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摘 要：电动汽车换电模式是指通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电、统一配送，并在电池配送站内对电动汽车进行电池更换服务或者集电池的充电、物流调配、以及换电服务于一体。虽然现阶段，换电技术遇到了一些问题，但它可以大幅度提高电能补充效率、延长电池使用寿命、消除续航里程焦虑，发展前景仍然良好，是今后新能源汽车重要的辅助技术，近两年又在技术和模式方面出现了新的方向和趋势。基于此，本文就电动汽车换电模式的发展进行简要探讨。
关键词：电动汽车;换电;发展;
一、电动汽车换电模式的优势
1.缩短能源补给时间，大幅度提高效率
目前新能源汽车的电能补给仍然以充电为主，通过私人充电桩和公共充电桩的慢充和快充模式为车辆充电，但即使是大功率的直流电快充，目前投入运营的最高功率仅为90kW，纯电动汽车的电池容量普遍在60kW？h左右，容量较高的达到90～100kW？h，而且后期的涓流充电会显著降低速度，一般充满时间在0.5～2h，而换电时间一般在3～5min，是快充所需时间的1/10左右，与燃油车加油时间相当，极大地缩短了纯电动汽车的电能补给时间，大幅度提高新能源汽车的使用效率。
2.延长电池使用寿命
由于目前大部分新能源汽车的动力电池是不可快速拆卸的，需要一直持续使用，快充虽然可以缩短补给时间，但由于短时间内电流和电压过大，会降低动力电池的还原能力，减少电池充放电的循环次数，加速电池容量的衰减，进而缩短动力电池的使用寿命。由于换电站会储备多块动力电池，可以使用慢充对电池充电，用充满的电池进行更换，此外，每次换电操作之后都需要对电池进行检测和保养，以确保电池的正常使用，延长电池的使用寿命。
3.消除续航里程短板
截至2019年底，全国安装公共类充电桩51.64万台，安装私人类充电桩70.3 万台，公共桩和私人桩共计约121.94万台，同比增速为57.0%。国內充电桩保有量保持了持续快速增长态势，但车桩比仅为3.4∶1，充电桩仍然存在巨大缺口，特别是高速公路服务区的充电桩目前数量较少，充电速度慢，设备损坏率高，无法满足新能源汽车长途旅行的需求，而换电站的快速普及可以很好地补充充电桩缺口，换电时间大大缩短，已经与加油时间相当，此外换电站全是由相关企业自主建设，有专业的团队负责运营和后期维护，能够保证车主长期稳定使用，目前换电技术是解决续航里程问题的最理想方案。
二、现阶段电动车换电技术的存在问题
1.普及率仍然偏低，发展较慢
虽然换电技术近年来发展较快，汽车销量和换电站数量持续增加，但由于所需资金数额庞大，技术门槛较高，多数企业对此仍处于观望状态，仅有数家企业投身，换电汽车数量占新能源汽车总量比例仍然偏低，截至2019年底中国新能源汽车保有量达381万辆，而具备换电功能的汽车不足10万辆，占新能源汽车保有量的比重不到3%。全国范围内的换电站数量不足500座，远远低于充电桩121.94万台的保有量，2019年8月底，蔚来宣布旗下所有车型的首任车主可享受终生免费换电，免费换电，首日，全国各地的蔚来换电站就相继出现长时间排队等待的状况，甚至超过充电时间，效率严重降低，这一现象说明目前换电站数量和普及率远不能满足车辆的换电需求，势必会影响现有车主的体验和潜在消费者的购买意愿，进而影响换电模式的发展。
2.增加运营成本，加重企业负担
换电技术需要生产企业对车辆底盘、动力电池、车身结构等方面进行重新设计，与传统充电方式相比差别较大，加之是一项新技术，没有之前的技术储备和积累，研发费用和技术门槛较高，客观上导致研发换电技术的企业较少。同时，换电站除了换电业务外，还需要对电池进行充电、检测、保养等，加之目前换电站还无法实现智能汽车充电桩的无人自助操作，需要单独组建专业团队进行运营，建设成本和人力成本骤增，进一步加重企业负担，最终影响其整体经营发展。换电模式的创始公司Better Place因为巨额的财政负担已经破产，特斯拉在评估其换电业务的投入产出比过高，会给公司造成极大财务风险之后直接放弃，甚至没有投入运营。
3换电模式的未来发展趋势
3.1集约型换电设施
换电站除了要为新能源汽车提供换电服务之外，还要对动力电池进行储备、充电、检测、保养等，保证其能够正常稳定使用。基于以上多种功能的换电站相比于充电桩占地面积更大、建设和运营成本更高，一直制约和阻碍换电模式的推广应用。针对这一现状，国内最大的电网企业国家电网正在主导研发占地面积更小、建设成本更低、自动化水平更高的集约型换电站。
