2021年6月22日-23日，由蓋世汽車主辦的“2021中國下一代汽車高質(zhì)量發(fā)展論壇?新能源汽車三電先進技術?”在南京召開。本次會議持續(xù)兩天，將圍繞新能源三電中長期技術發(fā)展趨勢、政策、標準、上下游供應鏈、成本、材料體系、電池結(jié)構(gòu)技術、熱管理、安全技術、電機電控關鍵技術、智能制造等行業(yè)焦點話題展開。會議期間，藍谷智慧（北京）能源科技有限公司技術總監(jiān)李鵬飛發(fā)表了“換電關鍵技術及未來發(fā)展趨勢”的主題演講。
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以下為演講實錄：
我匯報的題目是“換電關鍵技術及未來發(fā)展趨勢”。
一、藍谷智慧能源介紹
二、換電行業(yè)國內(nèi)外現(xiàn)狀
三、換電關鍵技術及未來趨勢
四、換電商業(yè)模式探討
一、藍谷智慧能源介紹
藍谷智慧能源是北汽集團旗下控股子公司，主要承接北汽集團關于動力電池梯次回收利用、能源服務，包含換電相關業(yè)務的高新技術企業(yè)。
公司在2016年成立，成立初期準備做動力電池梯次回收利用、儲能技術。2017年，集團聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游發(fā)布了“擎天柱計劃”，我們作為“擎天柱計劃”的落實單位，承接換電技術研發(fā)，即2017年開始研究換電。2018年，我們在西藏做了一個項目，完成了國內(nèi)海拔最高、容量最大的儲能系統(tǒng)，目前運行良好，每天大概能發(fā)出來5000度電的水平。2019年，啟動了A+輪融資，完成3.3億融資，進一步支持我們業(yè)務發(fā)展。
公司業(yè)務定位可以用“一體兩翼”來形容，“一體”是數(shù)字化云平臺技術，“兩翼”為能源服務和梯次利用。通過“一體”把我們“兩翼”串聯(lián)起來，形成一個業(yè)務閉環(huán)?！皟梢怼奔矗?.能源服務板塊，主要是做to B市場，包含車、站等做能源服務的集中化運營；2.梯次利用板塊，做動力電池的梯次回收利用?；趽Q電模式去運營有很多優(yōu)點，普通車輛運營時更多是用快充方式，快充對電池的損傷比較嚴重，我們通過換電模式可以有效延長電池使用壽命，同時電池在換電站運營過程中，能夠通過大數(shù)據(jù)對電池狀態(tài)做跟蹤、做監(jiān)控，可以在整個電池運營過程中評估、評價出這個電池當前狀態(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。所以公司業(yè)務定位是圍繞“一體兩翼”形式去做的。
二、換電行業(yè)國內(nèi)外現(xiàn)狀
·新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀
如圖，2018~2021年5月份新能源汽車的銷量情況，截止到2021年一季度，新能源汽車保有量突破550萬輛，其中純電動汽車已經(jīng)突破450萬輛。通過一系列調(diào)研數(shù)據(jù)分析，這些數(shù)據(jù)可以反映出，現(xiàn)在人們對新能源汽車的接受程度已經(jīng)有所提高，并且對新能源汽車的了解也逐步深入。
結(jié)合集團市場調(diào)研和第三方機構(gòu)數(shù)據(jù)分析，基本上大家關注新能源汽車的問題有八項，涉及到充電不方便、續(xù)航里程短、電池更換成本高、殘值低、二手車售賣困難等一系列問題。八項問題中，其中充電不方便、續(xù)駛里程短兩個問題用戶關注度已經(jīng)超過了50%。也就是說新能源汽車雖然在前期有這么大的銷量，但是用戶對新能源汽車還是有這樣一系列的問題，這些問題我們?nèi)绾谓鉀Q？如何克服？如何提高客戶對新能源汽車的滿意度？換電可以很好的解決這些問題。
