在影響新能源汽車發(fā)展的諸多因素中，充電和換電是兩條同時(shí)探索的技術(shù)路線。充電的局限性在于充電時(shí)間、電池壽命等；電動(dòng)汽車換電也存在換電技術(shù)成熟度、標(biāo)準(zhǔn)化和盈利能力（電動(dòng)汽車換電池和備用電池的投資回報(bào)）的局限性。但相比之下，ev換電池不僅能滿足運(yùn)行里程的要求，還能保證電池的長壽命，更有利于回收利用。本文將分析各種電動(dòng)汽車電池交換技術(shù)的解決方案。

 

電動(dòng)汽車電池交換技術(shù)方案的演變

在新能源汽車中更換電動(dòng)汽車電池的嘗試可以追溯到2003年的以色列BetterPlace（BP）。英國石油公司與法國雷諾公司合作，雷諾公司開發(fā)了電動(dòng)汽車FluenceEV，該車型使用底盤換電進(jìn)行換電。在當(dāng)時(shí)電動(dòng)汽車發(fā)展的大環(huán)境下，電動(dòng)汽車的應(yīng)用規(guī)模非常有限。

此外，電池技術(shù)、電動(dòng)汽車電池交換技術(shù)和換電站建設(shè)成本高昂，使技術(shù)方案缺乏競爭力，項(xiàng)目終止。南方電網(wǎng)也引進(jìn)了BP的方案，并在廣州等地進(jìn)行了運(yùn)行示范。

2009年，中國推動(dòng)了新能源汽車的發(fā)展。自2011年以來，國家電網(wǎng)一直是推動(dòng)換電模式的主力軍。首先，國家電網(wǎng)（杭州）綜合能源服務(wù)公司在標(biāo)準(zhǔn)箱中引入了半自動(dòng)電池切換。2013年，新鄉(xiāng)縣電力工業(yè)局牽頭車企和出租車公司共同推動(dòng)底盤置換出租車運(yùn)營，但未能推進(jìn)。

2013年，在政策和技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，中國新能源發(fā)展加快。取代權(quán)力的嘗試也在擴(kuò)大。國網(wǎng)換電項(xiàng)目人員成立獨(dú)立的伯坦公司，在杭州、西安等地推廣邊墻換電和底盤換電。

浙江新時(shí)空的側(cè)墻換電模式，通過在電動(dòng)汽車電池?fù)Q電方面的大規(guī)模示范和運(yùn)行，在技術(shù)驗(yàn)證方面取得了相對(duì)進(jìn)展。

 

 

2016年，奧動(dòng)加入換電運(yùn)營，與其他汽車公司合作推廣底盤換電，并先后在中國廣州、廈門和北京開展了大規(guī)模換電運(yùn)營。汽車企業(yè)正在嘗試電動(dòng)汽車電池更換的技術(shù)路線。

 

電動(dòng)汽車電池更換技術(shù)方案介紹

 

●后備箱的電動(dòng)汽車電池更換

國網(wǎng)（杭州）綜合能源服務(wù)電池?fù)Q電站以20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池箱為一組，每箱電量約5千瓦時(shí)，裝入電池轉(zhuǎn)運(yùn)箱集中充電換電。杭州有軌電車更換車型主要用于出租車和公務(wù)用車。電動(dòng)汽車電池交換設(shè)備有兩種：機(jī)械平臺(tái)和可移動(dòng)叉車平臺(tái)，固定在汽車交換位置旁邊。電動(dòng)汽車后備箱中的電池盒是手動(dòng)拉出和推入的。這種電動(dòng)汽車電池交換方案基本上是中國改變電力的初步嘗試。

 

●底盤和側(cè)壁電動(dòng)汽車電池交換

純電動(dòng)汽車的電池盒布置在汽車底部，左側(cè)有兩盒電池，右側(cè)有兩盒。電池在車內(nèi)控制升降后，由機(jī)器人從側(cè)面取出電池。

 

● 電動(dòng)汽車側(cè)壁電池更換

該換電技術(shù)方案的特點(diǎn)是將電池的換電口布置在側(cè)壁上，通過控制打開電池艙門，然后將電池取出安裝在機(jī)械手一側(cè)。在這種方案中，電池被布置在底盤上，這使得車身高度更高，并影響車輛性能。

 

