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量發展論壇•新能源汽車三電先進技術•”在南京召開。本次會議持續兩天，將圍繞新能源三電中長期技術發展趨勢、政策、標準、上下游供應鏈、成本、材料體系、電池結構技術、熱管理、安全技術、電機電控關鍵技術、智能制造等行業焦點話題展開。會議期間，藍谷智慧（北京）能源科技有限公司技術總監李鵬飛發表了“換電關鍵技術及未來發展趨勢”的主題演講。

以下為演講實錄：

我匯報的題目是“換電關鍵技術及未來發展趨勢”。

一、藍谷智慧能源介紹

二、換電行業國內外現狀

三、換電關鍵技術及未來趨勢

四、換電商業模式探討

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，包含換電相關業務的高新技術企業。

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，集團聯合產業鏈上下游發布了“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，即2017年開始研究換電。2018年，我們在西藏做了一個項目，完成了國內海拔最高、容量最大的儲能系統，目前運行良好，每天大概能發出來5000度電的水平。2019年，啟動了A+輪融資，完成3.3億融資，進一步支持我們業務發展。

公司業務定位可以用“一體兩翼”來形容，“一體”是數字化云平臺技術，“兩翼”為能源服務和梯次利用。通過“一體”把我們“兩翼”串聯起來，形成一個業務閉環。“兩翼”即：1.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。基于換電模式去運營有很多優點，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，能夠通過大數據對電池狀態做跟蹤、做監控，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。所以公司業務定位是圍繞“一體兩翼”形式去做的。

二、換電行業國內外現狀

·新能源汽車發展現狀

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突破450萬輛。通過一系列調研數據分析，這些數據可以反映出，現在人們對新能源汽車的接受程度已經有所提高，并且對新能源汽車的了解也逐步深入。

結合集團市場調研和第三方機構數據分析，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、續駛里程短兩個問題用戶關注度已經超過了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，這些問題我們如何解決？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，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由電池資產銀行持有，對于我們來講，只買了一個帶動力機構的車身，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。

換電優勢：

1.最接近于傳統車的使用習慣，補能方式類似于傳統汽車去加油站加油，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設計，可縱向發展。普通充電場站是橫向的，多大場地停多少車，但換電系統可以縱向發展，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系統可以把換電站用到儲能系統上，比如換電站外面加直流的快充樁，在不用擴容情況下實現即可實現360千瓦的快充。

換電劣勢：

1.因為現在換電處在起步階段，大家電池包一致性或電池包的規格不一樣，造成目前換電站兼容性比較差。

2.現階段因為規模原因，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的補充。

Batter Place和特斯拉為什么沒有做下去？總結三點：

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年聯合了產業鏈上下游，共同發布了“擎天柱計劃”，旨在打造光-儲-充-換四位一體的能源服務網絡，這次計劃發布以后，換電市場進入快速發展期，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。也就是說換電系統在隨著整個產業發展在逐步向好。

·國內政策支持

發改委、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”規劃中提出要大力發展租賃或網約車等公共出行換電方式。地方政府方面，比如北京市已經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，現在國家持積極推進的態度。

·國內車企動態

去年開始，國內車企紛紛做換電，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。

國內車企在前期市場發展、國家政策支持和換電技術發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過程中嚴格按照新能源或整車開發流程去開發的，整個開發過程可控，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，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。

鎖止機構目前有兩大類：1.以蔚來汽車為代表的類螺栓式鎖止機構，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構簡單、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，鎖止機構本身的可靠性很好，并且通過鎖止機構到位檢測傳感器，實時監控鎖止狀態。通過鎖止機構的冗余系統設計，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？消防安全系統要放在第一位。換電執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，站內設置了UPS不間斷供電電源系統，即通過這套備用電源系統可以保證當前這一次換電系統肯定是OK的，能換下來的，讓用戶能夠完成換電；另外，在這個站萬一發生起火事故，還能夠通過備用電源系統、通過防爆系統，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，實現物理隔離，就不會引燃整個換電站。

云端安全，通過數據加密系統以及應用程序的安全架構技術來讓換電站實現人-車-站-云數據安全的交互，整個過程中的數據是可控、加密的，確保結算系統和用戶數據的安全。

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是在充電過程中發生的事故，對于換電站來講，電池包在站內充電時，我們可以監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、電流等一系列數據都可以控制；可以在整個充電過程中監控每一個電芯狀態并做分析評估，通過數字孿生技術評估電池的安全性、壽命等技術參數。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控電池狀態，通過主動手段去監控電池狀態。

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生起火風險，一旦發生這種問題怎么辦？站內設置了防爆系統，一旦檢測到某一個庫位電池包發生起火時，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，可以實現削峰填谷、調峰調頻、儲能備電應用?？梢酝ㄟ^云端控制系統把整個區域內換電站做統一調度，可以實現戰略備電功能，實現綠電交易，平抑峰谷，還可以在不增容情況下實現快充技術。

·無人值守

現在智能制造技術發展比較快，換電站通過全自動化的換電方式實現無人值守，快速實現無人駕駛和無人值守換電站兩者之間的自動結合，來實現無人駕駛的自動補能。

·兼容性

現在各個廠家都在做，電池系統沒有做到統一，鎖止機構沒有做到統一，電連接器沒有做到統一，當前首要任務是兼容性。我們通過高度兼容的換電系統，實現軸距可調、輪距可調，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和電池包，通過集裝箱即電池倉的堆疊實現不同廠家電池包的充電，最后做到共享換電。

·標準化

因為當前在換電發展初期，國家以及相關行業、團體都在做相關標準，我統計了大概20多條標準，即通過標準化來進一步規范換電行業，統一換電形式，讓換電行業更趨向于規范化。

短期內，先通過鎖止機構和電連接器的標準化，電池包可以根據車型需要自主定義，初步實現換電機構的標準化，實現換電站的兼容。

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格電池包，C級車600公里要要有什么樣的性能規格電池包。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，離不開電網的支持，換電車型的開發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，換電商業模式的發展需要充分借助電力、電池、車企三個行業的資源。寧德時代、北汽新能源都是我們的股東。

·車電分離

換電方式可以實現真正車-電物理分離，電池由電池資產銀行持有，電池資產銀行可以通過專業的技術將電池性能發揮到最大化，讓電池最安全、更高效，發揮最大的價值。

·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控，電池不再適合車輛應用時，會對電池做評估、評價。最經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：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，轉載請注明來源！）