电池租赁模式下电动出租车能源补给成本研究

王震坡，薛　　雪，李　　洋，闫　　梅

（北京理工大学　机械与车辆学院，北京　100081）



电池租赁模式下电动出租车能源补给成本研究

王震坡，薛雪，李洋，闫梅

（北京理工大学机械与车辆学院，北京100081）

换电和电池租赁是现阶段电动汽车应用的模式之一。以电动出租车为例，提出了该模式下动力电池运营价格测算方法，同时对动力电池运营价格的影响因素进行了分析。在保证用户换电支付的运营成本低于使用燃油汽车的条件下，基于影响电池运营价格的不确定因素预测未来动力电池的运营价格。分析了随着动力电池价格、充换电设施成本降低、换电车辆数增加以及换电速度加快、动力电池运营价格下降等情况，换电车辆数是影响动力电池运营价格的最敏感因素，为电池租赁模式的开展提供一定的决策参考依据。

交通运输经济；运营价格；平均分摊法；电动出租车；租赁模式

随着能源短缺与环境问题，电动汽车逐渐进入人们视野。近几年来，我国已经投产了一定数量的充换电站。目前针对纯电动汽车，电能补给模式主要有交流慢充、直流快充和电池快速更换三种。在新能源汽车推广方案中，北京市要求市区内新增出租车、10个郊区县区域出租车一定比例采用电动汽车，推广力度很大。但集中反映的问题是：充电站少，充电时间长，续驶里程短，随着使用时间增加，动力电池性能下降，需要的充电次数增加，影响出租车的运营，有开展电池更换模式（或换电模式）电动出租车的需求。

出租车日均里程长、使用频率高，采用换电模式可在短时间内完成电池更换，满足出租车快速补电的需求，其便捷性可与传统燃油汽车加油相比。出租车可由出租公司集中管理，可以规避电池系统充换电管理难题。采用里程核算、燃油对价等模式，可以规避并解决SOC估算和成本核算难题。电池更换后，可以根据使用需要采用低谷电充电，降低充电成本；可以采用中低电流充电，避免因快充引起的电池寿命缩短；可方便对更换后的电池系统进行维护保养，提高和保持电池系统的使用性能。出租车公司可批量采购特定型号的车型用作运营，电池更换在相同车型之间易于实现，从而规避了因电池系统差异带来的电池系统匹配、电池更换设备差异等方面的问题。

现在电动汽车租赁模式还处于探索期，目前还没有针对电动出租车换电模式的电池运营价格形成机制，现阶段对未来动力电池运营价格的预测没有充分考虑各个影响因素。本文基于平均分摊法提出了一种动力电池运营价格测算方法，分析了动力电池租赁价格的影响因素，并且同时考虑各个影响因素的变化对未来动力电池运营价格的影响进行动力电池运营价格预测。本文所指的电池租赁是指整套电池系统产品，包括动力电池组、电池箱和电池管理系统；电池租赁公司同时也是换电站建设、运营单位；用户是指购买并使用纯电动汽车的单位或个人；考虑到现阶段采用换电模式的电动汽车规模，换电站规模开始按服务100辆车计算；电池运营价格同时包含了充电价格和租赁价格［1］。

一、电动出租车换电的组织模式

电池由独立的运营商采购，与车辆的采购分离，但可以是出租车的运营商一体化经营的电池租赁模式。它能够有效地降低出租车公司的使用风险和初期购置成本，而且，电池租赁公司负责电池采购、性能维护、二次利用和回收，有助于电池的统一管理和有效利用。

汽车制造商与电池生产商合作，汽车制造商向用户提供裸车，电池生产商向电池租赁公司提供配套的电池系统，电池租赁公司向电池生产商支付相应的费用，电池生产商可以回收电池租赁公司的废旧电池同时支付回收费用。用户在购买裸车后，向电池租赁公司租赁电池，支付电池租赁及充电费用，为了推广电动汽车换电模式，政府可以对用户按行驶里程进行补贴，鼓励用户使用电池租赁模式［2］。具体组织形式如图1：