針對里程焦慮問題：
問題1，換電站類似于加油站，通過換電方式，我們獲得類似于加油站的體驗，高速上30公里服務區(qū)，城市里3~5公里就能有一個換電站，所以換電方式可以有效解決里程焦慮問題。
問題2，充電難。想充電時，充電樁不一定能用，可能是壞的。冬天充電時，充電時間特別長，是夏天充電1倍以上。
然后費用高，殘值低。這些可以通過車電分離模式解決。如果新能源汽車把電池方面成本轉(zhuǎn)由電池資產(chǎn)銀行持有，對于我們來講，只買了一個帶動力機構(gòu)的車身，無論新能源汽車的變化有多快，或者無論電池技術發(fā)展有多快，對于我們來講，只是車身的持有者，電池技術的提升對于我們是一個利好，我們可以充分去享受技術進步帶來的體驗提升。
換電優(yōu)勢：
1.最接近于傳統(tǒng)車的使用習慣，補能方式類似于傳統(tǒng)汽車去加油站加油，車沒電了，到換電站1-2分鐘換一塊電池。方便、快捷。
2.通過車電分離模式，可以把目前新能源汽車里電池這一塊而產(chǎn)生的一系列問題解決掉，并且能夠享受到電池新的技術帶來的體驗上的提升。
3.換電站是集約化的系統(tǒng)設計，可縱向發(fā)展。普通充電場站是橫向的，多大場地停多少車，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能站，通過雙向PCS系統(tǒng)可以把換電站用到儲能系統(tǒng)上，比如換電站外面加直流的快充樁，在不用擴容情況下實現(xiàn)即可實現(xiàn)360千瓦的快充。
換電劣勢：
1.因為現(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)階段因為規(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。
換電這件事情在國外早就有，2007年以色列Batter Place已經(jīng)開始做換電了，并且采用雷諾汽車，主要運營位置是在以色列和丹麥，運營效果很好，但因為種種原因，這個項目沒有經(jīng)營下去。
特斯拉2013年也嘗試過換電，提出90s換電，并且能夠快速進行整個能源系統(tǒng)的補充。
Batter Place和特斯拉為什么沒有做下去？總結(jié)三點：
1.時間問題。2007年，以色列Batter Place開始做換電，那時候我們對新能源汽車的認識比較少，接受度低。
2.當時電池成本非常高，運營做不下來。
3.體驗差。特斯拉90s換電，沒有推廣下去主要是體驗差，充電免費而換電收費。
北汽集團2017年聯(lián)合了產(chǎn)業(yè)鏈上下游，共同發(fā)布了“擎天柱計劃”，旨在打造光-儲-充-換四位一體的能源服務網(wǎng)絡，這次計劃發(fā)布以后，換電市場進入快速發(fā)展期，大家對于換電認識起來了，截止到2020年底，換電站保有量已經(jīng)超過530座換電站，預計今年換電車型可以達到5.7萬輛。也就是說換電系統(tǒng)在隨著整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展在逐步向好。
·國內(nèi)政策支持
發(fā)改委、工信部、兩會政府工作報告，包含各級政府相關政策也在大力支持換電。
舉例來講，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)明確出臺對于換電車輛，每臺車提供7萬多元補貼。在海南，已經(jīng)明確提出海南島要做充換電設施一體化建設。在國家整體政策層面，現(xiàn)在國家持積極推進的態(tài)度。
·國內(nèi)車企動態(tài)
去年開始，國內(nèi)車企紛紛做換電，北汽、蔚來、吉利、一汽，還有上汽、廣汽等都在做。乘用車企業(yè)開始關注換電，并且投入相當人力物力。商用車換電，尤其是今年做重卡換電，是各個主機廠重點考慮的事情，這一塊以華菱星馬為代表，開始做礦用重卡、物流重卡，這塊做得也是風生水起。
