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新能源纯电动汽车换电模式技术探讨
2022-02-07 15:43:57· 来源：汽车电子设计
能源供给是电动汽车产业链中的重要环节，能源供给模式与电动汽车的发展密切相关。目前电动汽车的能源供给存在两种模式，充电和换电。充电分为慢充和快充，慢充充
能源供给是电动汽车产业链中的重要环节，能源供给模式与电动汽车的发展密切相关。目前电动汽车的能源供给存在两种模式，充电和换电。充电分为慢充和快充，慢充充电时间较长，快充会影响电池使用寿命。而换电模式，通过直接快速高效替代电量较低的电池，实现快速补能，越来越受到人们的关注。新能源厂商例如蔚来，在电动汽车补能方式上，将换电作为亮点技术进行推广。
换电模式基于自身的技术特点和适用场景也面临许多问题，如果想进一步拓展换电模式需要从以下四个维度进一步开展技术的深入研究：
▲图1 换电模式的研究方向
一、电池与电动汽车的标准化
（1）电池体系的标准化
在我之前新能源动力电池技术三部曲电芯篇的时候也提到过，要想满足新能源市场的产能需求，整个电芯体系的标准化至关重要。对于换电模式来讲，电池体系的标准化，可以灵活满足不同里程电池的需求匹配。1月18日，时代电服在线上举行发布会，发布换电服务品牌EVOGO及组合换电整体解决方案。其中提到了专门为实现共享换电开发的“巧克力换电块”，小而高能，自由组合，极简设计。值得一提的是，标准化的电池块配上无线BMS技术（无线BMS技术参考我之前写的纯电动汽车BMS系统未来发展趋势的探讨）将会极大提升动力电池系统的灵活性和匹配性。换电站适配使用“巧克力换电块”各品牌车型，实现换电车型的选择自由。据自身的使用场景与习惯，自由选择租用换电块的数量。
▲图2 宁德时代 巧克力电块
（2) 换电技术的标准化
目前换电的方式主要有三种，其中底盘换电式是最常用的一种。
▲表1 换电方式
▲表2 换电技术要求及特征
不同厂家生产的电池和电动汽车都有所不同，包括尺寸、接口和布置方式等，这给换电模式的统一标准化操作带来了很大的困难，因此，制定与换电模式相配套的标准体系需要企业和政府共同完善制定。
二、电池集中型充电站和配送站的规划建设
当前很多新能源厂商在换电模式上投入大量的人力和物力，但是大家对于换电网络复杂性还需进一步提升，尤其在充电站和换电站规划上的研究。图3示意了换电网络的规划和运行层面所要考虑的基本单元及其相互关系。
从图2可以看出，换电网络的规划，包括集中型充电站规划、配送站规划、电池的数量规划等。未来随着新能源汽车销量的不断提升，建立集中型充电站将会是实现电池统一调度和监控的有效途径。通过集中式的管理，可以有效参与电网负荷管理和系统调峰，提高电网的符合效率，从而提高系统整体运行的效益。
▲图3 换电网络布局图
配送站作为集中型充电站和电动汽车连接中介，需要快速高效地完成换电任务，并且部分换电站还肩负着需要对电池进行补能的工作，同时对换下来的电池进行状态管理。在规划设计方面需要满足占地面积，流通速度，容量和气候环境等要求。
▲图4 一般换电系统（配送站）构成
▲图5 宁德时代EVOGO换电站
如图5，宁德时代换电站，每一个标准站仅需三个停车位，单个电块换电约1分钟，站内可存储48个换电块。换电站还可提供适配不同地区气候环境条件的版本。
三、电池的流通管理
▲图6 蔚来BasS模式
应根据蓄电池本身性能及寿命特点和电动车使用的需要，研究电池的流通办法。蔚来通过其周到便捷的加电服务模式，完成了对充电、换电设施的广泛铺设和电池流通的服务。推出电池租用服务(BaaS,Battery as a Service)，实现车电分离，用户只需支付买车费用，不用购买动力电池，采取每月支付租金租用电池的方式，使购车金额直接减少7万元左右。这解决客户因电池衰减而造成的车辆贬值的担忧，并且购车时节省购车成本也降低了用户的购车压力。这种服务模式有助于提高蔚来汽车的销量同时也能在一定程度上促进电池的流通。但这会将电池折旧成本转移到厂家身上。
总结：
面对新能源电动汽车市场的快速增长，换电模式作为有效的补能技术能满足新能源市场的需求。下一步围绕电池体系和换电技术标准化将会极大促进换电模式的发展，尤其随着主流电池厂商CATL入局，将会围绕电池的标准化建设展开持续竞争。电池更换式充电站的规划更需要系统化思考建设，应对将来的大量的补能需求。同时在电池流通领域需要创新营销模式和方案，真正实现电池全生命周期的管理。
作者介绍：坚果
微信号：Annie413190475
豪华车企的高级工程师，从发动机测试转入电池测试。
目前专注于电池测试技术研究
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