集约型换电站是在原有换电站的基础上，基于集约型、模块化、高效率为核心的技术研发思路提出的集成式换电设备，为了最大限度地利用土地，换电站地主体采用高箱集装箱，并对内部进行一体化充换电系统设计、电气模块化设计，对功能子系统集成优化，采用信息监控和多工位集约化，实现电池充换电自动甄选和存取，提高自动化水平，一般可以提供超过 20个充电工位。由于储存的动力电池较多，为保障使用过程中的安全，集装箱体增加了雨棚、卷闸门、安全护栏等防护设备，以保障使用过程中的安全稳定，如图1所示。
2.“车电分离”商业模式
传统新能源汽车因为动力电池固定在底盘不可快换，对外是按整车销售，由于目前动力电池成本较高，技术还不成熟，导致新能源汽车续航里程有限且价格较高，产品吸引力有限，与燃油车竞争时处于劣势，换电技术可以让车辆和动力电池分离，为厂商提供可以单独销售动力电池的可能性，相关企业根据这一独有特性，探索出“车电分离”的新模式，即动力电池与车辆分离，单独进行销售和租赁，而租用电池可以将一次性购买成本分摊到每月，极大地缓解消费者的资金压力。
3.制定统一标准
新能源汽车的充电技术与产业本身几乎是同步发展，经过近20年的不断完善和进步，目前充电技术的接口标准已经统一，纯电动汽车已经可以在其他品牌的充电桩进行充电，统一标准使充电变得更加便利高效，显著提升产品的吸引力和竞争力，加速新能源汽车的普及推广，促进产业整体的发展，统一标准对其重要性不言而喻。换电技术由于起步较晚，同时涉及专利与商业机密，目前还处于各大厂商自主研发、各自为政的发展阶段，而各车企内部的发展阶段和路径也不尽相同，其中，蔚来汽车的发展阶段走在了行业前沿，其在换电模式的初始阶段就制定了统一标准，旗下所有车型均使用相同规格的动力电池，同一种电池可以给不同的车型更换，高效便捷。2018年底蔚来又推出了业界首创的电池升级服务，用户可以付费更换更高容量的动力电池，费用远低于购买整车，使用现有车辆就可以提升续航里程，极大地节省了费用，在新能源汽车发展历史上有重要的意义。
结束语：
综上所述，换电技术目前已经为新能源汽车续航里程焦虑提供了行之有效的解决方案，换电商业模式可以在共享和大规模租赁车辆上实施，但同时存在一些现阶段难以解决的问题，随着无线充电、固态电池技术的日渐成熟，未来会有更多解决续航里程不足问题的方案，与换电技术最终共同促进新能源汽车产业的发展。
参考文献：
[1]王红.电动汽车集约型换电设施的设计研究[J].发电技术， 2019， 40（6）： 535-539.
[2]赵晓华.电动汽车电池快换商业模式探究[J].中外企业家， 2019， 627（01）：130-132.
[3]刘晓庆，张百顺，王国芳.电动汽车电池快换装置[J].河南科技，2018， 657（31）：192-193.
关键词：电动汽车;换电;发展;
一、电动汽车换电模式的优势
1.缩短能源补给时间，大幅度提高效率
目前新能源汽车的电能补给仍然以充电为主，通过私人充电桩和公共充电桩的慢充和快充模式为车辆充电，但即使是大功率的直流电快充，目前投入运营的最高功率仅为90kW，纯电动汽车的电池容量普遍在60kW？h左右，容量较高的达到90～100kW？h，而且后期的涓流充电会显著降低速度，一般充满时间在0.5～2h，而换电时间一般在3～5min，是快充所需时间的1/10左右，与燃油车加油时间相当，极大地缩短了纯电动汽车的电能补给时间，大幅度提高新能源汽车的使用效率。
2.延长电池使用寿命
由于目前大部分新能源汽车的动力电池是不可快速拆卸的，需要一直持续使用，快充虽然可以缩短补给时间，但由于短时间内电流和电压过大，会降低动力电池的还原能力，减少电池充放电的循环次数，加速电池容量的衰减，进而缩短动力电池的使用寿命。由于换电站会储备多块动力电池，可以使用慢充对电池充电，用充满的电池进行更换，此外，每次换电操作之后都需要对电池进行检测和保养，以确保电池的正常使用，延长电池的使用寿命。
3.消除续航里程短板
截至2019年底，全国安装公共类充电桩51.64万台，安装私人类充电桩70.3 万台，公共桩和私人桩共计约121.94万台，同比增速为57.0%。国內充电桩保有量保持了持续快速增长态势，但车桩比仅为3.4∶1，充电桩仍然存在巨大缺口，特别是高速公路服务区的充电桩目前数量较少，充电速度慢，设备损坏率高，无法满足新能源汽车长途旅行的需求，而换电站的快速普及可以很好地补充充电桩缺口，换电时间大大缩短，已经与加油时间相当，此外换电站全是由相关企业自主建设，有专业的团队负责运营和后期维护，能够保证车主长期稳定使用，目前换电技术是解决续航里程问题的最理想方案。
二、现阶段电动车换电技术的存在问题
1.普及率仍然偏低，发展较慢