國內(nèi)車企在前期市場發(fā)展、國家政策支持和換電技術發(fā)展趨向更高層次情況下，大家都開始投換電。
三、換電關鍵技術
·什么是換電？
我的車沒電了，開車到換電站，把空的電池包取下來，把滿的電池包裝上，就完成了能源的補給。
換電主要方式目前有底盤換電、分箱換電、吊裝式換電。
底盤換電和分箱換電主要面對乘用車，如蔚來的底盤換電，東風的分箱換電。吊裝式換電主要應用在重卡的情況。
·可靠性
換電方式可靠嗎？會不會有什么問題？會不會產(chǎn)生一系列絕緣問題、觸電問題，會不會跑著跑著掉下來？實際上換電車型在開發(fā)過程中嚴格按照新能源或整車開發(fā)流程去開發(fā)的，整個開發(fā)過程可控，會做三高試驗以及耐久、濫用測試等等。
目前換電關鍵技術有兩點：1.鎖止機構(gòu)，即電池包如何跟車身固定起來，這是我們一個關鍵技術。2.電連接器，電池包可拆卸，電連接器與車身之間的匹配關系、絕緣關系怎么樣。這兩點是在車端的關鍵技術。
鎖止機構(gòu)目前有兩大類：1.以蔚來汽車為代表的類螺栓式鎖止機構(gòu)，可以想象成一個螺栓，通過螺栓形式把電池包固定在車身底盤上，這個螺栓可以反復使用的，也是這個技術的核心所在。2.以北汽為代表的卡扣式，這個技術來自于美國軍方導彈的吊鉤技術。這兩種方式有各自的特點，比如類螺栓方式好處是有預緊力，可以通過大扭矩形式把電池包固定在車身上，劣勢是螺栓壽命有不足?？鄯绞胶锰幨墙Y(jié)構(gòu)簡單、成本低，就是一個開模件，直接卡上就可以了，缺點是動作執(zhí)行起來相對比較復雜。
·安全性（車端、站端、云端）
車端安全性，主要在鎖止機構(gòu)，鎖止機構(gòu)本身的可靠性很好，并且通過鎖止機構(gòu)到位檢測傳感器，實時監(jiān)控鎖止狀態(tài)。通過鎖止機構(gòu)的冗余系統(tǒng)設計，提高安全性。說到冗余設計，三點確定一個面，對于車身來講，電池包和車身之間有三個點做完整的接觸，電池包就不會掉，卡得比較結(jié)實，并且具有一定的剛性。實際做換電時，電池包固定吊點通常設計時要固定8~12個，充分做了一定的冗余，換電車型不用擔心電池包掛在車上跑著會掉的問題，完全可以放心。
站端安全，主要是消防安全，一個站里有20塊電池包，這么大容量電池包萬一起火怎么辦？消防安全系統(tǒng)要放在第一位。換電執(zhí)行過程是電池包拆卸的過程，如果換電站在電池包拆卸過程中斷電了，怎么辦。針對這種情況，站內(nèi)設置了UPS不間斷供電電源系統(tǒng)，即通過這套備用電源系統(tǒng)可以保證當前這一次換電系統(tǒng)肯定是OK的，能換下來的，讓用戶能夠完成換電；另外，在這個站萬一發(fā)生起火事故，還能夠通過備用電源系統(tǒng)、通過防爆系統(tǒng)，通過自動機器人把有問題的電池包推出去，移出到換電站以外，實現(xiàn)物理隔離，就不會引燃整個換電站。
云端安全，通過數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)以及應用程序的安全架構(gòu)技術來讓換電站實現(xiàn)人-車-站-云數(shù)據(jù)安全的交互，整個過程中的數(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。
從另外一個角度來講，換電站最關鍵的是電池，針對電池，提出電池主動安全。如圖，起火電池包大概有3/4是在充電過程中發(fā)生的事故，對于換電站來講，電池包在站內(nèi)充電時，我們可以監(jiān)控整個電池包的充電過程，讓整個電池包充電過程可控，控制當前電池包充電時的溫度、電流等一系列數(shù)據(jù)都可以控制；可以在整個充電過程中監(jiān)控每一個電芯狀態(tài)并做分析評估，通過數(shù)字孿生技術評估電池的安全性、壽命等技術參數(shù)。所有這些動作是在直流充電樁上做不到的事情。通過對換電站里電池包體檢、對電池包實時評估監(jiān)控電池狀態(tài)，通過主動手段去監(jiān)控電池狀態(tài)。
