開展了換電運(yùn)營(yíng)，并提出“擎天柱”計(jì)劃開展換電運(yùn)營(yíng)。蔚來(lái)推出了可車電分離購(gòu)買的換電版ES8車型。

2019年至今為換電模式快速發(fā)展階段。2020年，換電作為新基建的重要組成部分，首次被寫入《政府工作報(bào)告》。此后，國(guó)家推出一系列政策，鼓勵(lì)開展換電模式應(yīng)用，并于2021年正式啟動(dòng)新能源汽車換電模式應(yīng)用試點(diǎn)工作。2023年國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于恢復(fù)和擴(kuò)大消費(fèi)措施的通知》，明確加快換電模式推廣應(yīng)用，換電模式迎來(lái)了發(fā)展新局面。

三、換電模式市場(chǎng)情況

（一）換電站市場(chǎng)規(guī)模

目前，我國(guó)新能源汽車采用以充電為主的補(bǔ)能方式，其中，慢充時(shí)長(zhǎng)4~10小時(shí)，快充時(shí)長(zhǎng)0.5~1小時(shí)。盡管我國(guó)車樁比持續(xù)降低，但新能源汽車用戶因充電時(shí)間較長(zhǎng)、冬季續(xù)航里程縮水、充電樁分布不均勻等一系列問(wèn)題，里程和充電焦慮仍較為嚴(yán)重。為此，部分整車企業(yè)陸續(xù)布局換電業(yè)務(wù)，推出換電版車型。截至2022年底，我國(guó)換電站數(shù)量達(dá)到2000座。從市場(chǎng)格局來(lái)看，蔚來(lái)、奧動(dòng)新能源、伯坦科技為主要的換電站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)企業(yè)，其中蔚來(lái)的市場(chǎng)份額達(dá)到65.51%。預(yù)計(jì)到2025年，國(guó)內(nèi)建設(shè)換電站數(shù)量合計(jì)將達(dá)3萬(wàn)余座，其中，國(guó)家電投規(guī)劃4000座、蔚來(lái)規(guī)劃4000座、吉利規(guī)劃5000座、中國(guó)石化規(guī)劃5000座、協(xié)鑫能科規(guī)劃5000座、奧動(dòng)新能源規(guī)劃10000座。

（二）換電站運(yùn)營(yíng)商

運(yùn)營(yíng)商作為換電模式全生命周期中最重要的一環(huán)，參與企業(yè)眾多，主要可以分為四類。一是以北汽、吉利、蔚來(lái)、三一、上汽、漢馬為代表的整車企業(yè)。北汽新能源2011年開始研發(fā)換電技術(shù)，2016年開展換電模式示范運(yùn)營(yíng)，2018年開始大規(guī)模推廣，出租車、網(wǎng)約車等B端車型陸續(xù)運(yùn)營(yíng)。北汽新能源布局時(shí)間較早，已在20多個(gè)城市投放超3萬(wàn)輛換電式電動(dòng)車，建成270余座換電站。蔚來(lái)主打C端（個(gè)人用戶）市場(chǎng)，推出BaaS車電分離服務(wù)模式，并大力建設(shè)推廣換電運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)。吉利與力帆科技合資成立睿藍(lán)汽車，主要面向B端和C端市場(chǎng)，已在多個(gè)城市建設(shè)了換電站。

二是奧動(dòng)新能源等運(yùn)營(yíng)商，與廣汽、一汽、北汽、三一等整車企業(yè)合作，針對(duì)相關(guān)車型建設(shè)運(yùn)營(yíng)換電站。

三是寧德時(shí)代等電池企業(yè)成立子公司專門從事?lián)Q電業(yè)務(wù)。電池作為建設(shè)換電站投入最大的環(huán)節(jié)，動(dòng)力電池企業(yè)參與換電運(yùn)營(yíng)核心優(yōu)勢(shì)在于可以降低電池采購(gòu)價(jià)格，大幅度減少前期換電站建設(shè)成本以及運(yùn)營(yíng)管理等方面費(fèi)用，縮短建設(shè)周期。

