基于专利监控的吉利商用车换电技术情报

李健明 冯乾隆 郭少杰 季南

（中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300）

主题词：吉利汽车 商用车换电技术 专利

1 引言

近日，吉利汽车掌舵人李书福作为独立发明人的专利被公开，其中9件围绕商用运输车换电技术展开如图1。李书福作为吉利重要领导人以独立发明人的形式在商用车换电领域进行系列专利布局，反映出商用车换电技术在吉利发展战略中的重要地位，或成为吉利集团重点布局商用车换电领域的信号。

图1李书福商用车换电专利附图

2 乘用商用换电模式双线布局

2.1 换电技术专利快速发展，乘用车换电模式已发布

吉利从2017年开始布局新能源汽车换电技术，并于2018年成立吉智新能源公司专攻新能源汽车换电模式领域。前期研发以乘用车换电技术与换电基础技术为主，研发团队规模超千人。在大量市场调研与研发测试的基础上，吉利于2020年9月发布其采用底部换电的乘用车换电模式如图2。

图2 吉利乘用车换电模式已发布

2.2 应用场景拓展，重卡换电开始布局

自2020年下半年起，吉利基于前期换电技术的研发积累与在乘用车领域的实践基础，开始对商用车换电的技术探索，并积极进行专利布局，截止当前，已公开的商用车领域换电专利接近20件，布局速度较快（图3）。

图3 吉利换电技术专利增长趋势

3 重卡换电领域产业参与者较少，市场潜力巨大

2020年4月份，财政部等四部委联合发布《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》中明确指出鼓励“车电分离”新型商业模式的发展，为换电模式的推广与发展奠定了政策基础。而重卡换电在专线运输、支线短倒、港口内倒、干线运输等场景下效率优势与成本优势明显，能够有效提升商用车辆的经济效益，具有较大的市场前景与潜力。

相较于乘用车换电领域，重卡换电领域的产业参与者明显减少。重卡换电领域当前主要的技术方案提供商为玖行能源，其与华菱星马、北汽福田等整车企业展开合作，针对重卡换电进行推广（图4）。而乘用车领域呈现整车车企业与技术方案提供商多方推广竞争格局，整车企业方面蔚来、北汽新能源等针对换电技术进行大量的技术研发与推广。在换电技术方案方面，奥动新能源、博众精工等企业均具有较大的技术储备与较为成熟的解决方案。乘用车换电领域的市场竞争明显高于重卡换电领域。

图4 当前重卡换电领域主要行业参与者

4 吉利瞄准干线物流场景，设计混动式换电重卡架构

与当前主流重卡换电在港口、矿区等短途场景进行应用不同，本次李书福作为独立发明人的专利将换电重卡应用场景聚焦到干线运输领域，李书福根据长途运输对于续航里程的需求提出混动式重卡换电方案，同时针对长途运输中车辆的充能方案、换电站运营管理方法以及换电站的设计提出相应对策如图5。

图5 李书福重卡换电系列专利布局

4.1 混动式换电重卡架构，提升重卡续驶里程

针对新能源汽车运输的里程焦虑问题，李书福在专利CN112060971A[1]提出混动换电式车辆框架（图6）。该方案包括由增程器和驱动电机构成的增程式驱动系统，以及由快换电池与该驱动电机构成的换电式驱动系统，快换电池可在换电站快速拆卸并更换。由于换电式驱动系统和增程式驱动系统可快速切换并单独作为主动力系统，因此，可根据使用场景和经济性自由灵活地切换以增程器为动力来源的增程式驱动系统或以快换电池为动力来源的换电式驱动系统驱动车辆行驶。该架构实现了商用车根据不用的运行场景选择合适的动力模式，满足运输行业的里程需求与经济性需求。

图6 混动式换电车辆架构[1]

4.2 换电重卡电池布置

在传统的换电重卡架构中，电池快换通常采用顶部安装模式，但由于重卡的快换电池体积与重量较大，会导致动力电池重心过高、安装不可靠问题。

针对上述问题，李书福分别提出优化快换电池的结构形式降低动力电池重心与改变快换电池安装位置降低动力电池重心2种技术方案。

4.2.1 优化快换电池结构方案

李书福在专利CN112477573A[2]中提出基于倒凹字型电池的顶部安装方案如图7。该方案中用于换电重卡的换电电池采用凹字形结构设计，通过锁止装置以马鞍状安装在运载车辆的纵梁上。倒凹字型快换电池结构设计使得位于两侧的部分快换电池位于车辆纵梁以下，有效降低了快换电池的安装高度，实现减低动力电池重心，提升快换电池的安装稳定性。

4.2.2 更改快换电池安装位置方案

图7 马鞍型换电电池结构设计[2]

