发表时间：2017-03-22T14:38:02.640Z 来源：《基层建设》2016年第34期作者：韦佶江
[导读] 摘要：国家近期规划推进电动汽车产业化，并指出要探索相关电池租赁、充换电服务等多种商业模式。
1引言
国务院《节能与新能源汽车产业发展规划（2012―2020年）》提出：“重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化”，“探索新能源汽车及电池租赁、充换电服务等多种商业模式”。[1]对充电模式中的换电模式有关技术及其运作方式进行分析，探讨优劣，有助于相关技术标准的完善以及产品质量检验的开展。
2 电动汽车换电的简介
换电是通过直接更换车载电池的模式补充电能，换电时间与燃油汽车加油时间相近，大约需要5～10min[2]。快换可以在充电站也可在专用电池更换站完成。
3换电模式技术上的优缺点
3.1充电时间和电池寿命[2]
换电模式通过直接更换电动汽车的电池组达到为其补充电能的目的，可实现电能迅速补给，同时便于电池维护和延长寿命。目前在电池更换方面，普通车的电池组可以在5min内完成更换，电动公交车也仅仅需要8min，更换时间基本与传统汽车的加油时间持平，更易于电动公交车的运营。对用户来说根本上解决了充电时间过长的难题，因此也可以适用于长途旅行者。单体磷酸铁锂电池的循环寿命可以达到5000次以上，按照2000次来设定出厂标准是完全可以实现的。
相比之下整车充电模式中的交流慢充，常规蓄电池的充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电，一般充电时间为5～8h，甚至长达10～20h；交流慢充是以较大电流在较短时间内为电动汽车提供充电服务，一般设计充电电流为150～400A，容易损害电池寿命，甚至引发危险。如果没有人工维护，采取盲充方式补给电能，电池组的循环寿命将急剧下降到200次左右，甚至会出现几十次充电就损坏的情况。
3.2换电模式快速插拔接口
快速插拔的大电流接插件不仅很昂贵；而且可靠性也成问题。汽车的动力电池使用条件比手机和笔记本要恶劣得多，如要承受温度的急剧变化、充电电流也大得多，在使用中，还要承受剧烈的颠簸和震动，汽车的行驶还造成了不均匀的放电，如果受到碰撞，电池也会受到冲击。电池频繁拆卸更换，极容易导致电池损坏。如何能够在插拔更换方便与有效固定平衡，更重要的还有碰撞安全之间平衡，还没有成熟的答案。2011年杭州一辆车型为众泰朗悦的纯电动出租车（换电汽车）由于电池漏液、绝缘受损以及局部短路，发生了电池自燃。[3] 3.3电网及充电设施方面[2]
一旦电动汽车的拥有量达到一定规模，如果所有的电动汽车都在下班后的同一时间充电或进行快速充电，就会产生较大的谐波，对城市公用电网及其他用户造成影响。随着电动汽车保有量的增加，大量的电动汽车充电将带来用电负荷的快速增长，会给用电负荷峰谷差日益加大的电力系统再次增加巨大的供电压力。在电动汽车无序充电的情况下，大量电动汽车充电还会加重局部电网的电压降过大、配电变压器及用电设备利用率不高、支路容量不匹配等一系列问题。从电网吸收能量将增加电网负荷需求，需要提高电网备用容量。集中充电+换电模式中，电力供配经过合理的规划，完全不会产生上述问题，利用晚上用电低谷阶段均衡地从电网吸收存储能量，实现填谷功能及提高供电、用电设备的利用率。
但集中充电+换电模式需要大量专门场所为电池储存、充电；目前的技术如需快速换电，还要依靠机器人操作，对基础设施要求较高，不如充电桩、家庭慢充等灵活。
3.4技术发展前景
从全行业范围来看：要在全行业实现换电模式，首先必须实现电池的标准化，甚至电动车工业设计的标准化。而动力电池技术还未成熟，电池种类繁多（电池按正极材料划分，就有锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝三元材料电池等；从封装体积来看，既有Tesla所用的18650规格小电池的串并联组合，也有电池厂家生产的大型棱柱形单体电池）。由于电池管理的复杂性，不同规格、不同种类电池的兼容更非常困难。
在充电位紧张的地区、需要汽车连续运转的行业（公交车、出租车），换电模式在技术上有显而易见的
优势。2015年，北汽新能源与北京石油签订战略合作协议，利用中石化的加油站场地资源共同建设换电站。其开发的C50EB换电出租车换一块充满电的电池仅需要3分钟，换一次电可以运营200公里。可以实现出租车的双班运营，提高出租车公司的效益。同时，利用加油站场地资源建设换电站，也解决了换电设施建设场地资源问题。北汽新能源推进的是充换电一体站，用户可以自由选择充电或换电。在设计上，车辆只是换了一个含有快接功能的电池箱，整车的底盘结构设计无需改变，不增加新能源系统部件，并未大幅增加车企的生产成本。[4] 随着技术发展，电池能量密度的不断提高，续航里程不断延长[5]，电动汽车充电时间与使用时间的比值可能会下降到一个相当低的程度，换电模式充电的优势也随之下降。
4国内换电模式汽车及其服务发展实例
杭州地区的组织模式为“快速换电、裸车销售、电池租赁”。[6]在这个模式中用户（新能源出租车公司）需要向整车企业购买电动车裸车，再向国家电网旗下新能源公司（运营商）租赁电池，并在实际使用中按里程缴纳租赁费。而运营商通过向专业生产厂家统一购买电池、进行集中维护管理。
“杭州快换”模式很大程度上需要依赖政府补贴，因此盈利能力会受到一定制约，即便如此此模式也能享受市场扩张带来的好处；换电与汽油车比较接近，提升换电收费的空间不大。
5 结语
在目前技术条件没有巨大变化的情况下，电动汽车换电模式充电仍有很大的优势。亟待整合规范的相关产业使标准制定、质量检验大有可为。
参考文献：
[1] 国务院.节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）[Z].国发〔2012〕22号.
[2] 戴嘉昶.电动汽车整车充电模式与集中充电+换电模式的比较苏州供电公司[J].电力需求侧管理，2014.01，16（1）：57-60.
[3] 中国电动汽车百人会.电动汽车安全报告 [R].郑州，2016.08
杭州电动汽车租赁[4]佚名作者.换电模式卷土重来：北汽新能源200座充换电站2017年底运营[N].21世纪经济报道2016年11月08日18版.
[5] 中国产业调研网.中国汽车电池市场调研与发展前景预测报告[R].报告编号：160A919
[6] 李忠东.特斯拉推出“换电模式”[J].汽车与配件，2013，9：38-39.
[7]张朝晖，王颖春.苗圩：“十二五”汽车业兼并重组力度将加大来源[N].中国证券报，2011-03-11.
[8] 才艺欣，王贺武，叶强，欧阳明.深圳和杭州电动出租车充电或换电池服务的商业模式 [J].汽车安全与节能学报，2013，4（1）：54-60.
[9] 国家能源局.电力发展“十三五”规划（2016-2020年）[Z].2016.
作者简介：
韦佶江，男，硕士/助理工程师，毕业于武汉大学，现在广西产品质量检验研究院机电检测部工作。
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