四是以中國(guó)石化、中國(guó)石油、國(guó)家電投為代表的能源央企，與整車企業(yè)和電池企業(yè)合作推行換電模式，憑借購(gòu)電成本較低的優(yōu)勢(shì)，降低換電站運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，提高盈利水平。

（三）換電站應(yīng)用場(chǎng)景

換電站按應(yīng)用場(chǎng)景分類可分為乘用車C端換電和重卡/出租車等B端換電。

C端換電推廣和盈利門檻較高，仍處前期投入搶占市場(chǎng)階段。私家車品牌車型眾多，且電池包型號(hào)規(guī)格各異，補(bǔ)能需求場(chǎng)景和地域范圍廣闊，換電模式的推廣需建立較為完善的換電城市網(wǎng)絡(luò)。以蔚來(lái)為例，根據(jù)蔚來(lái)最新公布的數(shù)據(jù)，截至2022年底，蔚來(lái)在國(guó)內(nèi)已布局換電站1305座，換電站日均換電近4萬(wàn)次，單站日均換電約30次，目前仍處于前期快速鋪站階段，尚未實(shí)現(xiàn)盈利。標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、前期需要投入大量資金、盈利難度高等問(wèn)題是乘用車換電應(yīng)用與推廣面臨的主要阻礙。整車企業(yè)中僅有蔚來(lái)率先布局并主打C端換電市場(chǎng)，自2017年推出ES8車型以來(lái)，其所有電動(dòng)汽車均支持換電技術(shù)。2022年以來(lái)，上汽、吉利也陸續(xù)進(jìn)入C端換電市場(chǎng)，吉利旗下睿藍(lán)汽車相繼推出睿藍(lán)7、睿藍(lán)楓葉80v PRO等車型。上汽集團(tuán)和中國(guó)石油、中國(guó)石化等企業(yè)建立了合作關(guān)系，共同布局換電業(yè)務(wù)，依托中國(guó)石油、中國(guó)石化全國(guó)5萬(wàn)余座加油站網(wǎng)絡(luò)，打造“可換電、可充電”的綜合能源服務(wù)站。

與C端換電相比，B端換電市場(chǎng)發(fā)展速度不斷加快，出租車、網(wǎng)約車、重卡等B端換電市場(chǎng)進(jìn)入商業(yè)化提速期。截至2022年11月，北汽新能源累計(jì)建成換電站175座，其中，投入運(yùn)營(yíng)115座，為北京市3.2萬(wàn)輛換電出租車提供換電服務(wù)。目前，干線物流車、渣土車、牽引車、礦卡等各類用車場(chǎng)景均大力發(fā)展換電模式，相關(guān)產(chǎn)品及商業(yè)化模式已逐步被市場(chǎng)驗(yàn)證。2022年，新能源重卡銷量大幅提高，換電重卡更是逐步成為新能源重卡的主流車型。2022年新能源重卡銷量19312輛，同比增長(zhǎng)157.91%，滲透率從2021年的0.56%提升至3.12%。其中，換電重卡銷量9000余輛，同比增長(zhǎng)265%，遠(yuǎn)超其他類型重卡銷量。此外，在節(jié)能減排的國(guó)家政策推動(dòng)下，徐工、柳工等工程機(jī)械企業(yè)研發(fā)并發(fā)布換電工程機(jī)械，例如，徐工XCH908E2堆高機(jī)主要應(yīng)用于港口集裝箱空箱裝卸、場(chǎng)地轉(zhuǎn)運(yùn)及堆垛作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)3分鐘快速換電，相比傳統(tǒng)內(nèi)燃堆高機(jī)，每年可節(jié)省30多萬(wàn)元。

