电动汽车换电模式发展现状及趋势综述

岳凯凯　马文源　袁蜀翔　阳小燕　石青易

摘 要：本文针对国内外电动汽车换电模式发展现状进行探讨，分析了换电模式的三种优势并阐述了目前换电模式发展存在的问题。最后讨论了电动汽车换电模式的未来趋势和展望。

关键词：电动汽车 换电模式 未来趋势

1 换电模式的发展现状

新能源电动汽车换电模式是指将电动汽车已经亏电的动力电池从车身取出并更换容量饱和的动力电池，亏电电池重新存储到换电站中进行充电，是相较于充电模式而言的一种电能供给模式。21世纪初，世界新能源汽车产业尚处于发展初期，其续航里程问题是阻碍产业发展的重要问题之一。基于此，很多国家开始研究电动汽车换电技术，以突破新能源电动汽车发展的瓶颈。

2007年，Batter Place公司在以色列和丹麦创立换电模式，该公司与雷诺日产合作打造庞大的电动汽车充电站系统，由于前期建设投入大、投报比较低，最终Batter Place公司宣布破产。2013年初美国电动汽车制造企业特斯拉在加利福尼亚建造换电站并进行换电模式试验，高昂的换费用及较差的服务体验导致特斯拉换电模式走向失败。

在国内一些相关企业也纷纷推动换电模式发展。2006年国家电网组织电动汽车充换电设施研发与实践工作。国电电网确定自己运营模式“充电为主，换电为辅，集中充电，统一配送”的模式，这表明国家电网定位是换电模式，并非充电模式。2005年，国家电网迫于电动汽车市场基础薄弱，缺少相关政策支持，最终转向充电模式。北汽新能源汽车公司在2007年推出“擎天柱计划”，并计划在2022年全国范围内投资100亿元用于建设3000座分布式光储换电站，截至2019年底，北汽新能源在北京地区投入运营4000多辆出租车，建设换电站90座，目前在全国有超过2万辆换电模式新能源汽车在运行;与此同时，蔚来汽车公司也在布局换电领域，其Nio Power换电站是专门为私人打造的换电站，这也是全球首个面向私人用户的汽车换电服务系统。

2 换电模式的优势

2.1 缩短电能补给时间

电动汽车采用充电模式补给电能时，需将亏电的车辆开到指定充电桩对动力电池补充电能，此种模式带来两个问题。首先，在充电期间车主无法继续使用电动汽车，在充电模式普及的背景下，势必会延长车主充电等待时间，降低电动汽车的利用率;其次，即使是充电时间相对较短的快速充电，也至少需要15min将电量充至80%，而且在满电工况下电动汽车的续驶能力也难以满足多数用户的里程焦虑。而换电模式下换电时间一般需要3～5min，与燃油汽车加注汽油时间相当，很大程度上缩短了电动汽车电能补给时间，减少车主等待时间，大幅度提高新能源汽车的使用率。针对公共交通、出租车和网约车等充电频率较高的应用场景，换电模式优势尤为显著。

2.2 降低用户购车成本，消除用户电池质保疑虑

纯电动汽车插充模式决定用户需要购买与车身固连在一起的动力电池，而动力电池成本占电动汽车整车成本的40%左右，实际上，用户使用过程中仅用了电池寿命周期的20%～30%的价值。相比较而言，同级别纯电动汽车成本比燃油车成本高出约30%，高购置成本会影响电动汽车潜在消费者购买意愿，在换电模式下，用户可以租赁动力电池的形式进行电能补给，能够在初期降低消费者的购车成本。

2.3 延长电池使用寿命

传统的充电模式在快充情况下虽然一定程度上可以缩短电能补给时间，但是由于采取直流快充方式时，电流量大，电能补给速度快，会减少动力电池充放電循环次数，加速电池容量的衰减，进而影响电池的性能及缩短其寿命周期。换电模式下统一将动力电池储存在充电仓储内，可以对电池进行慢速充电，待电量饱和后换取亏电电池继续慢速充电。同时，集成有电池检测、保养功能的换电仓储可以检测每次更换下的电池状态是否正常，客观上减少了对动力电池的损伤和容量的衰减，延长电池的使用寿命。

3 换电模式存在的问题

3.1 动力电池包尚未标准化

纯电动汽车充电模式起步较早。由于目前电动汽车车载动力电池充电技术相对成熟，充电接口标准已经统一化，即不同车企的电动汽车完全能够在其他品牌充电桩上进行电能补给，统一的接口标准使得充电更加便捷。然而，换电模式下的电能补给需要频繁取出电池进行更换，因而需要对汽车底盘结构进行针对性改进以方便电池的拆卸、安装。目前各车企生产研发动力电池包规格有所差异，所以在不同品牌电动汽车上电池包的通用性和互换性较差。北汽采用为自家汽车产品服务的换电系统，换电电池包结构上不兼容问题。但是如果换电模式要真正得到大范围推广，统一各家车企车辆电池规格是关键，但是这涉及各方利益。