● 機(jī)箱電源更改

電動(dòng)汽車換電池的底盤換電方案可以細(xì)分為兩種：以國網(wǎng)上海電動(dòng)客車為代表的標(biāo)準(zhǔn)電池盒和以BP為代表的異形電池組。

 

 

BP的計(jì)劃是，在車輛就位后，車輛將保持靜止，地面下的機(jī)構(gòu)將水平傳輸電池，上下抬起電池以安裝電池，伺服電機(jī)將擰緊和松開電池鎖定機(jī)構(gòu)以完成整個(gè)ev電池交換動(dòng)作。用于底盤更換的“塔式”異形電池布置在后座和后備箱之間的底盤上。這種ev電池交換方案對(duì)底盤框架的變化最小，但仍然影響后排空間和行李箱體積。

 

機(jī)箱換電技術(shù)方案

在ev電池?fù)Q電的各種換電技術(shù)解決方案中，底盤換電得到了更多的認(rèn)可。目前使用最廣泛的結(jié)構(gòu)是布置在底盤上的扁平結(jié)構(gòu)，基本不占用乘坐空間、后備箱空間和車輛高度。電池組固定在換電框架上，換電框架與現(xiàn)有車身結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，安裝在車身地板上。

在更換電動(dòng)汽車電池時(shí)，應(yīng)將電池組和換電架作為一個(gè)整體進(jìn)行拆卸。電池模塊、下箱組件、配電箱、電池管理系統(tǒng)和上箱蓋形成電池組（pack），然后將電池組安裝在更換電機(jī)組件上，形成整體更換電池組。

目前，底盤ev換電池技術(shù)的差異主要在于鎖定方式的不同。在底盤ev換電池技術(shù)方案中，快換電池組的更換分為兩個(gè)步驟：提升和鎖定。升降運(yùn)動(dòng)是垂直的；鎖定方案分為旋轉(zhuǎn)擰緊/松開和前后平移。

 

 

吊裝和旋轉(zhuǎn)擰緊

英國石油公司和國家電網(wǎng)采用了這種電動(dòng)汽車電池更換方案。ev電池交換的主要?jiǎng)幼魇峭ㄟ^機(jī)械手將電池組提升到位，然后旋轉(zhuǎn)鎖定機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)與底盤上的定位相結(jié)合，夾緊、擰緊和鎖定。鎖定點(diǎn)有明顯的定位槽。從技術(shù)上講，鎖定更加可靠，并且鎖定可以精確。

 

升降和前后平移

ev換電池的主要?jiǎng)幼魇牵和ㄟ^機(jī)械手將電池組提升到位，然后依靠底盤上的接縫、棘爪和鎖將電池組整體移動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中，該方案存在鎖定不易到位、鎖定不牢固的問題。

 

兩種技術(shù)方案的比較

 

● 重量

ev電池交換的旋轉(zhuǎn)鎖定方案重量更輕，鎖定范圍更小，對(duì)不同車輛尺寸的適應(yīng)性更強(qiáng)，對(duì)底盤框架空間的要求更低。

 

● 電動(dòng)汽車電池交換連接器

旋轉(zhuǎn)鎖定方案的交換連接器浮動(dòng)范圍更大，因此環(huán)境適應(yīng)性更好，重量輕，匹配尺寸要求更低，并且可以擴(kuò)展電池以適應(yīng)不同的冷卻模式。

 

● 使用壽命

在壽命方面，兩種電動(dòng)汽車電池更換方案的關(guān)鍵部件壽命相似。但是，在綜合成本方面，旋轉(zhuǎn)鎖定方案更好。

從以上三個(gè)方面的比較來看，電動(dòng)汽車電池交換的旋轉(zhuǎn)鎖定方案更有優(yōu)勢，目前具有最多的示范應(yīng)用。

 

總結(jié)

電動(dòng)汽車換電池模式的大規(guī)模可持續(xù)應(yīng)用除了技術(shù)可行性外，還需要通過運(yùn)營進(jìn)一步驗(yàn)證其經(jīng)濟(jì)性，以及針對(duì)不同車型推廣不同的鋰電池組。相信隨著電池等技術(shù)的發(fā)展和成本的快速下降，ev電池?fù)Q電模式（換電技術(shù)方案）將逐步占據(jù)特定市場，推動(dòng)新能源汽車的加速發(fā)展。