由于政策支持、場(chǎng)景適配經(jīng)濟(jì)性凸顯、商業(yè)模式更易落地等因素，B端換電站將成為換電站加速落地的重要應(yīng)用場(chǎng)景。B端車型與路線較為統(tǒng)一，換電應(yīng)用范圍更廣，更利于推廣應(yīng)用。重卡使用頻次高，運(yùn)輸負(fù)荷大，運(yùn)輸距離長(zhǎng)，單車帶電量大，按照現(xiàn)有充電技術(shù)，常見的重卡電池包（282kWh容量）充電時(shí)間為1~1.5小時(shí)，通過(guò)引入換電技術(shù)，能夠顯著縮短補(bǔ)能時(shí)間至3~5分鐘，運(yùn)營(yíng)效率大幅提升。不同場(chǎng)景運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)顯示，換電模式整體油電經(jīng)濟(jì)性將提升10%~30%。換電重卡可解決充電重卡使用效率低的問(wèn)題，現(xiàn)階段主要應(yīng)用于港口、鋼廠和礦山等封閉、短倒運(yùn)輸場(chǎng)景，高速公路干線等中長(zhǎng)途運(yùn)輸場(chǎng)景。

四、換電站技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

（一）乘用車換電站

乘用車換電站技術(shù)路線按電池安裝位置可分為底盤換電、側(cè)方換電、分箱換電。其中，底盤換電由于其換電時(shí)間短，不改變車體前后軸重量，能夠保障汽車安全，已成為主流的換電方式。

底盤換電由地面下的機(jī)構(gòu)橫向傳送電池，上下升降電池實(shí)現(xiàn)電池安裝，并通過(guò)伺服電機(jī)擰緊或松開電池鎖止機(jī)構(gòu)完成換電。底盤換電按電池形態(tài)分類可分為異形電池包和扁平電池包兩種，其中，異形電池位于后排座位與后備箱之間的底盤上，對(duì)底盤影響較小，但會(huì)縮小后排空間；扁平電池包扁平布置在底盤上，基本不占用乘坐空間、后備箱空間和整車高度，電池包固定在換電框架上，換電框架適配現(xiàn)有車身結(jié)構(gòu)，換電時(shí)，電池包與換電框架進(jìn)行整體拆裝。底盤換電如圖1所示。

圖1 底盤換電示意圖

底盤換電技術(shù)方案中，快換電池包的更換動(dòng)作分為托舉和鎖止。托舉動(dòng)作為垂直方向運(yùn)動(dòng)，鎖止動(dòng)作可分為旋轉(zhuǎn)擰緊/松、前后平移兩種。旋轉(zhuǎn)擰緊/松動(dòng)作主要通過(guò)鎖止機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，完成卡位、擰緊、鎖止等動(dòng)作。鎖止點(diǎn)均有明顯的定位槽，鎖止更為可靠、準(zhǔn)確。

前后平移動(dòng)作依靠底盤上的止口，完成卡位、鎖止等動(dòng)作，但存在鎖止不容易到位、鎖止松動(dòng)等問(wèn)題。旋轉(zhuǎn)鎖止和前后平移鎖止機(jī)構(gòu)相關(guān)參數(shù)如表1。

表1 旋轉(zhuǎn)鎖止和前后平移鎖止機(jī)構(gòu)性能對(duì)比

分箱換電和側(cè)方換電由于對(duì)空間和標(biāo)準(zhǔn)化要求較高、框架及連接件較多，應(yīng)用較少。分箱換電和側(cè)方換電如圖2所示。

圖2 分箱換電（左圖）、側(cè)方換電（右圖）示意圖

乘用車各種換電模式優(yōu)缺點(diǎn)如表2。

表2 乘用車換電模式對(duì)比

（二）商用車/重卡換電站

商用車/重卡換電站技術(shù)路線按電池安裝位置可分為頂?shù)鯎Q電、整體單側(cè)點(diǎn)換電和整體雙側(cè)點(diǎn)換電。

1.頂?shù)鯎Q電

頂?shù)鯎Q電包括準(zhǔn)備和換電階段。準(zhǔn)備階段，換電機(jī)器人將電池從電池存放區(qū)移動(dòng)至待換重卡上方。換電階段，定位鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖重卡電池箱，換電機(jī)器人從上方抓取重卡電池箱，并吊裝放入電池存放區(qū)。換電機(jī)器人從電池存放區(qū)上方抓取已充電電池箱，并吊裝放置于重卡上的電池箱定位鎖緊機(jī)構(gòu)所在位置，通過(guò)定位鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位鎖緊，實(shí)現(xiàn)電池箱更換。