電池被動安全，換電站里有20塊電池包，換電過程中電池可能會發(fā)生起火風險，一旦發(fā)生這種問題怎么辦？站內(nèi)設置了防爆系統(tǒng)，一旦檢測到某一個庫位電池包發(fā)生起火時，通過換電機器人把有問題的電池包移出到倉外，做物理隔離，可以降低整個換電站風險。
換電站發(fā)展趨勢
·換電即儲能
換電站可以等價成是儲能站，換電站具備所有儲能站的要素，可以實現(xiàn)削峰填谷、調(diào)峰調(diào)頻、儲能備電應用?？梢酝ㄟ^云端控制系統(tǒng)把整個區(qū)域內(nèi)換電站做統(tǒng)一調(diào)度，可以實現(xiàn)戰(zhàn)略備電功能，實現(xiàn)綠電交易，平抑峰谷，還可以在不增容情況下實現(xiàn)快充技術。
·無人值守
現(xiàn)在智能制造技術發(fā)展比較快，換電站通過全自動化的換電方式實現(xiàn)無人值守，快速實現(xiàn)無人駕駛和無人值守換電站兩者之間的自動結(jié)合，來實現(xiàn)無人駕駛的自動補能。
·兼容性
現(xiàn)在各個廠家都在做，電池系統(tǒng)沒有做到統(tǒng)一，鎖止機構(gòu)沒有做到統(tǒng)一，電連接器沒有做到統(tǒng)一，當前首要任務是兼容性。我們通過高度兼容的換電系統(tǒng)，實現(xiàn)軸距可調(diào)、輪距可調(diào)，充分去適應車輛尺寸，然后自動換電機器人去兼容不同類型的鎖止機構(gòu)和電池包，通過集裝箱即電池倉的堆疊實現(xiàn)不同廠家電池包的充電，最后做到共享換電。
·標準化
因為當前在換電發(fā)展初期，國家以及相關行業(yè)、團體都在做相關標準，我統(tǒng)計了大概20多條標準，即通過標準化來進一步規(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)，先通過鎖止機構(gòu)和電連接器的標準化，電池包可以根據(jù)車型需要自主定義，初步實現(xiàn)換電機構(gòu)的標準化，實現(xiàn)換電站的兼容。
長期看，希望電池包分級標準化，比如A級車對應400公里的車型大致是什么樣的規(guī)格電池包，C級車600公里要要有什么樣的性能規(guī)格電池包。類似于加92號油、95號油的基本情況。下一步把電池包做分級標準化。
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，離不開電網(wǎng)的支持，換電車型的開發(fā)需要與車企的通力合作，針對電池整個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、車企三個行業(yè)的資源。寧德時代、北汽新能源都是我們的股東。
·車電分離
換電方式可以實現(xiàn)真正車-電物理分離，電池由電池資產(chǎn)銀行持有，電池資產(chǎn)銀行可以通過專業(yè)的技術將電池性能發(fā)揮到最大化，讓電池最安全、更高效，發(fā)揮最大的價值。
·電池價值運營商
我們通過云平臺對整個換電站電池進行監(jiān)控，電池不再適合車輛應用時，會對電池做評估、評價。最經(jīng)濟的是整包做儲能應用，如果不適合做儲能應用時，會拆解成電芯，做小動力，也就是現(xiàn)在兩輪車的換電，就可以在整個電池全生命周期里把電池剩余價值做到最大化。
謝謝大家！
（注：本文根據(jù)現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，轉(zhuǎn)載請注明來源?。?
