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我国新能源汽车换电模式发展研究与建议

摘要：目前，我国新能源汽车主要采用以充电为主的补能方式，但新能源汽车用户因充电桩存在充电时间较长、分布不均匀等一系列问题，里程和充电焦虑仍较为严重。换电模式由于具有补能效率更高、辅助电网错峰配电、便于电池闭环管理等优势，经过多年探索，已进入快速发展阶段。基于此背景，本文对换电模式发展历程、市场情况、技术发展态势进行了梳理，总结了换电模式优势及存在问题，并提出了发展建议。

关键词：换电模式；市场情况；技术发展态势；优势及存在问题；发展建议

一、换电站基本概述

（一）换电站概念

换电站是对大量电池进行集中存储和集中充电，并提供电动汽车电池更换服务的能源站。换电站采取换电方式，将汽车和电池分离，电动汽车不通过充电，而是直接更换电池进行补能，以满足续航里程要求。换电站结构可分为换电系统、充电系统、换电平台及控制系统等四部分。

换电系统主要由换电机器人、加解锁平台、码垛机、锁止机构组成，作用是从电动汽车上卸下亏电电池，将亏电电池转移至电池仓充电，并同时从电池仓内获取已经充满电的电池，安装至车辆内完成换电工作。换电机器人是换电系统最重要的设备之一，加解锁平台可实现车辆电池包的更换与加解锁功能，码垛机主要完成电池的运输和交换，锁止机构主要完成锁止、分离等操作。

充电系统实现充放电功能，通常情况下采用交流慢充方式。在充电系统中，电池箱体对安全防护、锁止/解锁等技术要求较高。充放电功率一般为10kW~60kW，充电电压一般为200V~500V。

换电平台由换电仓和停车底座组成，实现车辆的停放与定位。现阶段有两类换电平台，一类是下沉式定位平台，主流换电站均采用该类换电平台，但存在土建结构设计麻烦、建设周期长、需另行增加排水措施、无法搬迁等问题；另一类是将车辆利用顶升装置抬起，但由于汽车悬架的存在，顶升装置设计要求较高。换电模式下，车辆定位需要达到较高的精度，如果停车定位不准确，车辆定位难以顺利完成，可能影响后续换电工作。

控制系统负责站内设备间的协同控制，以及与车辆/用户通信。控制系统接收来自车辆/用户的电池更换请求，并控制换电平台执行换电操作。控制系统涉及车载RFID（电子标签）识别、车牌识别等技术。

（二）换电模式产业链整体架构

换电模式产业链上游由电池、硬件平台、充换电系统等供应商组成，分别负责提供动力电池、换电设备和软件系统等；中游换电运营商主要有整车制造商、电池制造商和能源企业等，负责换电运营维护；下游主要由用户和电池回收企业构成。现阶段，商用车和出租车等B端用户（商家用户）已逐渐倾向购买换电版车型。随着换电技术不断发展，换电时间已大幅度下降至90秒左右。换电站开始引入自动化技术，不用安排专门的工作人员。换电过程也正朝着标准化方向发展，未来将实现换电站对多种车型换电。

二、换电模式发展历程

（一）国外换电站发展情况

2007年起，国外企业推出了换电站，但是应用推广效果并不理想。同年，以色列的沙伊·夏嘉曦推出了纯电动汽车换电技术，成立了换电企业BetterPlace，一年后在以色列建立了第一座换电站，并与雷诺汽车签订了合作协议。但是该换电站的建设需要投入大量资金，前期购置电池成本较高，且当时市场需求较小，实际订单仅有1%，难以支撑项目运营，BetterPlace最终于2013年破产清算。同年，特斯拉提出90秒快换技术，但因成本较高，兼容性较差，难以满足用户需求，两年后特斯拉放弃了该技术。至此，国外再无换电站企业。

（二）国内换电站发展情况

国内换电模式发展可分为三个阶段：

2006-2011年，换电技术储备与商业模式探索阶段。国家电网在2006年开始组织电动汽车充换电设施研发工作，2010年在杭州完成了500台纯电动换电型出租车试点，首次提出并验证了“车电分离，里程计费”的商业模式，该模式将电动汽车与电池分开销售，换电价格按行驶公里确定，降低了用户购车和换电成本。2011年，国家电网确定“换电为主，插充为辅，集中充电，统一配送”的智能充换电运营模式。

2012-2018年为充电模式初步发展阶段。国务院于2012年颁布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，明确了以充电为主的发展方向。在此期间，尽管国家政策重点鼓励发展充电，但各车企并没有停止换电研发的脚步。北汽新能源开展了换电运营，并提出“擎天柱”计划开展换电运营。蔚来推出了可车电分离购买的换电版ES8车型。

2019年至今为换电模式快速发展阶段。2020年，换电作为新基建的重要组成部分，首次被写入《政府工作报告》。此后，国家推出一系列政策，鼓励开展换电模式应用，并于2021年正式启动新能源汽车换电模式应用试点工作。2023年国家发展改革委发布《关于恢复和扩大消费措施的通知》，明确加快换电模式推广应用，换电模式迎来了发展新局面。