該種換電方式采用鋼索吊裝電池包，由于鋼索具有一定的柔性，比較容易實(shí)現(xiàn)誤差兼容，但對(duì)司機(jī)的駕駛技能要求較高。頂?shù)跏綋Q電的定位方式較為簡(jiǎn)單，能夠發(fā)揮司機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，降低成本，屬于技術(shù)簡(jiǎn)單、成本較低、可行性較好的換電方案，是最早商用化的換電方案，但是自動(dòng)化水平不高，換電效率較低。頂?shù)鯎Q電如圖3所示。

圖3 頂?shù)鯎Q電示意圖

2.整體單側(cè)點(diǎn)換電

整體單側(cè)點(diǎn)換電包括前預(yù)備、上車和后預(yù)備階段。在前預(yù)備階段，堆垛機(jī)抓取新電池并送到裝卸中轉(zhuǎn)站上的伸縮吸盤機(jī)構(gòu)上，伸縮吸盤機(jī)構(gòu)將新電池放置在伸縮盤上。在上車階段，車輛開上駐車平臺(tái)后，導(dǎo)正機(jī)構(gòu)的導(dǎo)正軸把車輛推動(dòng)到居中位置，舉升機(jī)構(gòu)將車輛抬起，裝卸中轉(zhuǎn)站的空置伸縮盤卸下商用車/重卡內(nèi)的電池，裝有新電池的伸縮盤通過(guò)抓取吸盤套件將新電池放入車輛電池倉(cāng)中，完成更換電池。在后預(yù)備階段，伸縮吸盤機(jī)構(gòu)將卸下的電池包送到堆垛機(jī)中，完成換電流程，其中前預(yù)備階段和后預(yù)備階段可在一個(gè)工作工序中實(shí)現(xiàn)。

該種換電方式智能化程度較高，對(duì)司機(jī)停車要求較低，但整體單側(cè)換電的電池抓取機(jī)構(gòu)是剛性的，抓取電池時(shí)全部為剛性環(huán)節(jié)，如果車輛電池與既定位置存在偏差，換電機(jī)器人需要進(jìn)行校正，對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生很大的損傷。該換電方式對(duì)智能化技術(shù)提出了更高要求，需增加視覺(jué)傳感器等部件以達(dá)到更高控制精度，成本較高。整體單側(cè)點(diǎn)換電如圖4所示。

圖4 整體單側(cè)點(diǎn)換電示意圖

3.整體雙側(cè)點(diǎn)換電

整體雙側(cè)點(diǎn)換電流程較為簡(jiǎn)單，車輛開上駐車平臺(tái)后，導(dǎo)正機(jī)構(gòu)的導(dǎo)正軸把車輛推動(dòng)到準(zhǔn)確的居中位置，舉升機(jī)構(gòu)將車輛抬起露出下側(cè)電池更換位。堆垛機(jī)抓取車輛下側(cè)電池包并運(yùn)送至換電站電池倉(cāng)，抓取吸盤套件將電池架上的電池取出放置到車輛電池倉(cāng)內(nèi)，完成一個(gè)循環(huán)。

整體雙側(cè)換電占用空間較小，適用于電池存儲(chǔ)位置有限的礦卡車型，但由于整體雙側(cè)換電需要裝備兩套機(jī)器人及兩套電池存儲(chǔ)充電倉(cāng)，其成本相對(duì)較高。整體雙側(cè)點(diǎn)換電如圖5所示。

圖5 整體雙側(cè)點(diǎn)換電示意圖

商用車/重卡換電模式優(yōu)缺點(diǎn)如表3。

表3 商用車/重卡換電模式對(duì)比

五、換電模式優(yōu)勢(shì)及存在問(wèn)題

（一）優(yōu)勢(shì)

1.土地利用率更高

在充電模式下，每一個(gè)停車位都需要配備一個(gè)充電樁，新增的補(bǔ)能需求通過(guò)新建充電樁的方式滿足。同時(shí)車輛對(duì)于車位的占用時(shí)長(zhǎng)難以控制，車位利用率較低，容易出現(xiàn)充電樁閑置的情況。換電站換電效率較高，車輛能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成換電，實(shí)現(xiàn)“隨換隨走”。

