2021年6月22日-23日，由蓋世汽車(chē)主辦的“2021中國(guó)下一代汽車(chē)高質(zhì)量發(fā)展論壇•新能源汽車(chē)三電先進(jìn)技術(shù)•”在南京召開(kāi)。本次會(huì)議持續(xù)兩天，將圍繞新能源三電中長(zhǎng)期技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、政策、標(biāo)準(zhǔn)、上下游供應(yīng)鏈、成本、材料體系、電池結(jié)構(gòu)技術(shù)、熱管理、安全技術(shù)、電機(jī)電控關(guān)鍵技術(shù)、智能制造等行業(yè)焦點(diǎn)話題展開(kāi)。會(huì)議期間，藍(lán)谷智慧（北京）能源科技有限公司技術(shù)總監(jiān)李鵬飛發(fā)表了“換電關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)”的主題演講。

以下為演講實(shí)錄：

我匯報(bào)的題目是“換電關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)”。

一、藍(lán)谷智慧能源介紹

二、換電行業(yè)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

三、換電關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)趨勢(shì)

四、換電商業(yè)模式探討

一、藍(lán)谷智慧能源介紹

藍(lán)谷智慧能源是北汽集團(tuán)旗下控股子公司，主要承接北汽集團(tuán)關(guān)于動(dòng)力電池梯次回收利用、能源服務(wù)，包含換電相關(guān)業(yè)務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。

公司在2016年成立，成立初期準(zhǔn)備做動(dòng)力電池梯次回收利用、儲(chǔ)能技術(shù)。2017年，集團(tuán)聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游發(fā)布了“擎天柱計(jì)劃”，我們作為“擎天柱計(jì)劃”的落實(shí)單位，承接換電技術(shù)研發(fā)，即2017年開(kāi)始研究換電。2018年，我們?cè)谖鞑刈隽艘粋€(gè)項(xiàng)目，完成了國(guó)內(nèi)海拔最高、容量最大的儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前運(yùn)行良好，每天大概能發(fā)出來(lái)5000度電的水平。2019年，啟動(dòng)了A+輪融資，完成3.3億融資，進(jìn)一步支持我們業(yè)務(wù)發(fā)展。

公司業(yè)務(wù)定位可以用“一體兩翼”來(lái)形容，“一體”是數(shù)字化云平臺(tái)技術(shù)，“兩翼”為能源服務(wù)和梯次利用。通過(guò)“一體”把我們“兩翼”串聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)業(yè)務(wù)閉環(huán)。“兩翼”即：1.能源服務(wù)板塊，主要是做to B市場(chǎng)，包含車(chē)、站等做能源服務(wù)的集中化運(yùn)營(yíng)；2.梯次利用板塊，做動(dòng)力電池的梯次回收利用。基于換電模式去運(yùn)營(yíng)有很多優(yōu)點(diǎn)，普通車(chē)輛運(yùn)營(yíng)時(shí)更多是用快充方式，快充對(duì)電池的損傷比較嚴(yán)重，我們通過(guò)換電模式可以有效延長(zhǎng)電池使用壽命，同時(shí)電池在換電站運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，能夠通過(guò)大數(shù)據(jù)對(duì)電池狀態(tài)做跟蹤、做監(jiān)控，可以在整個(gè)電池運(yùn)營(yíng)過(guò)程中評(píng)估、評(píng)價(jià)出這個(gè)電池當(dāng)前狀態(tài)怎么樣，下一步要做什么用，也就是為了后面的梯次利用打好基礎(chǔ)。所以公司業(yè)務(wù)定位是圍繞“一體兩翼”形式去做的。

二、換電行業(yè)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

·新能源汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀

如圖，2018~2021年5月份新能源汽車(chē)的銷量情況，截止到2021年一季度，新能源汽車(chē)保有量突破550萬(wàn)輛，其中純電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)突破450萬(wàn)輛。通過(guò)一系列調(diào)研數(shù)據(jù)分析，這些數(shù)據(jù)可以反映出，現(xiàn)在人們對(duì)新能源汽車(chē)的接受程度已經(jīng)有所提高，并且對(duì)新能源汽車(chē)的了解也逐步深入。

