电动汽车换电模式

通过集中型充电站对大量电池集中存储的模式电动汽车换电模式内容摘要电动汽车换电模式，是一种集电池集中存储、集中充电、统一配送于一体的服务模式。它如同一位精明的管家，将电池的充电、物流调配、以及换电服务融为一体，为电动汽车提供便捷的能源补给。这一模式不仅可以省去车主大笔的购买电池费用，更能在短时间内完成电池更换，解决充电时间过长的难题。然而，此模式也存在一些挑战。首先，电池重量极大，必须使用机械设备辅助更换，这无疑增加了运营成本。其次，为了实现电池的统一标准，车辆制造必须接受一定的限制。这如同千姿百态的舞者，必须在同一舞曲下舞动，限制了他们的自由发挥。此外，换电模式对政府的大力扶持和基础设施建设要求极高。如同搭建一座巨大的舞台，需要政府的力量和资源的投入。通过生动的比喻和形象的描绘，我们可以更深入地理解换电模式的优势和挑战，从而为未来的电动汽车发展提供有益的参考。01产品介绍分类发展现状换电网络目录03020405运行与规划面临的难题换电网络运行建议及展望目录070608产品介绍产品介绍电动汽车作为一种新能源交通工具，具有噪音低、能源利用效率高、无移动废弃排放等特点，已成为我国重点支持的战略性新兴产业之一。能源供给是电动汽车产业链中的重要环节，能源供给模式与电动汽车的发展密切相关。当前，电动汽车的能源供应可分为插充和换电池2种模式，其中插充可分为慢充和快充。在插充模式下，制约电动汽车发展的电池问题尤为突出：一方面购买电池的初期投资成本太大，一般占到电动汽车本体费用的一半以上，昂贵的电池成本在很大程度上阻碍了电动汽车的推广；另一方面充电时间太长，慢充一般要4~5h，即使快充也需要0.5h，与当前传统能源汽车的加油或者加气相比其获取能源的便捷性远不能满足人们的需要。同时快充对电池有较大损伤，造成电池寿命急剧衰减，因此实际上也进一步增加了电动汽车的电池成本。此外，在插充模式下，电动汽车充电负荷具有显著的时空随机性，对电的运行和规划会带来不利的影响。产品介绍另一方面，基于电池租赁的换电池模式配合大规模集中型充电已经成为当前电动汽车发展具有竞争力的商业技术模式。这是由于首先采用电池租赁方式，由电公司承担电池的初期投资成本，可显著降低用户的初始购车费用；其次对电池进行集中充电可采取慢充方式，避免快充而引起的电池寿命缩短问题；第三，采用换电方式一般可在几分钟内完成换电过程，即使与常规能源汽车相比，其便捷性也毫不逊色；第四对电池进行集中充电管理可避免大规模电动汽车随机充电对电运行带来的不利影响，甚至可以根据电需要，在统一管理的框架下进行电池充电的优化运行，此外还可避免绿色能源损失，减少可再生能源发电成本。产品介绍因此，虽然换电模式存在着要求电池等标准统一的问题，但是这并不妨碍其成为未来电动汽车可能的重要发展模式之一。

发展现状发展现状1、国际情况在国际上，换电模式在以色列、加拿大、澳大利亚、丹麦等国已经有了一定的应用和推广。加拿大多个地区引入电动交通体系，建设充换电服务络。在亚洲，东京推出充换电结合的电动出租车运营服务。总体而言，国外电动汽车在能源供给模式的选择方面充电与换电均占据一定的市场，但充电仍是主导，换电模式发展相对滞后。

2、国内情况在国内，作为电动汽车产业的积极参与方，国家电公司和南方电公司也将换电模式作为电动汽车发展的重要模式，在各自的辖区范围内开展了相关的示范建设。发展现状2011年国公司发布了《基于物联的电动汽车智能充换电服务络运行管理系统技术规范》和《国家电公司“十二五”电动汽车充电服务络发展规划》，提出了“换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送”的商业运营模式，统一进行了有关智能充换电服务络运行管理系统的开发，并开展充换电络的示范运营和电池租赁试点。北京、苏沪杭、青岛等城市已经建成了一批电动汽车充换电示范工程，同时将在环渤海和长三角2个区域建设跨城际的智能充换电服务络。2011年4月，南方电公司推进电动汽车换电池技术及商业模式。截至2011年底，除西藏以外，全国绝大部分省市均进行了有关电动汽车换电络建设的规划。由于在电池控制权、标准化建设等方面仍存在较大争议，国与南并未真正大规模推进换电站建设，与2011年的大张旗鼓相比，2012年换电模式的发展暂时进入低谷期。

