电动汽车换电模式运行策略分析与研究

朱万炫　王信锐

摘 要：电动汽车进行快速充电的方式之一就是采用换电模式，其具有建设速度快、自动化程度高、集成度高、换电时间短等优点，可以大幅度降低消费者对电动汽车充电速度及续航里程方面的焦虑，并且“车电分离”的销售模式可以减少消费者的购车成本，是未来电动汽车进行能量补给最为理想的方式。文章首先研究了目前电动汽车换电模式在国内外的发展概况及趋势，据此分析了换电模式运行策略的影响因素，为电动汽车换电模式运行策略的市场应用提供了参考依据。

关键词：换电模式 车电分离 能量补给 运行策略

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。换电模式具有补电便捷、工作高效等特点，将对电动汽车的市场推广起到非常重要的作用。

2 换电模式的发展现状

动力电池是新能源汽车的“三大电”之一，也是电动汽车结构众最重要的零部件，由于当前充电桩的分布仍不能满足电动汽车的市场需求，并不能从根本上解决电动汽车续使里程 问题。因此，新能源汽车相关企业把目光转向换电技术的研发，换电模式更加高效灵活，是未来电动汽车充电方式的主要发展方向。

2.1 国外换电模式的发展现状

换电技术的发展开始于本世纪初期，当时新能源汽车相关企业行业还处于发展初期，电动汽车的续航里程不尽人意，由于电池技术的发展较为缓慢，针对这种行业发展窘境，相关企业便开始开始研究换电模式的技术可能性。

2007年，Batter Place公司率先在以色列探索和推广换电模式，成为世界上第一家电动汽车换电模式的运营公司。该公司研发了一套比较完整的底盘换电技术，并将其进行了商业化模式的推广，为纯电动汽车客户提换电服务，后又陆续与丹麦、加拿大、澳大利亚等国合作尝试在电动汽车上推广和应用。但由于换电模式对硬件成本投入较大，且当时新能源汽车的发展尚不明朗，纯电动汽车数量极少，而换电模式与传统燃油汽车在用户端便利性、使用成本等方面相比没有明显优势，导致Better Place主营的换电业务无法盈利，最终破产[2]。

2013年，美国特斯拉公司展示了其开发的电动汽车快速换电技术，将换电全过程时间缩短到90秒。从技术层面来讲，特斯拉快速换电技术路线的基础是基于Better Place的底盘换电技术模式，但在速度方面有了很大的提升。由于底盘换电模式不支持跨车系车型，且换电站存在建设成本较高、运营效率低等因素，导致特斯拉的换电模式的市场效果并不如意，所以特斯拉最终也放弃了研究换电模式。

2.2 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。

与北汽不同，蔚来汽车则更加重视对私领域的拓展，主要针对旗下的ES6和ES8两款车型。2020年8月20日，蔚来汽车与宁德时代等共同合作成立了武汉蔚能电池资产有限公司，进一步深入探索换电模式的应用。并推出了电池租用服务BaaS（Battery as a service），通过电池租用模式缓解消费者对电池质量方面的焦虑。蔚来汽车十分重视换电技术的研究与实践，在换电模式下的车身设计、电池包技术以及云服务等多个领域累计获得1200余项专利，并且在全国59个城市范围内建设了141座换电站。

此外，哪吒汽车、吉利汽车、长安新能源等整车企业也逐渐加入探索换电模式的大军之中，宁德时代、伯坦科技等电池生产企业也积极开展换电领域的相关合作。随着换电技术的发展及相关政策的支持，将会有更多的上下游企业加入换电模式的探索和推广，逐步形成一个完整的产业链。

3 运行策略分析与研究

3.1 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。

2021年4月30日，由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布了GB/T 40032—2021《电动汽车换电安全要求》，该标准是针对电动汽车换电模式领域所制定的首个基础通用类国家标准，填補了我国换电模式在标准方面的空白，同时也解决了发展过程中无标准可依的紧迫问题，有助于引导相关企业对换电模式相应产品的研发设计，支撑我国新能源汽车产业的高质量发展。《电动汽车换电安全要求》中提出了车载换电系统的结构组成，如图2所示，也明确了换电车辆的整车安全要求、一般安全要求及系统部件安全要求，提升可换电新能源汽车的安全可靠性，该标准将于2021年11月1日起开始实施。