結(jié)合集團(tuán)市場(chǎng)調(diào)研和第三方機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)分析，基本上大家關(guān)注新能源汽車(chē)的問(wèn)題有八項(xiàng)，涉及到充電不方便、續(xù)航里程短、電池更換成本高、殘值低、二手車(chē)售賣(mài)困難等一系列問(wèn)題。八項(xiàng)問(wèn)題中，其中充電不方便、續(xù)駛里程短兩個(gè)問(wèn)題用戶關(guān)注度已經(jīng)超過(guò)了50%。也就是說(shuō)新能源汽車(chē)雖然在前期有這么大的銷量，但是用戶對(duì)新能源汽車(chē)還是有這樣一系列的問(wèn)題，這些問(wèn)題我們?nèi)绾谓鉀Q？如何克服？如何提高客戶對(duì)新能源汽車(chē)的滿意度？換電可以很好的解決這些問(wèn)題。

針對(duì)里程焦慮問(wèn)題：

問(wèn)題1，換電站類似于加油站，通過(guò)換電方式，我們獲得類似于加油站的體驗(yàn)，高速上30公里服務(wù)區(qū)，城市里3~5公里就能有一個(gè)換電站，所以換電方式可以有效解決里程焦慮問(wèn)題。

問(wèn)題2，充電難。想充電時(shí)，充電樁不一定能用，可能是壞的。冬天充電時(shí)，充電時(shí)間特別長(zhǎng)，是夏天充電1倍以上。

然后費(fèi)用高，殘值低。這些可以通過(guò)車(chē)電分離模式解決。如果新能源汽車(chē)把電池方面成本轉(zhuǎn)由電池資產(chǎn)銀行持有，對(duì)于我們來(lái)講，只買(mǎi)了一個(gè)帶動(dòng)力機(jī)構(gòu)的車(chē)身，無(wú)論新能源汽車(chē)的變化有多快，或者無(wú)論電池技術(shù)發(fā)展有多快，對(duì)于我們來(lái)講，只是車(chē)身的持有者，電池技術(shù)的提升對(duì)于我們是一個(gè)利好，我們可以充分去享受技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的體驗(yàn)提升。

換電優(yōu)勢(shì)：

1.最接近于傳統(tǒng)車(chē)的使用習(xí)慣，補(bǔ)能方式類似于傳統(tǒng)汽車(chē)去加油站加油，車(chē)沒(méi)電了，到換電站1-2分鐘換一塊電池。方便、快捷。

2.通過(guò)車(chē)電分離模式，可以把目前新能源汽車(chē)?yán)镫姵剡@一塊而產(chǎn)生的一系列問(wèn)題解決掉，并且能夠享受到電池新的技術(shù)帶來(lái)的體驗(yàn)上的提升。

3.換電站是集約化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可縱向發(fā)展。普通充電場(chǎng)站是橫向的，多大場(chǎng)地停多少車(chē)，但換電系統(tǒng)可以縱向發(fā)展，土地集約利用效率高，尤其在寸土寸金的大城市。

4.附加功能比較多，目前做的一個(gè)換電站內(nèi)部有20塊電池包，大概合1MWh容量，換電站某種意義上就是儲(chǔ)能站，通過(guò)雙向PCS系統(tǒng)可以把換電站用到儲(chǔ)能系統(tǒng)上，比如換電站外面加直流的快充樁，在不用擴(kuò)容情況下實(shí)現(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)360千瓦的快充。

換電劣勢(shì)：

1.因?yàn)楝F(xiàn)在換電處在起步階段，大家電池包一致性或電池包的規(guī)格不一樣，造成目前換電站兼容性比較差。

2.現(xiàn)階段因?yàn)橐?guī)模原因，換電成本比較高，用快充模式1.2~1.3元/1度電，如果用換電的話要1.5元左右，現(xiàn)階段成本高一點(diǎn)。

換電這件事情在國(guó)外早就有，2007年以色列Batter Place已經(jīng)開(kāi)始做換電了，并且采用雷諾汽車(chē)，主要運(yùn)營(yíng)位置是在以色列和丹麥，運(yùn)營(yíng)效果很好，但因?yàn)榉N種原因，這個(gè)項(xiàng)目沒(méi)有經(jīng)營(yíng)下去。

特斯拉2013年也嘗試過(guò)換電，提出90s換電，并且能夠快速進(jìn)行整個(gè)能源系統(tǒng)的補(bǔ)充。

Batter Place和特斯拉為什么沒(méi)有做下去？總結(jié)三點(diǎn)：

1.時(shí)間問(wèn)題。2007年，以色列Batter Place開(kāi)始做換電，那時(shí)候我們對(duì)新能源汽車(chē)的認(rèn)識(shí)比較少，接受度低。