2.補(bǔ)能效率更高

在快充模式下，電池充電時(shí)間仍然較長(zhǎng)，電量達(dá)到80%仍需要半小時(shí)。換電模式整體效率更高，更換電池所需時(shí)間更短，能夠顯著減少補(bǔ)能時(shí)間，平均換電時(shí)間少于5分鐘。

3.有利于電網(wǎng)錯(cuò)峰配電，降低充電成本

受用戶工作與生活的影響，目前充電樁的使用主要集中在某幾個(gè)時(shí)間段，加重電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。換電模式下，換電站可作為分布式儲(chǔ)能單元，能夠在夜間用電低谷期對(duì)電池充電，有利于電網(wǎng)削峰填谷，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。通過(guò)V2G技術(shù)（V2G是車輛到電網(wǎng)的縮寫，是指車輛動(dòng)力電池與電網(wǎng)側(cè)能量雙向互動(dòng)的技術(shù)），換電站可在日間用電高峰時(shí)段向電網(wǎng)釋放多余電能，充當(dāng)虛擬電廠，協(xié)助電網(wǎng)滿足高峰負(fù)荷需求，提高電力資源利用率，以蔚來(lái)為例，在2022年夏季全國(guó)電力供應(yīng)緊張時(shí)期，合肥15座換電站曾集體參與“虛擬電廠”電網(wǎng)調(diào)峰，在不影響用戶正常換電使用的同時(shí)，五天內(nèi)累計(jì)調(diào)整電力負(fù)荷8MWh。另外，夜間充電還能降低充電成本，以北京一般工商業(yè)為例，電壓在1千伏以下的充電電價(jià)為峰時(shí)每度1.42元，谷時(shí)每度0.29元，相差1.13元。

4.降低用戶端購(gòu)車成本

消費(fèi)者購(gòu)買換電車型時(shí)可選擇車電分離形式，降低購(gòu)車成本。以蔚來(lái)為例，用戶選擇租用服務(wù)長(zhǎng)續(xù)航電池包，購(gòu)車價(jià)格可降低128000元。

5.實(shí)現(xiàn)電池閉環(huán)管理

在換電模式下，換電站可以高效管理運(yùn)營(yíng)電池資產(chǎn)，從而更好地通過(guò)動(dòng)力電池的精細(xì)化管理挖掘動(dòng)力電池在梯次利用、材料回收等方面的價(jià)值，提高電池利用率和盈利水平，實(shí)現(xiàn)電池效益最大化。不同充換電模式的對(duì)比情況如表4。

表4 充換電模式對(duì)比

（二）存在問(wèn)題

現(xiàn)階段，換電模式主要存在三類問(wèn)題：一是電池規(guī)格和換電標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一。目前新能源品牌車型的動(dòng)力電池規(guī)格、尺寸、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等都存在較大差異，換電站通常僅適用于單一品牌車型，換電方式和換電標(biāo)準(zhǔn)不同，兼容性差。換電市場(chǎng)處于發(fā)展初期，尚未形成行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)換電模式的推廣造成阻礙，難以形成規(guī)模效應(yīng)降低成本。二是盈利性差。換電站前期一次性建設(shè)投入大，現(xiàn)有城市已建換電站密度較低，用戶尚未形成換電習(xí)慣，導(dǎo)致?lián)Q電站利用率不高，投資回報(bào)周期過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法支撐換電站運(yùn)營(yíng)。三是利益分配不平衡。車企與換電站運(yùn)營(yíng)商利益分配難以平衡。

針對(duì)上述問(wèn)題，我國(guó)積極推出換電標(biāo)準(zhǔn)，2021年10月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《關(guān)于啟動(dòng)新能源汽車換電模式應(yīng)用試點(diǎn)工作的通知》，提出要完善標(biāo)準(zhǔn)體系，制修訂換電安全、換電接口、標(biāo)準(zhǔn)化電池箱等標(biāo)準(zhǔn)。次月，換電模式首個(gè)通用的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)汽車換電安全要求》實(shí)施。2022年，中汽協(xié)提出了換電站建設(shè)規(guī)范和相關(guān)技術(shù)規(guī)范，為換電站的建設(shè)和換電技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