目前，由于还没有针对电动汽车换电设备和换电机构的统一标准，换电模式的标准体系还没有形成，各家不同车企所投资建设的换电站只为自家品牌车辆提供换电服务，要实现换电模式的市场普及还需要更多的国家标准和行业标准。但随着政策的倾斜和技术的逐步发展，标准化的换电模式终将在不久的将来实现。

3.2 政策引导支持换电模式基础设施建设

自2021年以来，国家政策开始关注换电模式的发展，两会政府报告也特别提出要加大对电动汽车充换电基础设施设备的建设与投入，换电站也以“新基建”的形式首次被写入政府工作报告，以促进我国首个换电模式基础通用国家的标准发布及应用。

新能源汽车相关技术的发展改变了汽车行业的现有状况，推动了我国汽车行业进行大跨步的变革。新能源汽车“三大电”技术在不断地发展与更新，同时充换电设施的生产与运营也必将在这场变革中发挥非常重要的作用。随着我国新能源汽车产销量的不断增长，换电技术迎来了较快的发展，国内累计所建设的换电站数量也在逐年增加，但由于换电站的建设对技术的要求较高，投资建设的成本较大，绝大多数的企业对电动汽车换电模式的发展仍然处于观望状态，支持换电模式的新能源汽车数量占比仍然偏低。而现有换电站数量与市场的换电需求之间严重不匹配，这种情况必定会影响消费者对换电服务的满意度，进而影响到我国新能源汽车换电模式的进一步发展。换电模式的市场推广应用离不开换电站的建设及换电设备的投入，包括产品研发设计、土地征用、基础设施、电池库存储备等费用，这对于企业的资金运转是个不小的挑战，政府应该逐渐结合当地特点出台更多相关政策引导和帮助“新基建”的建设，支持充换电商业的探索与创新，切实提升充换电保障能力。

3.3 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。

3.4 加强换电模式的市场推广

由于当前新能源汽车仍处于发展的初期阶段，电动汽车私人用户规模较小，发展也较为分散，出租车、重卡运输公司营运行业由于运行范围集中而成为探索换电模式的主力军，以满足营运车辆的持续性要求，在对私领域，仅蔚来在为广大私人车主提供换电服务。在政策的支持和鼓励下，换电模式未来几年将进一步向私家车领域渗透，同时支持换电的新能源车型也将越来越多。截至2020年6月，我国新能源汽车市场保有量达417万辆，而支持换电功能的电动汽车数量少于15万辆，占我国新能源汽车市场保有量不足4%。与充电模式相比差距还比较大。总的来说，换电模式的普及率仍然偏低，发展较为缓慢。

4 结语

本文在深入研究分析国内外换电模式的发展概况基础之上，提出了一种换电模式的运行策略，首先需要政企合作共同制定形成体系的相关国家标准和行业标准，为换电模式的市场运行提供统一的理論参考依据;其次换电模式发展的前提则应该重点加强基础设施的建设，可在原有充电站的基础上进行，在实现充换电结合的同时节约建设成本;然后贯彻实施“车电分离”的营销策略，提升换电车辆的市场竞争力;最后要致力于将换电模式逐渐从出租车等对公领域向私人领域推广，增加换电模式在新能源电动汽车的市场普及率。新能源汽车行业未来势必仍然朝着电动化、智能化、网联化方向继续快速发展，换电模式将会在新能源汽车发展的浪潮上扬帆远航，为实现我国“碳中和”的伟大目标做出应有的贡献。

基金项目：2021年度贵州省理论创新课题（联合项目），政策导向下的纯电动车换电模式及运行策略研究——以遵义市出租车市场为例（编号：GZLCLH-2021-372）。

参考文献：

[1]张菲，黄祖朋，覃俊桦等.换电模式在电动汽车推广中的重要性[J].内燃机与配件，2021（13）：198-199.

[2]我国首个电动车换电基础通用国家标准发布[J].新能源科技，2021（06）：5.

[3]岳凯凯，马文源，袁蜀翔等.电动汽车换电模式发展现状及趋势综述[J].时代汽车，2021（10）：66-67.

[4]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，2021（04）：11-14+29.

[5]卜德明，王娜.新机遇下我国新能源汽车换电模式发展前景分析[J].汽车实用技术，2021，46（06）：11-14.

[6]刘春辉，王宇婷，沈润杰.浅析新能源汽车换电模式未来发展前景[J].时代汽车，2020（24）：95-97.

[7]杨一南.换电式纯电动车的速换结构设计特点及运行模式探讨[J].机电技术，2015（01）：64-66.