电动汽车换电模式运行策略分析与研究

电动汽车换电模式运行策略分析与研究

李可,张雪燕,王晓庆

安徽继远软件有限公司  230088

摘要：过去几年内，我国的新能源汽车行业经历了非常快速的发展，正逐渐从萌芽期走向成长期，其市场保有量在最近5年间增长了9倍左右。由于我国始终坚持新能源汽车纯电驱动的战略方向，纯电动汽车的保有量占了较大比重，截止2021年6月底，我国新能源汽车市场保有量突破了603万辆，其中纯电动汽车市场保有量约为493万辆，占比超过80%。同时国家与地方的支持政策逐渐形成体系，为新能源汽车行业的发展提供过了极大的支持。新能源汽车行业正在改变延续百年之久的传统汽车产业链结构。电动汽车的电能补充形式主要有2类：充电模式和换电模式。充电模式需要车辆搭载电量比较充足的动力电池，以保证电动汽车的续驶里程，充电模式存在充电时间长、续航里程较短等缺点。换电模式是指电动汽车在使用任意时间段，通过特定的换电设备快速更换动力电池，保障其续航能力。

关键词：电动汽车；换电模式；运行策略

引言

在能源转向的背景下，新能源汽车，特别是纯电动汽车的发展，是整个汽车产业的发展趋势。电动汽车能量补充主要有两种模式:充电模式和切换模式。电动换档模式具有较大的发展前景，因为它占用的时间较少，几乎可以像加油车那样方便。电池更换的标准化设计使不同的汽车制造商和不同类型的新能源汽车能够使用相同类型的电力蓄电池组，使电力蓄电池能够得到最大限度的利用，从而有效降低了电力更换成本，降低了发电机组建设的门槛。

1新能源汽车充电方式

目前，新能源汽车补充能量的方式有三种：常规充电、无线充电和换电模式。常规充电有快充和慢充两种，技术成熟，也是目前主要的能量补充形式；无线充电技术先进，但难以实现大功率，还处在研发试验阶段。换电模式通过更换动力电池，可以快速将新能源汽车电量补满，换电过程可以在3分钟内完成，大大缩短了补电时间和消费者等待时间，同时也在一定程度上缩短了里程焦虑。作为新兴产业，需要对换电模式的现状和未来进行讨论分析，希望对新能源汽车换电的发展有所帮助。

2国内换电模式的发展现状

在国外新能源汽车相关企业着手研发换电技术的同时，国内相关企业也开始积极发展和推进换电模式。我国新能源汽车换电模式的发展历程可分为三个阶段，2006年至2012年为第一阶段，由国家电网牵头组织电动汽车充换电设施的研发与实践，国电电网确定了“充电为主，换电为辅，集中充电，统一配送”的运营模式，这表明国家电网的定位是以换电模式为主要研究方向。第二阶段为2012年至2019年期间，由于新能源汽车市场的基础较为薄弱，并且缺少相关政策扶持，换电模式发展情况并不理想，电动汽车逐渐开始转向充电模式，延缓了换电模式的研究工作。2019年换电模式的发展进入到了第三阶段，随着新能源汽车市场的不断推广，由于换电模式具有安全稳定、快捷高效等优点而重新回到大众视野，从而进入到充换电结合并行发展的阶段。国内最早开始谋划和布局换电站建设的整车车企有北汽新能源和蔚来汽车，两家公司都在努力打造换换电模式的产业链，并开始探索和尝试“车电分离”的商业运营模式。但二者的市场侧重点有所不同，北汽新能源主要针对电动出租车领域，目前已在北京、广州、厦门等19座城市累计投放换电车辆1.8万余辆。经过多年的研究和探索，北汽已拥有智能换电技术的相关专利300余项，并参与多项国际及国家标准的起草。目前，北汽新能源与奥动等企业合作在全国范围内建立了187座换电站。