六、換電模式發(fā)展建議

一是提升產(chǎn)品技術(shù)水平，以提高換電安全性。圍繞換電模式整車、動(dòng)力電池、換電裝備等方面開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，重點(diǎn)研發(fā)鎖止機(jī)構(gòu)的冗余系統(tǒng)、電源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、防爆系統(tǒng)、人—車—站—云數(shù)據(jù)安全交互系統(tǒng)，建立軸距可調(diào)、輪距可調(diào)的高兼容性、高安全換電系統(tǒng)。

二是持續(xù)探索標(biāo)準(zhǔn)化電池?fù)Q電體系，提升換電站相關(guān)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化水平，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)共享。建立換電站土地、電力、水、安防、數(shù)據(jù)、充電、基建等基礎(chǔ)資源的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一換電站電池包形狀和尺寸、接口結(jié)構(gòu)、通訊協(xié)議、電連接器、水冷管路接口標(biāo)準(zhǔn)，并同步統(tǒng)一機(jī)械鎖止機(jī)構(gòu)解鎖、更換平臺(tái)、搬運(yùn)設(shè)備、安全防護(hù)設(shè)施、車輛識(shí)別系統(tǒng)、電池包存放貨架、電力系統(tǒng)、充電機(jī)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)，逐步實(shí)現(xiàn)不同車型換電平臺(tái)共享。

三是以重卡換電為重點(diǎn)，加大重卡換電站布局。傳統(tǒng)重卡企業(yè)為節(jié)能減排，積極轉(zhuǎn)型發(fā)展新能源重卡，換電模式可提升10%~30%的整體油電經(jīng)濟(jì)性，為重卡換電站的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。重卡動(dòng)力電池供應(yīng)商寧德時(shí)代占據(jù)84%的市場(chǎng)份額并呈現(xiàn)“馬太效應(yīng)”，依托寧德時(shí)代頭部重卡動(dòng)力電池供應(yīng)商的市場(chǎng)地位，動(dòng)力電池包將向相同規(guī)格方向發(fā)展，有利于換電模式在重卡領(lǐng)域推廣應(yīng)用。因此以重卡換電為切入點(diǎn)，將車電分離的商業(yè)模式和換電技術(shù)相結(jié)合，提升換電重卡運(yùn)營(yíng)效率，減少換電重卡購(gòu)置費(fèi)用，促進(jìn)換電站大規(guī)模推廣應(yīng)用。

四是探索互利共贏的換電商業(yè)模式，形成電池包研發(fā)/生產(chǎn)、車企合作、換電運(yùn)營(yíng)、梯次利用及回收再生的全閉環(huán)商業(yè)模式。推動(dòng)融資租賃在換電模式中的應(yīng)用，整車企業(yè)、動(dòng)力電池企業(yè)、第三方運(yùn)營(yíng)商、電池回收企業(yè)、金融公司聯(lián)合成立電池資產(chǎn)管理公司，負(fù)責(zé)日常電池管理、儲(chǔ)能等業(yè)務(wù)，整車企業(yè)和第三方運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)換電服務(wù)與消費(fèi)者對(duì)接；金融公司將電池作為金融產(chǎn)品為其提供資金支持；電池企業(yè)提供專業(yè)化電池維修和殘值處理服務(wù)，分工合作提高效率。在電池使用末期可以將換電模式淘汰的電池出售給電池回收企業(yè)。對(duì)于部分損壞、整體狀況良好的電池，重新組裝并再次應(yīng)用于其他場(chǎng)景。對(duì)于完全報(bào)廢的電池，拆解后將原材料回收，用于新電池生產(chǎn)。最終通過(guò)運(yùn)營(yíng)電池資產(chǎn)，協(xié)同梯次利用場(chǎng)景，充分發(fā)揮電池全生命周期產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值。

課題組成員：馬天澤、于德營(yíng)、汪志鴻、

李紅燕、李宗陽(yáng)、陳炳全、孫源涵

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