在国家层面，推行的电动汽车能源供给方式仍将采用充换电相结合的模式，换电模式作为一种重要的电动汽车发展的探索模式，依然受到了国家的重视，国务院于2012年5月颁布的《节能与新能源汽车发展规划2012—2020》中，明确提出要探索新能源汽车及电池租赁、充换电服务等多种商业模式，并鼓励成立独立运营的充换电企业，逐步实现充换电设施建设和管理的市场化、社会化。

分类分类1、集中充电模式集中充电模式是指通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电、统一配送，并在电池配送站内对电动汽车进行电池更换服务。这是国家电公司于2011年提出的建设模式。在该运营模式中至少有2种类型的工作站，其中集中型充电站实现对电池的大规模集中充电，而配送站则不具备充电功能，只是作为用户获得更换电池服务的场所。相对于采用充换电模式的电池更换站，这样的运营模式具有更多的优点：1）配送站不承担充电功能，没有电接入的问题，站址选择灵活，以方便用户更换电池为主要规划目标。2）集中型充电站充电功率大，且可集中控制充电功率，有利于制定电友好的充电方案，在时空随机性方面，充电具有优越性。分类集中充电统一配送方式的主要缺点是：1）充电站所需供电容量很大，一般需依托变电站建设，投资成本很高。2）需解决电池箱在集中充电站与配送站之间的物流配送问题。2、充换电模式充换电模式是以换电站为载体，这种电池换电站同时具备电池充电及电池更换功能，站内包括供电系统、充电系统、电池更换系统、监控系统、电池检测与维护管理系统等部分。根据所服务车辆类型的不同，换电站主要可以分3类：综合型换电站、商用车电池更换站和乘用车电池更换站。国内在北京、上海、杭州等城市已建设有商用车和乘用车电池更换站。分类在国际上，以色列较早采用了这种充换电模式，其业务模式主要是通过建设充换电设施络为电动汽车用户提供基础设施及能源供给服务。这种充换电模式在加拿大、澳大利亚、丹麦等国也已经有了现实的应用和推广。采用这种充换电模式无需考虑电池的物流配送问题，充满电的电池可以立即用来满足车辆的换电需求。其主要缺点有：1）换电站的建设既要考虑地价因素及交通便利性，又要顾及电接入的问题，站址选择不够灵活。2）每座换电站均需配置充电机、电池箱换电设备等，投资大且需要专业维护，日常运营成本高。

换电网络换电网络1、换电络运营模式换电络集电池的充电、物流调配、以及换电服务于一体，这种一体化的运营结构将有利于电池企业的标准化生产，有利于能源供给企业的集约化管理，能够显著降低运营成本。以国家电公司颁布的《基于物联的电动汽车智能充换电服务络运行管理系统技术规范》为例，换电络中包含集中型充电站、换电站、配送站等3类，其中集中型充电站承担大规模的电池充电功能，满电池将被配送至具有小规模充电能力和换电池功能的换电站以及仅具备换电池功能的配送站，从而实现对用户的电池能量供应。图示意了换电络基本运行结构，其中具有小规模充电能力的换电站因可分解为配送站和额外的电池供应量而未纳入其中。换电网络2、换电络管理系统电动汽车换电络管理系统可保证电动汽车运营高效有序，提升电动汽车能源供给络的智能化水平，是电动汽车大规模推广的前提和保障。电动汽车示范运行期间，由于有较为固定的行驶路线，因此无须对换电络进行控制也可保证车辆的正常运行。但当车辆大规模运行时，交通状况等原因会使得充电电池和换电车辆在换电络中的分配具有较强的随机性，可能会造成一部分充电站及配送站较为拥挤，而另一部分充电站和配送站较为清闲。因此，有必要而且急需解决换电络这样一个规模庞大、动态性高的分布式系统的优化控制问题。如国家电公司颁布的《基于物联的电动汽车智能充换电服务络运行管理系统技术规范》一样，上述几种系统均仅针对换电管理进行了功能性设计，却没有涉及有关运行阶段如何优化系统运行，因此还有待进一步研究。