图1　开展换电组织模式

二、动力电池运营价格计算

（一）平均分摊法

式中：R为每期支付费用；PV为租赁资产的成本；i为租金常数；n为期数。

（二）动力电池运营价格计算方法

1.动力电池充电价格测算

充电价格包括充电电费、人工费、维护费、充换电设施及土建折旧费［3］。

式中，CJF为整个运营期内换电站折旧费用折算到每一年的费用；CJC为充换电设施及土建费用；r为利率；n为项目期年限。

式中，CP为动力电池充电价格（元/kWh）；RGF为年人工费用；WHF为年维护费用；CDF为充电电费；tr为营业税率，CDF为充电站年充电量。

2.动力电池租赁价格测算

式中，为全部车辆所用电池每年分期付款金额；为所有电池前年折旧成本。

式中，YZP为每辆车每年电池租赁费；N为车辆数。

（三）动力电池运营价格算例

1.基础数据

（1）土建成本：土建工程成本为500万元，项目寿命期为6年，土建折旧按18年计算，残值按5%计算［4］。

（2）电池成本：车型参考某电动出租车车型，基本参数如下：

表1　某电动出租车车型参数

式中，BN 为备用电池数量；CT为每组电池充满电时间；JT为每辆电动汽车换电时间；CN 为可同时换电车辆数。

以换电站现有技术，一辆电动汽车的换电时间为10min，每组电池充满电需要3h，可同时为三辆电动汽车进行换电，按式（6）可得备用电池数目为54套。换电站服务时间24小时，日均换电理论极限为432车次，考虑到现阶段采用换电模式的电动汽车规模，按照每天换电100车次计算电池运营价格，即电池总数为154套。每套电池价格为6万元，电池总价格为924万。电池系统寿命为6年，项目期结束后，电池系统残值按5%计算［5］。

（3）充换电设施成本：换电设备3套，每套150万元，成本为450万元；充电设备54台，每台3万元，成本为162万元；充换电设施成本共612万元。

（4）年用电成本：换电站每天换电100车次，每辆车年平均行驶里程为105000km，每辆车每千米消耗交流电量为0.15（kW·h）/km，换电站年用交流电量为1575000kW·h，北京市电力公司供给运营公司的基础电价为0.781元/（kW·h）［6］，所以年用电电费为1230075.5元，加换电站其他设施用电共135万元。

（5）年人工成本：换电站有三种工种：站长，工人，保安。人工成本均按每站18人，即站长1人，工人15人（每日三班倒，每班3-5人），保安2人。工资按照平均每人每月4000元，则年人工成本为86.4万［7］。

（6）年维护成本为30万元。

（7）r取6年定期贷款年利率为5.9%；企业所得税为25%。

换电站建设成本的基础数据参见表2。

表2　换电站建设成本

2.测算结果

电池运营价格及其组成参见表3：

表3　动力电池运营价格及组成

3.政府补贴

为了鼓励用户使用换电模式，使用智能化监控手段，按用户行驶里程进行补贴，使用户支付的电池租赁费用比使用燃油车的成本（0.8元/km）略低，取0.6元/km，所以政府在初期需补贴用户0.328元/km。

三、影响动力电池运营价格的主要因素及动力电池运营价格预测

（一）影响动力电池运营价格的主要因素

将动力电池价格、充换电设施成本、换电车辆数变化幅度定为 0-80%之间，计算电池运营价格的情况，如图2所示。可以看出电池运营价格随换电车辆数增加而下降幅度最大，换电车辆数增加80%，电池运营价格下降29%。

随着动力电池价格和充换电设施价格降低，换电车辆数增加，政府补贴下降。政府补贴随不确定因素的变化如图3。

随着换电车辆数增多，当换电车次达到换电站极限车次时，车辆换电时间缩短，换电车次增加，动力电池运营价格降低。动力电池运营价格与换电时间关系如图4（在换电车次达到换电站极限车次的条件下）。