针对快换电池顶部安装导致的动力电池重心过高问题，李书福提出采用动力电池底部安装模式进行解决。但商用车动力驱动系统通常设置于车辆驾驶室下方利用传动轴进行动力传输，传动轴的存在限制了车辆底部的快换电池布置空间，因此李书福在专利CN112477686A[3]中提出一种无中间传动轴的换电式运载车辆如图8。该方案将车辆动力驱动系统直接后移到接近后车桥位置，使驱动系统能够直接驱动车桥，从而为快换电池的底部安装提供空间，同时无传动轴设计也使动力传递效率提升。

图8 无中间传动轴换电车辆实现电池底部布置[3]

4.3 换电装置设计方案

快换电池顶部安装式换电重卡通常采用机械抓取式换电机构进行快换电池的更换，由于重卡快换电池体积于重量均较大，顶部抓取式换电装置存在容易掉落的问题，具有一定的安全隐患。针对上述问题，李书福在专利李书福在专利CN112622731A[4]中提出具有插臂结构和框架结构的电池快换装置以及对应的换电站如图9。当换电重卡行驶至换电站的指定位置时，快换装置的框架结构位于快换电池侧方，滑动设置在框架结构内的插臂插入快换电池底部，带动快换电池横向移动至框架结构中，实现快换电池的拆装，同时由于快换电池被放置与框架结构中进行转运，可以有效避免电池掉落风险。

图9 插臂式换电装置与换电站设计[4]

4.4 重卡换电充能与管理运营

4.4.1 驱动模式与充能方案的确定

李书福提出的换电重卡方案采用换电+增程式混动双动力源模式，因此为更有效的发挥车辆双动力源设计的优势，李书福在专利CN112060970A中提出换电式混动重卡充能管理方案[5]如图10。该方案基于用户的出行距离选择车辆的驱动模式，在短途行驶且途经换电站时采用换电式驱动系统，途中无换电站则使用增程式驱动系统；在长途行驶时，则确定车辆的总预行驶量，并根据车辆即时信息和车辆长途行驶沿途的换电站和燃料补充站分布信息，采用云端服务器远程决策的方案为重卡确定最合适驱动模式与能源补充方案，并将确定的方案推送给车辆用户。

图10 换电重卡充能策略确定[5]

4.4.2 换电重卡长途干线运输的运营方案

为了更好的支撑换电重卡进行长途干线物流运输的运营工作，李书福在专利CN112550027A中提出建立云平台进行运营管理[6]如图11。该方案在长途干线途中间隔设置多个换电站，通过云平台连接各个换电站与换电车辆。云平台包括换电方案处理模块、换电站管理模块以及车辆交互模块，能够获取各个换电站的分布信息、站内电池信息与服务信息，以及车辆的载重量、目的地、车辆电池状态等信息。换电方案处理模块根据上述信息为车辆确定换电方案，并将换电方案推送至对应车辆。同时云平台中还具有推广模块，其对在换电站中进行换电的车辆进行识别，若该车辆用户是并未在云平台中注册的自行前往换电站的用户，则向该车辆推送云平台的推广信息，邀请车主进行注册；若该车辆用户已经注册使用云平台则向用户推送换电站附属经营的餐饮、维修、购物、娱乐等其他推广消息。通过云平台的设计有效的提升了换电站与换电车辆的运营效率，降低运输成本。

图11 商用车换电站运营[6]

5 结束语

在换电重卡动力模式方面，吉利换电重卡采用快换电池驱动与增程式混动驱动2种动力模式，该方案既可以有效降低石油燃料的消耗量降低运输成本，又可以有效缓解纯电动车辆的历程焦虑问题，同时双动力源模式能够有效提升重卡车辆的运输里程，有助于换电重卡在长途干线中展开运营活动，有效减少干线沿途的换电站建设数量，降低建站成本。在商用车长途运输领域值得借鉴，具有一定的发展潜力。

在快换电池的布置方案方面，为降低换电重卡快换电池的重心高度，李书福提出利用倒凹字型电池的顶部安装模式与驱动系统后移的底部安装模式。虽然底部电池安装模式能够更加有效的降低快换电池的重心高度，但快换电池底部安装时需要对换电重卡底盘结构进行较大的改动，技术实现难度较大；另一方面由于重卡的快换电池体积与重量均较大，采用底部换电模式在换电站建设方面同样存在较大的实施难度。结合吉利在重卡换电装置领域的专利均以顶部换电模式展开布局，因此预测吉利的换电重卡在具体实施时将采用顶部换电模式，利用倒凹字型电池结构降低重心高度。

结合吉利汽车在换电领域的专利申请趋势，吉利汽车在换电领域的专利申请量明显提升，显示出吉利汽车对于换电技术重视程度的提升。同时在李书福作为独立发明人的换电专利中，相关专利围绕商用车换电技术从车辆的动力模式设计、换电电池的安装、换电装置的设计以及换电运营管理等方面进行了较为全面系统的专利布局，预示吉利将在已有的乘用车换电技术产业化应用的基础上，积极的探索商用车换电技术并域进行相应的产业化布局。