3.2 企业运营成本增大

换电模式要求企业投入更多运营成本。具体表现在：第一，不同于充电模式，换电模式要求生产企业对车辆底盘、动力电池、以及车身结构进行针对性改造;第二，换电模式属于一项新技术，缺少技术储备和研发费用较低的企业，难以支付高昂的研发费用;第三，电动汽车动力电池的定期维护和保养对电池使用寿命和电池安全性至关重要，所以需要企业运营换电模式时组建专业团队进行电池维护保养工作，人力成本随之增加。国内的北汽和蔚来两家汽车公司因巨大建设投资导致严重亏损，北汽新能源向提供换电技术的北京奥动投资数亿元，导致其目前仍处于亏损状态，蔚来汽车2019年前三季度共亏损25.21亿元，以上两家公司的运营状况说明巨大的建设成本是阻碍换电模式推广的重要因素。

3.3 普及率较低，发展较缓慢

近年来换电模式发展较为迅速，全国各地换电站数量也有所增加，但是由于换电站建设需要较大资金投入，所以资规模大的企业有能力进行换电站的建设，对于小规模企业仍处于观望状态，全国仅有数家企业投入其中，在新能源汽车市场中换电汽车的数量占比仍然偏低。截至2020年6月全国新能源汽车保有量达到417万辆，然而具备换电功能的汽车数量不足15万辆，占新能源汽车保有量不足4%。截至目前全国已经累计建设充电站3.8万座，充电桩130万个，而换电站却只建了449座，差距巨大。总的来说，换电模式的普及率仍然偏低，发展较为缓慢。

4 换电模式未来发展趋势

4.1 短期内充换电模式并存

目前在消费使用端新能源汽车续航及充电问题仍然是阻碍我国新能源汽车产业发展的主要问题，里程焦虑、充电便捷性不高拉低了消费者的潜在购买欲望，加之国家补贴政策退坡，新能源汽车市场占有份额减小，新能源汽车产业发展也相应放慢了步伐。早期采用充电桩充电模式给用户充电带来了便利和快捷，换电模式的发展给电能补给提供另一种方式，也是弥补充电弊端的最优方式。但是换电模式的技术标准统一是一大难题，任一模式均需要相应的技术支撑。我国在2006年提出研究充电技术标准，历时10年在2015年建立了标准统一化的接口标准，换电模式标准的统一将对我国汽车行业整车设计、装备、制造提出更高的要求，若同时考虑到充电模式的竞争，换电技术标准统一的时间将更长，未来一段时间内电动汽车电能补给的方式将会是充换模式并存。

4.2 换电设备高度集成化

换电模式的高度集成化是基于模块化、高效率为核心的技术研发思路提出的。换电模式下采用换电站作为电动汽车电能补给的场所，一般情况下换电站具有一定规模，主要是由于换电服务体系相较于传统的充电模式更加高效、智能化，同时便捷性也大大提高，同时换电站不仅要提供换电服务，还要对动力电池进行定期检测、保养和维护，这样以来换电站的集成化程度要更高，以减小占地面积小，缩小建设投入成本。

4.3 换电体系标准统一

目前阻碍换电模式发展的重要因素是换电体系尚未统一。在动力电池标准尚未统一之前，各家企业生产的电池和車辆结构有所不同，如果企业采用换电模式，换电站运营商储备不同规格的电池包，势必提高了运营成本，降低运营效率。换电体系标准统一有利于使用同一种换电模式给不同的车型更换电池，提高了运营效率。在2020年电动汽车补贴退坡之后，政府提出“车电分离”的电能补给模式，这将提高换电运营商对车企的整合能力。

5 结束语

换电模式是解决电动汽车里程不足的重要方式，传统充电模式的补充。但目前还存在诸多问题，建设投入成本过大、换电体系尚未形成统一标准是阻碍换电模式发展的重要因素。总的来讲，随着新能源汽车占据的市场越来越大，换电模式终将是人们优先考虑的电能补给方案，科学技术的不断发展，将对换电模式的技术进步和更新产生良好的影响。

参考文献：

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[2]王佳，方海峰，吴松泉.关于我国新能源汽车产业发展换电模式的思考[J].汽车纵横，2019，（01）.

[3]贾莉洁，衣丽君.后补贴时代新能源汽车换电模式发展趋势[J].新能源汽车，2020，（01）.