2.當(dāng)時(shí)電池成本非常高，運(yùn)營(yíng)做不下來(lái)。

3.體驗(yàn)差。特斯拉90s換電，沒(méi)有推廣下去主要是體驗(yàn)差，充電免費(fèi)而換電收費(fèi)。

北汽集團(tuán)2017年聯(lián)合了產(chǎn)業(yè)鏈上下游，共同發(fā)布了“擎天柱計(jì)劃”，旨在打造光-儲(chǔ)-充-換四位一體的能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，這次計(jì)劃發(fā)布以后，換電市場(chǎng)進(jìn)入快速發(fā)展期，大家對(duì)于換電認(rèn)識(shí)起來(lái)了，截止到2020年底，換電站保有量已經(jīng)超過(guò)530座換電站，預(yù)計(jì)今年換電車(chē)型可以達(dá)到5.7萬(wàn)輛。也就是說(shuō)換電系統(tǒng)在隨著整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展在逐步向好。

·國(guó)內(nèi)政策支持

發(fā)改委、工信部、兩會(huì)政府工作報(bào)告，包含各級(jí)政府相關(guān)政策也在大力支持換電。

舉例來(lái)講，四部委明確在“十四五”規(guī)劃中提出要大力發(fā)展租賃或網(wǎng)約車(chē)等公共出行換電方式。地方政府方面，比如北京市已經(jīng)明確出臺(tái)對(duì)于換電車(chē)輛，每臺(tái)車(chē)提供7萬(wàn)多元補(bǔ)貼。在海南，已經(jīng)明確提出海南島要做充換電設(shè)施一體化建設(shè)。在國(guó)家整體政策層面，現(xiàn)在國(guó)家持積極推進(jìn)的態(tài)度。

·國(guó)內(nèi)車(chē)企動(dòng)態(tài)

去年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)車(chē)企紛紛做換電，北汽、蔚來(lái)、吉利、一汽，還有上汽、廣汽等都在做。乘用車(chē)企業(yè)開(kāi)始關(guān)注換電，并且投入相當(dāng)人力物力。商用車(chē)換電，尤其是今年做重卡換電，是各個(gè)主機(jī)廠重點(diǎn)考慮的事情，這一塊以華菱星馬為代表，開(kāi)始做礦用重卡、物流重卡，這塊做得也是風(fēng)生水起。

國(guó)內(nèi)車(chē)企在前期市場(chǎng)發(fā)展、國(guó)家政策支持和換電技術(shù)發(fā)展趨向更高層次情況下，大家都開(kāi)始投換電。

三、換電關(guān)鍵技術(shù)

·什么是換電？

我的車(chē)沒(méi)電了，開(kāi)車(chē)到換電站，把空的電池包取下來(lái)，把滿的電池包裝上，就完成了能源的補(bǔ)給。

換電主要方式目前有底盤(pán)換電、分箱換電、吊裝式換電。

底盤(pán)換電和分箱換電主要面對(duì)乘用車(chē)，如蔚來(lái)的底盤(pán)換電，東風(fēng)的分箱換電。吊裝式換電主要應(yīng)用在重卡的情況。

·可靠性

換電方式可靠嗎？會(huì)不會(huì)有什么問(wèn)題？會(huì)不會(huì)產(chǎn)生一系列絕緣問(wèn)題、觸電問(wèn)題，會(huì)不會(huì)跑著跑著掉下來(lái)？實(shí)際上換電車(chē)型在開(kāi)發(fā)過(guò)程中嚴(yán)格按照新能源或整車(chē)開(kāi)發(fā)流程去開(kāi)發(fā)的，整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程可控，會(huì)做三高試驗(yàn)以及耐久、濫用測(cè)試等等。

目前換電關(guān)鍵技術(shù)有兩點(diǎn)：1.鎖止機(jī)構(gòu)，即電池包如何跟車(chē)身固定起來(lái)，這是我們一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。2.電連接器，電池包可拆卸，電連接器與車(chē)身之間的匹配關(guān)系、絕緣關(guān)系怎么樣。這兩點(diǎn)是在車(chē)端的關(guān)鍵技術(shù)。

