换电重卡发展现状及前景分析

高 峰 郭 琦

(陕西汽车集团有限责任公司，陕西西安，710200)

0前言

截止到2021年，我国石油对外依存度高达70%，而我国传统燃油重卡和工程机械保有量有1 500余万台(辆)，8年消耗石油约相当于2亿辆小轿车。从国家能源安全考虑，我们必须发展新能源汽车。

新能源重卡重要的组成部分为纯电动重卡，由于重卡用电量需求大，充电速度慢、整车成本高等特点，其不能满足用户日常运营需求。重卡换电的方式逐渐成为纯电重卡最重要的技术路线之一。

1 换电重卡的发展现状分析

1.1 政策、市场现状

结合我国2020年9月在联合国大会上提出的双碳目标与2020年11月2日国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》，我们可以看到：现阶段发展新能源汽车是应对全球气候变暖、推动绿色发展的战略举措，也是我国从汽车大国迈向汽车强国的必经之路。后期随着我国新能源产业链的逐步完善以及各类利好政策的支持，我国的新能源汽车将进入发展的快车道。

2021年10月28日，工业和信息化部办公厅印发《关于启动新能源汽车换电模式应用试点工作的通知》，将北京、南京、武汉、三亚、重庆、长春、合肥、济南纳入综合应用类换电试点城市，将宜宾、唐山、包头纳入重卡特色类换电试点城市。

随着各类政策的快速出台，我国新能源重卡市场也迎来了快速增长期，尤其在过去的两年里，新能源重卡迎来了爆发式的增长，如图1重卡销量数据所示，2021年与2020年销量相比：新能源重卡增长298.93%，其中换电重卡增长382%，占比由24.02%上升到28.95%。图2为换电重卡2021年与2020全年销量中牵引车、自卸车、专用车、载货车的对比增量，其中换电牵引车因应用场景较多，增长幅度最大。

图1 新能源重卡销量对比

图2 换电重卡销量对比

1.2 运营模式

目前换电重卡的运营模式，除了类似于传统燃油车的整车销售之外还有整车租赁模式和车电分离模式。其中整车租赁模式由于市场保有量及政策原因尚处于探索阶段，只在少数城市进行试点运营；市场目前以车电分离模式为主，即各主机厂商所销售车辆不包含电池，只提供整车底盘。车辆的用电需求由电力运营商投资建设换电站来满足，换电车辆需租用电力供应商提供的租赁电池，此举大大降低购车者的购车成本，但需要车辆达到一定规模电力运营商才会去选择配套换电站。

换电重卡在含电池的情况下较燃油车购车成本多将近一倍，为减轻购车客户的资金压力，可采用车电分离的模式。这需要实力雄厚的电力供应商来承担这部分资金投入，这样就慢慢形成了如图3所示的电力供应商控制换电设备、换电站及换电重卡经销，在当前运营模式中占主导地位的现状。

图3 运营模式

目前国电投、国家电网、华能等为国内主要运营商。国电投落地运营换电重卡占比80.43%。

截至2021年底，国电投累计建成换电站44座，在建换电站10座，已规划换电站36座。到2025年，国电投计划累计推广换电重卡及电动工程机械不少于20万台，布局换电站不少于4 000座，累计新增换电站投资规模约160亿元，对应“电池银行”电池资产投资规模约798亿元。

1.3 换电技术

1.3.1 换电方式

现阶段换电重卡主要的两条换电技术路线为顶吊换电与侧向换电。其中顶吊换电的锁止机构内嵌于换电箱体内部，具有结构紧凑、定位方式简单的特点，有利于整车上装的布置。顶吊式换电多用于钢厂、港口、矿山等封闭场景进行倒短运输，由于能够充分发挥管理优势，换电过程自动化和智能化程度低，降低控制系统成本，但对司机的驾驶技能要求较高。此外，顶吊换电的吊具需要在车辆的上方，造成设备总高度较高，在一些城市建设申报时会被定性为临时建筑，审批过程相对复杂，代表厂商有玖行、永乾等。

侧向换电的电池抓取机构是刚性连接，对精度要求较高，同时换电过程自动化和智能化程度高，大大提高了换电控制系统成本，但对司机的专业性要求较弱，可适应城市非封闭环境中的渣土车、牵引车、水泥搅拌车等多类车型。此外，侧向换电站站端的主体装备高度与车辆高度相当，在城市建设时比较容易被定性为装备，可免去临时建筑审批流程，代表厂商有金茂科易等，表1所示为以上两种换电方式对比。

表1 换电方式对比

1.3.2 换电系统

重卡车载换电系统主要包含电池系统和换电底座。电池系统包括动力电池、高压箱、低压箱、冷却机组、膨胀水箱、高低压线束、换电连接器公端、换电框架及外蒙皮等零部件；换电底座关键部件有定位机构、锁止机构、换电连接器母端等。

图4 电池箱结构

图5 电池底座结构

换电控制器主要作用是气缸锁止与松开的状态检测、高压连接器的连接状态检测、充放电口的温度检测、气缸电磁阀的硬线驱动，与VCU、BMS的通讯与诊断、WIFI通信、4G通信和定位功能等。

1.3.3 各厂商方案对比

目前行业内各厂商的换电系统方案均具有不同差异，所以不同主机厂商换电产品与换电站无法兼容，表2为各厂商换电方案对比。

表2 各厂商方案

2 存在问题及建议

2.1 存在问题

2.1.1 换电技术

(1)各车企换电箱尺寸和接口、导向机构、锁止机构、通信方式等不统一；

(2) 客户需求变化和管理方式提升有待进一步了解。

2.1.2 换电标准换电重卡标准处于规划起草阶段，国标、行标及团标均在制定中，需关注标准协调性问题。

2.1.3 准入管理现阶段公告中新能源车电池容量和驱动电机额定功率最大不能超过最小的1.2倍。

2.1.4 运营模式

(1)车辆营销环节电力供应商占主导地位，传统燃油车主机厂营销模式待优化；

(2)车辆使用环节，现有车险不适应“车电分离”模式，换装非原电装池可能有产品一致性风险；

(3)车企售后服务相关技能水平亟待升；

(4)换电站建设及电池持有投入较高，暂无跨运营商换电结算体系。

2.2 解决建议

2.2.1 换电技术

(1)制定相关标准进行统一；

(2)组织运营企业交换意见和商讨规划，商定平台基本需求和可选需求。

2.2.2 换电标准主机厂企业需积极参与国标、行标及团标的制定，关注标准协调一致。

2.2.3 准入管理比照传统燃油车修改同一型号判定标准，驱动电机额定功率由1.2倍改为1.5倍，取消电池容量1.2倍限制。

2.2.4 运营模式

(1)车企需积极拓展各自营销途径，发掘新的营销方式；

(2)保险行业出台符合车电分离现状的科学定损方式；

(3)组织供应商对主机厂企业技工进行培训，并以比赛形式检验；

(4)组织运营企业开展金融研究，保障良性发展；组织运营企业开展结算研究，商讨规则。

3 换电重卡的前景展望

换电重卡是新能源重卡发展的重要组成部分，具有巨大的潜力，随着相关技术标准的完善以及《电动汽车换电安全要求》国家标准的出台，重卡换电模式将进入快速高质量发展时期，换电站的建设也进入高速发展阶段，国家后续也会继续出台更多的政策和标准，来鼓励换电模式发展。