运行与规划运行与规划1、研究对象与内容当前针对换电络的实际优化运行以及相应的充电站、换电站的规划的研究还较少，这与当前我国已投入了大量的人力、物力进行换电模式的试点工作是极不相称的，换电络的规划和运行存在大量的基础理论问题亟待解决。从图2可以看出，换电络的规划，包括集中型充电站规划、配送站规划、电池的数量规划等。国内一些省市在进行所在区域换电络长远规划时，即使明确了未来水平年采用换电模式的电动汽车数量，但是对于集中式充电站的规模选址，电池数量配比的计算均缺乏科学合理的建模方法，无法做出合理的描述。换电络的运行包括充电优化管理、物流优化(运力优化与路径优化)、电池需求优化等，以及建立在这3者之上的综合优化，既要考虑对用户需求的满足和对电的影响，又要考虑各单元的约束。运行与规划在换电络运营时，换电站的电池需求、物流优化调度和充电负荷3者密切相关、相互牵制，对充电站而言，换电站的电池需求为间歇性的电量需求，而该需求受物流能力限制，最终到充电站须转化为对电的功率需求，在此基础上还要考虑电优化运行的需求，因涉及变量众多，其优化运行极为复杂。2、换电络规划1）电池规划电池是电动汽车运行的能量来源，其本质是电量的聚合，即一段时间内充电功率的累积。电动汽车的换电需求能否满足与电池储备数量密切相关。在进行电池组需求规划时，除了考虑车辆自身携带的电池组，还需设置一定的冗余度以满足车辆在电池耗尽时的换电需求。由于电池购置费用昂贵，冗余度太高会导致经济性下降，而冗余度过低则无法满足车辆正常的换电服务。运行与规划因此，有必要针对换电模式下的电池数量规划问题展开研究。2）换电站规划换电站作为一种特殊的电负荷，其规模和选址要权衡电投资的经济性与安全性，一方面要满足市场的换电需求，另一方面也要顾及电要求。将其纳入电源电规划中进行综合优化，是迫切需要解决的问题，而当前的试点工作对这些内容大都未能予以涉及。

换电网络运行换电网络运行1、电池调配在整个充电站络内，可配送的电池数量是十分庞大的，所以及时、准确地配送数量庞大的可更换电池，不仅能够保证整个充电站络的正常运行，还将大大降低配送过程中的人力、物力成本。关于换电络的电池配送问题，鲜有文献论述。而研究发现，电池物流调配属于典型的旅行推销员(travellingsalesmanproblem，TSP)问题。因此，可以借助解决TSP问题的智能算法(如遗传算法)来解决。2、充电管理在换电模式下，通过对集中型充电站或换电站进行充电管理，可实现电池的统一调度和监控。规模化的电池可作为巨大的储能单元，有效地参与负荷管理和系统调峰，提高电负荷率，最大限度地减少谐波污染等对电的不利影响，从而提高系统整体运行的效益。面临的难题面临的难题虽然换电模式具有诸多优点并且一度受到国家电与南方电的大力推崇，但从2012年的发展情况来看，换电模式似乎进入瓶颈时期。随着换电模式建设的不断开展，这一新兴模式存在的问题也日益突出：1）电池技术与投资成本。现阶段电池产业处于发展初期，电池能量密度低，续驶里程短，寿命周期短。在现有电池技术水平下推行换电方式，电池投资高，将会给能源供给企业带来很大负担。2）安全性与责任界定。换电模式的发展有可能彻底改变传统汽车企业、能源企业和消费者的3方结构，而出现电池制造商和充电运营商等参与方。在这种新兴格局下，电池的日常维护工作由谁来承担，当出现安全问题时责任如何界定等都是有待解决的难题。面临的难题3）换电模式标准体系建设。不同厂家生产的电池和电动汽车都有所不同，包括尺寸、接口和布置方式等，这给换电模式的统一标准化操作带来了很大的困难，因此，亟需制定与换电模式相配套的标准体系。4）换电络建设。对于用户而言，换电模式的主要优势在于其能源更新的便利性，但是在现实中其便利性更有赖于密集布点的规模化换电络，这也意味着超大规模的投资要求，在其商业模式可行性仍存疑的环境下，其规模化建设也面临着巨大的资金瓶颈。5）补贴分配。由于电动汽车和电池的成本很高，为促进电动汽车的发展，国家将会提供一定形式的补贴。面临的难题换电模式下，该补贴在汽车生产商、电池制造商以及能源供给企业中如何分配，没有明确的划分方法。可以看出，现阶段电动汽车换电模式的应用仍面临较多问题，就技术水平和相关法律、商业模式配套而言，还不足以支撑该模式的大规模应用。

建议及展望建议及展望换电络的管理是一种较为复杂的分布式系统的优化控制问题，研究仅针对换电管理进行了功能性设计，却没有涉及有关运行阶段如何优化系统运行，这一方面仍有待深入研究。而且，有关换电模式的研究还较少，远远不能满足该领域发展的需要，关于换电络的运行与规划方面的研究工作，可按以下2个方面开展：1）换电络规划，包括集中型充电