鎖止機(jī)構(gòu)目前有兩大類：1.以蔚來(lái)汽車(chē)為代表的類螺栓式鎖止機(jī)構(gòu)，可以想象成一個(gè)螺栓，通過(guò)螺栓形式把電池包固定在車(chē)身底盤(pán)上，這個(gè)螺栓可以反復(fù)使用的，也是這個(gè)技術(shù)的核心所在。2.以北汽為代表的卡扣式，這個(gè)技術(shù)來(lái)自于美國(guó)軍方導(dǎo)彈的吊鉤技術(shù)。這兩種方式有各自的特點(diǎn)，比如類螺栓方式好處是有預(yù)緊力，可以通過(guò)大扭矩形式把電池包固定在車(chē)身上，劣勢(shì)是螺栓壽命有不足?？鄯绞胶锰幨墙Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，就是一個(gè)開(kāi)模件，直接卡上就可以了，缺點(diǎn)是動(dòng)作執(zhí)行起來(lái)相對(duì)比較復(fù)雜。

·安全性（車(chē)端、站端、云端）

車(chē)端安全性，主要在鎖止機(jī)構(gòu)，鎖止機(jī)構(gòu)本身的可靠性很好，并且通過(guò)鎖止機(jī)構(gòu)到位檢測(cè)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控鎖止?fàn)顟B(tài)。通過(guò)鎖止機(jī)構(gòu)的冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高安全性。說(shuō)到冗余設(shè)計(jì)，三點(diǎn)確定一個(gè)面，對(duì)于車(chē)身來(lái)講，電池包和車(chē)身之間有三個(gè)點(diǎn)做完整的接觸，電池包就不會(huì)掉，卡得比較結(jié)實(shí)，并且具有一定的剛性。實(shí)際做換電時(shí)，電池包固定吊點(diǎn)通常設(shè)計(jì)時(shí)要固定8~12個(gè)，充分做了一定的冗余，換電車(chē)型不用擔(dān)心電池包掛在車(chē)上跑著會(huì)掉的問(wèn)題，完全可以放心。

站端安全，主要是消防安全，一個(gè)站里有20塊電池包，這么大容量電池包萬(wàn)一起火怎么辦？消防安全系統(tǒng)要放在第一位。換電執(zhí)行過(guò)程是電池包拆卸的過(guò)程，如果換電站在電池包拆卸過(guò)程中斷電了，怎么辦。針對(duì)這種情況，站內(nèi)設(shè)置了UPS不間斷供電電源系統(tǒng)，即通過(guò)這套備用電源系統(tǒng)可以保證當(dāng)前這一次換電系統(tǒng)肯定是OK的，能換下來(lái)的，讓用戶能夠完成換電；另外，在這個(gè)站萬(wàn)一發(fā)生起火事故，還能夠通過(guò)備用電源系統(tǒng)、通過(guò)防爆系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)機(jī)器人把有問(wèn)題的電池包推出去，移出到換電站以外，實(shí)現(xiàn)物理隔離，就不會(huì)引燃整個(gè)換電站。

云端安全，通過(guò)數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)以及應(yīng)用程序的安全架構(gòu)技術(shù)來(lái)讓換電站實(shí)現(xiàn)人-車(chē)-站-云數(shù)據(jù)安全的交互，整個(gè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)是可控、加密的，確保結(jié)算系統(tǒng)和用戶數(shù)據(jù)的安全。

從另外一個(gè)角度來(lái)講，換電站最關(guān)鍵的是電池，針對(duì)電池，提出電池主動(dòng)安全。如圖，起火電池包大概有3/4是在充電過(guò)程中發(fā)生的事故，對(duì)于換電站來(lái)講，電池包在站內(nèi)充電時(shí)，我們可以監(jiān)控整個(gè)電池包的充電過(guò)程，讓整個(gè)電池包充電過(guò)程可控，控制當(dāng)前電池包充電時(shí)的溫度、電流等一系列數(shù)據(jù)都可以控制；可以在整個(gè)充電過(guò)程中監(jiān)控每一個(gè)電芯狀態(tài)并做分析評(píng)估，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)評(píng)估電池的安全性、壽命等技術(shù)參數(shù)。所有這些動(dòng)作是在直流充電樁上做不到的事情。通過(guò)對(duì)換電站里電池包體檢、對(duì)電池包實(shí)時(shí)評(píng)估監(jiān)控電池狀態(tài)，通過(guò)主動(dòng)手段去監(jiān)控電池狀態(tài)。

電池被動(dòng)安全，換電站里有20塊電池包，換電過(guò)程中電池可能會(huì)發(fā)生起火風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生這種問(wèn)題怎么辦？站內(nèi)設(shè)置了防爆系統(tǒng)，一旦檢測(cè)到某一個(gè)庫(kù)位電池包發(fā)生起火時(shí)，通過(guò)換電機(jī)器人把有問(wèn)題的電池包移出到倉(cāng)外，做物理隔離，可以降低整個(gè)換電站風(fēng)險(xiǎn)。