图2　动力电池价格、充换电设施成本、换电车辆数对电池运营价格的影响

图3　不确定因素变化对政府补贴的影响

图4　换电时间对电池运营价格的影响

（二）动力电池运营价格预测

未来，影响动力电池价格的主要因素是动力电池价格、充换电设施价格、换电车辆数及换电时间。本文针对以上影响因素，对动力电池运营价格作3个项目周期（即18年）的预测。

根据历史数据，每个项目期（6年）动力电池价格下降28%，充换电设备价格下降15%。根据中国电动汽车发展规划，每个项目期换电车次增加50%，换电时间减少20%，由此计算第二个六年和第三个六年电池运营价格。

在运营周期内电池运营价格与地方政府补贴如表4。可以看出，电池运营价格将随着电池及充换电设备价格下降、换电车次增加及换电时间减少而降低。动力电池运营价格在第二个项目周期比第一个项目周期下降38.7%，第三个项目周期比第一个项目周期下降53.9%。

表4　电池运营价格与政府补贴

四、结语

本文测算了动力电池运营价格，分析了影响动力电池运营价格的因素，得出了动力电池价格、充换电设施成本、换电车辆数及换电时间对动力电池运营价格的影响程度。针对以上影响因素，预测动力电池运营价格在 3个项目周期内的变化，得出动力电池运营价格在第二个项目周期比第一个项目周期下降38.7%，第三个项目周期比第一个项目周期下降53.9%，并且在第二个运营周期及之后不需要政府补贴。

［1］孙丙香，何婷婷，牛军龙等.基于换电和电池租赁模式的纯电动汽车运营成本评估及预测研究［J］.电工技术学报，2014，29（4）：317-322.

［2］周逢权，连湛伟，王晓雷等.电动汽车充电站运营模式探析［J］.电力系统保护与控制，2010，38（21）：63-67.

［3］才艺欣，王贺武，叶强等.深圳和杭州电动出租车充电或换电池服务的商业模式［J］.汽车安全与节能学报，2013，4（1）：54-60.

［4］孙丙香，姜久春，张维戈等.基于内部收益率法的动力电池租赁价格测算［J］.电力系统自动化，2011，35（13）：27-30.

［5］王贺武，宋华阳，欧阳明高.电动汽车用户接受电池快换服务的影响因素分析［J］.汽车安全与节能学报，2012，3（1）：44-50.

［6］滕耘，胡天军，卫振林.电动汽车充电电价定价分析［J］.交通运输系统工程与信息，2008，8（3）：71-74.

［7］Li Zhe，Ouyang Minggao.The pricing of charging for electric vehicles in China-Dilemma and solution［J］.Energy，2011，3（9）：5765-5778.

（责任编辑 李建武）

Study on the cost of Electric Taxi Energy Supply under the Mode of Battery Leasing

WANG Zhen-po，XUE Xue，LI Yang，YAN Mei

（Beijing Institute of Technology, Beijing, 100081, China）

Nowadays，battery-swapping and battery leasing is one of the latest applied mode for electric vehicle.

The research on the energy supply cost of the electric vehicle based on the battery leasing model is still not mature.In this paper，taking the electric taxi as the object，the method of calculating the price of power battery operation was proposed，while the factors of affecting the operation price were analyzed.The price of power battery operation in the future was predicted based on its uncertain influence factor under the condition of ensuring that the cost of battery-swapping lower than that of fuel cars.With the price of power battery and facilities falling down，as well as the increasing number of vehicles and much faster swapping speed，the situation of power battery operating price decline is analyzed.The most sensitive factor of the power battery operating price is the change of the number of the electric vehicle.And the reference for the development of battery leasing model is provided.

transportation economy；the price of power battery operation；the average method；electric taxi；battery-swapping mode

U469.72

A

1008—6129（2016）01—0062—06

2016—01—09

王震坡（1976—），河北廊坊人，北京理工大学机械与车辆学院，教授。