虽然换电技术近年来发展较快，汽车销量和换电站数量持续增加，但由于所需资金数额庞大，技术门槛较高，多数企业对此仍处于观望状态，仅有数家企业投身，换电汽车数量占新能源汽车总量比例仍然偏低，截至2019年底中国新能源汽车保有量达381万辆，而具备换电功能的汽车不足10万辆，占新能源汽车保有量的比重不到3%。全国范围内的换电站数量不足500座，远远低于充电桩121.94万台的保有量，2019年8月底，蔚来宣布旗下所有车型的首任车主可享受终生免费换电，免费换电，首日，全国各地的蔚来换电站就相继出现长时间排队等待的状况，甚至超过充电时间，效率严重降低，这一现象说明目前换电站数量和普及率远不能满足车辆的换电需求，势必会影响现有车主的体验和潜在消费者的购买意愿，进而影响换电模式的发展。
2.增加运营成本，加重企业负担
换电技术需要生产企业对车辆底盘、动力电池、车身结构等方面进行重新设计，与传统充电方式相比差别较大，加之是一项新技术，没有之前的技术储备和积累，研发费用和技术门槛较高，客观上导致研发换电技术的企业较少。同时，换电站除了换电业务外，还需要对电池进行充电、检测、保养等，加之目前换电站还无法实现智能汽车充电桩的无人自助操作，需要单独组建专业团队进行运营，建设成本和人力成本骤增，进一步加重企业负担，最终影响其整体经营发展。换电模式的创始公司Better Place因为巨额的财政负担已经破产，特斯拉在评估其换电业务的投入产出比过高，会给公司造成极大财务风险之后直接放弃，甚至没有投入运营。
3换电模式的未来发展趋势
3.1集约型换电设施
换电站除了要为新能源汽车提供换电服务之外，还要对动力电池进行储备、充电、检测、保养等，保证其能够正常稳定使用。基于以上多种功能的换电站相比于充电桩占地面积更大、建设和运营成本更高，一直制约和阻碍换电模式的推广应用。针对这一现状，国内最大的电网企业国家电网正在主导研发占地面积更小、建设成本更低、自动化水平更高的集约型换电站。
集约型换电站是在原有换电站的基础上，基于集约型、模块化、高效率为核心的技术研发思路提出的集成式换电设备，为了最大限度地利用土地，换电站地主体采用高箱集装箱，并对内部进行一体化充换电系统设计、电气模块化设计，对功能子系统集成优化，采用信息监控和多工位集约化，实现电池充换电自动甄选和存取，提高自动化水平，一般可以提供超过 20个充电工位。由于储存的动力电池较多，为保障使用过程中的安全，集装箱体增加了雨棚、卷闸门、安全护栏等防护设备，以保障使用过程中的安全稳定，如图1所示。
2.“车电分离”商业模式
传统新能源汽车因为动力电池固定在底盘不可快换，对外是按整车销售，由于目前动力电池成本较高，技术还不成熟，导致新能源汽车续航里程有限且价格较高，产品吸引力有限，与燃油车竞争时处于劣势，换电技术可以让车辆和动力电池分离，为厂商提供可以单独销售动力电池的可能性，相关企业根据这一独有特性，探索出“车电分离”的新模式，即动力电池与车辆分离，单独进行销售和租赁，而租用电池可以将一次性购买成本分摊到每月，极大地缓解消费者的资金压力。
3.制定统一标准
新能源汽车的充电技术与产业本身几乎是同步发展，经过近20年的不断完善和进步，目前充电技术的接口标准已经统一，纯电动汽车已经可以在其他品牌的充电桩进行充电，统一标准使充电变得更加便利高效，显著提升产品的吸引力和竞争力，加速新能源汽车的普及推广，促进产业整体的发展，统一标准对其重要性不言而喻。换电技术由于起步较晚，同时涉及专利与商业机密，目前还处于各大厂商自主研发、各自为政的发展阶段，而各车企内部的发展阶段和路径也不尽相同，其中，蔚来汽车的发展阶段走在了行业前沿，其在换电模式的初始阶段就制定了统一标准，旗下所有车型均使用相同规格的动力电池，同一种电池可以给不同的车型更换，高效便捷。2018年底蔚来又推出了业界首创的电池升级服务，用户可以付费更换更高容量的动力电池，费用远低于购买整车，使用现有车辆就可以提升续航里程，极大地节省了费用，在新能源汽车发展历史上有重要的意义。
结束语：
综上所述，换电技术目前已经为新能源汽车续航里程焦虑提供了行之有效的解决方案，换电商业模式可以在共享和大规模租赁车辆上实施，但同时存在一些现阶段难以解决的问题，随着无线充电、固态电池技术的日渐成熟，未来会有更多解决续航里程不足问题的方案，与换电技术最终共同促进新能源汽车产业的发展。
参考文献：
[1]王红.电动汽车集约型换电设施的设计研究[J].发电技术， 2019， 40（6）： 535-539.
[2]赵晓华.电动汽车电池快换商业模式探究[J].中外企业家， 2019， 627（01）：130-132.
[3]刘晓庆，张百顺，王国芳.电动汽车电池快换装置[J].河南科技，2018， 657（31）：192-193.