換電站發(fā)展趨勢(shì)

·換電即儲(chǔ)能

換電站可以等價(jià)成是儲(chǔ)能站，換電站具備所有儲(chǔ)能站的要素，可以實(shí)現(xiàn)削峰填谷、調(diào)峰調(diào)頻、儲(chǔ)能備電應(yīng)用。可以通過(guò)云端控制系統(tǒng)把整個(gè)區(qū)域內(nèi)換電站做統(tǒng)一調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略備電功能，實(shí)現(xiàn)綠電交易，平抑峰谷，還可以在不增容情況下實(shí)現(xiàn)快充技術(shù)。

·無(wú)人值守

現(xiàn)在智能制造技術(shù)發(fā)展比較快，換電站通過(guò)全自動(dòng)化的換電方式實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，快速實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛和無(wú)人值守?fù)Q電站兩者之間的自動(dòng)結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛的自動(dòng)補(bǔ)能。

·兼容性

現(xiàn)在各個(gè)廠家都在做，電池系統(tǒng)沒(méi)有做到統(tǒng)一，鎖止機(jī)構(gòu)沒(méi)有做到統(tǒng)一，電連接器沒(méi)有做到統(tǒng)一，當(dāng)前首要任務(wù)是兼容性。我們通過(guò)高度兼容的換電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軸距可調(diào)、輪距可調(diào)，充分去適應(yīng)車(chē)輛尺寸，然后自動(dòng)換電機(jī)器人去兼容不同類型的鎖止機(jī)構(gòu)和電池包，通過(guò)集裝箱即電池倉(cāng)的堆疊實(shí)現(xiàn)不同廠家電池包的充電，最后做到共享?yè)Q電。

·標(biāo)準(zhǔn)化

因?yàn)楫?dāng)前在換電發(fā)展初期，國(guó)家以及相關(guān)行業(yè)、團(tuán)體都在做相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我統(tǒng)計(jì)了大概20多條標(biāo)準(zhǔn)，即通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)進(jìn)一步規(guī)范換電行業(yè)，統(tǒng)一換電形式，讓換電行業(yè)更趨向于規(guī)范化。

短期內(nèi)，先通過(guò)鎖止機(jī)構(gòu)和電連接器的標(biāo)準(zhǔn)化，電池包可以根據(jù)車(chē)型需要自主定義，初步實(shí)現(xiàn)換電機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)換電站的兼容。

長(zhǎng)期看，希望電池包分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化，比如A級(jí)車(chē)對(duì)應(yīng)400公里的車(chē)型大致是什么樣的規(guī)格電池包，C級(jí)車(chē)600公里要要有什么樣的性能規(guī)格電池包。類似于加92號(hào)油、95號(hào)油的基本情況。下一步把電池包做分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化。

四、換電商業(yè)模式

·資源整合

換電站本身需要大量的電力供應(yīng)，離不開(kāi)電網(wǎng)的支持，換電車(chē)型的開(kāi)發(fā)需要與車(chē)企的通力合作，針對(duì)電池整個(gè)生命周期的利用又和電池廠商密不可分，因此，換電商業(yè)模式的發(fā)展需要充分借助電力、電池、車(chē)企三個(gè)行業(yè)的資源。寧德時(shí)代、北汽新能源都是我們的股東。

·車(chē)電分離

換電方式可以實(shí)現(xiàn)真正車(chē)-電物理分離，電池由電池資產(chǎn)銀行持有，電池資產(chǎn)銀行可以通過(guò)專業(yè)的技術(shù)將電池性能發(fā)揮到最大化，讓電池最安全、更高效，發(fā)揮最大的價(jià)值。

·電池價(jià)值運(yùn)營(yíng)商

我們通過(guò)云平臺(tái)對(duì)整個(gè)換電站電池進(jìn)行監(jiān)控，電池不再適合車(chē)輛應(yīng)用時(shí)，會(huì)對(duì)電池做評(píng)估、評(píng)價(jià)。最經(jīng)濟(jì)的是整包做儲(chǔ)能應(yīng)用，如果不適合做儲(chǔ)能應(yīng)用時(shí)，會(huì)拆解成電芯，做小動(dòng)力，也就是現(xiàn)在兩輪車(chē)的換電，就可以在整個(gè)電池全生命周期里把電池剩余價(jià)值做到最大化。

謝謝大家！

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源！）