3换电模式的优点

(1)大大缩短能量补充时间，降低可乐的运行性能。传统的能量消耗主要通过充电得到。利用现有的技术，缓慢充电需要6-8小时，快速充电需要15-30分钟，无疑增加了人们在这个快速变化的社会中的等待时间。但是，换电模式可以在3分钟内将电池电量充至100%，这可能比传统燃料车的加油时间短，从而减少电池电量不足造成的里程焦虑。(2)统一管理延长电池寿命。该模式由电力交易所统一管理和充电电力电池，使电力电池能够以最合理的方式充电和维护，从而延长电力电池的使用寿命。同时，电池充电时能及时发现电池存在的问题，消除了电力电池萌芽时的潜在安全隐患。(3)峰值限电，降低电费。备用电池可以在电力负荷较低的夜间充电，从而降低充电成本。同时，充电站还可以与风力、光等新能源相结合，建设微型风力、光蓄能电站，大大降低电费，在紧急情况下也能向电网输送电能，有利于智能电网的建设。(4)电力交换所的利用率高于充电站。新能源汽车充电时间较长，即使快速充电也需要30分钟左右，而电池更换只需要3分钟左右，比充电模式效率要高得多。据计算，70平方米的大型发电厂每天可以更换电池300次。(5)方便回收电池。当电力电池容量降至额定容量的80%时，其上升和加速能力会下降，因此需要更换电力电池。但是，更换的电池由于使用价值高，可以一步一步地使用或回收。但是，报废的电力电池大多流入黑市和小作坊，合格企业很难获得报废的电力电池。交流电源模式下的电池属于公司，适合统一回收。(6)减少消费者购买汽车的压力。电池组的成本约占所有新能源汽车的40%。如果消费者在购买汽车时不购买电池，可以节省40%的成本，从而大大降低汽车的成本和门槛，有利于新能源汽车的推广。这也是电源交换模式的初衷。

4运行策略分析与研究

4.1建设和完善国家换电标准体系

由于换电技术的研究起步较晚，同时又涉及专利与商业机密，相关企业基本都是自主研发、各自为战。阻碍换电模式大力发展的重要因素之一就是尚未形成统一的换电标准，各汽车厂商所采用的电池和生产的车辆结构有所不同。如果采用换电模式，势必会提高其建设及运营成本，降低换电站的工作效率及收益。统一换电模式的相关标准虽然困难重重，但对新能源汽车行业的长期发展有很大的促进作用，也是电动汽车换电模式步入成长期的必经之路，现目前市场已拥有同一换电方式下能够为不同规格的动力电池进行换电作业的换电站，可以实现对不同品牌的车辆进行换电服务。

4.2推行“车电分离”商业营销模式

随着国家政策对换电模式的支持以及新能源汽车市场保有量的增长，换电模式将迎来属于自己的成长机遇。由于传统新能源汽车的动力电池固定在车辆底盘，目前动力电池成本较高，技术还不成熟，若仍然采用整车销售的模式将导致新能源汽车的产品吸引力后劲不足。换电模式可以实现车辆和动力电池分离，为车企提供了单独销售和租赁动力电池的可能性。企业可根据这一独有特性，采取“车电分离”的新型营销模式，即动力电池与车辆分离，单独进行销售和租赁，极大地缓解了消费者购车时的资金压力。“车电分离”模式下的动力电池将由厂家进行统一的维护与管理，在一定程度上延长了动力电池的使用寿命，同时也降低了消费者对动力电池质量方面的担忧以及对续航里程的焦虑，进一步提升新能源汽车的市场竞争力。目前已有上万名消费者享受到了“车电分离”模式带来的便利和实惠，今后“车电分离”的商业模式将应用到更多的换电车型上，让更多的消费者从中受益。

结束语

在能源转向的背景下，电力交换模式的自动化、高效、便捷是促进新能源汽车普及的有效手段。促进电池标准化是电力交换模式发展的关键部分。诚然，在当前的社会和工业条件下，电池更换的标准化仍然十分困难，没有成熟的工业作为基础，缺乏国际标准作为指导，电池的主要技术问题没有得到解决。但是，随着新能源汽车的不断发展，不断变化的发电厂的普及肯定会提上议事日程，电池标准化的必要性也越来越突出。对标准化电池的研究肯定会促进电力交换模式的发展。

参考文献

[1]王信锐,敖克勇,何涛.政策导向下的电动汽车换电模式及运行策略研究[J].汽车工程师,2019(04)

[2]黄学彦,郑睿敏,谭春辉.电动汽车充电设施领域布局策略研究[J].电工技术,2019(16)

[3]刘佳佳.电动汽车换电调度及换电站充电策略研究[D].华中科技大学,2019.

[4]魏志宇.电动汽车充电模式与换电模式运营策略研究[D].华北电力大学(北京),2018

[5]栾宁.电动汽车充换电站运营关键问题研究[D].华北电力大学,2018