我國(guó)重卡換電模式發(fā)展前景分析

中汽研（天津）汽車信息咨詢有限公司 戴淼 齊濤

重卡電動(dòng)化是新能源汽車發(fā)展的重要組成部分，在節(jié)能減排領(lǐng)域具有巨大的潛力，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“30·60碳排放目標(biāo)”的重要突破口?！?020年國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告》明確提出，新基建內(nèi)容將“建設(shè)充電樁”擴(kuò)展為“增加充電樁、換電站等設(shè)施”。2020年4月發(fā)布的《關(guān)于完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，明確支持“車電分離”等新型商業(yè)模式發(fā)展，說(shuō)明政府相關(guān)部門(mén)已經(jīng)看到換電模式在部分應(yīng)用場(chǎng)景中的特殊優(yōu)勢(shì)，并開(kāi)始考慮相關(guān)的鼓勵(lì)支持政策。

換電重卡的發(fā)展環(huán)境

電動(dòng)重卡在排放、駕駛體驗(yàn)、使用成本以及車輛管理等方面具有一定優(yōu)勢(shì)。排放方面，電動(dòng)重卡依托電力驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)零排放，并且電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的噪音降低、換擋便利、振動(dòng)減小等優(yōu)勢(shì)，極大改善了司機(jī)的駕乘環(huán)境；成本方面，電動(dòng)重卡在部分應(yīng)用場(chǎng)景中帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益很明顯，使得電力消耗的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于柴油車；管理方面，重卡電動(dòng)化使得車輛數(shù)據(jù)更加容易采集及上傳分析處理，可以進(jìn)一步提升技術(shù)服務(wù)，優(yōu)化佳通領(lǐng)域（？）的能源供給，在某些封閉場(chǎng)景里（如礦山、港口），基于電動(dòng)化的無(wú)人化技術(shù)應(yīng)用，極大地解決了安全事故隱憂。

當(dāng)前，各整車企業(yè)紛紛推出了純電動(dòng)重卡產(chǎn)品并投放市場(chǎng)，雖然技術(shù)和產(chǎn)品較為成熟，且前期有高額補(bǔ)貼，但是純電動(dòng)重卡的市場(chǎng)規(guī)模仍然較小且增長(zhǎng)較慢。

總體來(lái)講，純電動(dòng)重卡前期的推廣面臨一定的發(fā)展瓶頸，主要原因包括以下幾個(gè)方面：一是傳統(tǒng)重卡的整車銷售價(jià)格較高，一般約三四十萬(wàn)元，部分純電動(dòng)重卡約上百萬(wàn)元；二是純電動(dòng)重卡運(yùn)營(yíng)效率較低，充一次電至少需1～2 h，如一天充電兩次則極大地占用了車輛的有效運(yùn)營(yíng)時(shí)間，影響了車輛的運(yùn)營(yíng)收益；三是車輛占用體積大，需要的充電功率大，充電站建設(shè)有難度。

采用換電模式可以有效地彌補(bǔ)部分充電模式的短板，在部分場(chǎng)景中可以有效地促進(jìn)重卡電動(dòng)化的發(fā)展。成本方面，換電模式可以通過(guò)車電分離的方式降低購(gòu)置成本，在目前推出的商業(yè)化方案中，換電重卡的購(gòu)車價(jià)格（不包括電池成本）只比傳統(tǒng)車貴5萬(wàn)元左右；運(yùn)營(yíng)效率方面，可以換電能降低車輛載電量，使得整車重量只比傳統(tǒng)車重1 t左右，極大地降低了電池自重大對(duì)電動(dòng)重卡載重的影響。而且換電過(guò)程可以做到在5min之內(nèi)完成換電，和傳統(tǒng)車加油時(shí)間相當(dāng)，因此可以實(shí)現(xiàn)車輛的連續(xù)運(yùn)營(yíng)，也解除了充電對(duì)重卡運(yùn)營(yíng)效率的影響；占地資源方面，換電站占地面積比較小，配電容量利用系數(shù)較高，節(jié)約了土地和電力資源。

通過(guò)以上幾個(gè)方面，可有效地將充電面臨的相關(guān)難點(diǎn)加以解決，實(shí)現(xiàn)重卡的電動(dòng)化應(yīng)用。當(dāng)前，換電重卡在部分特定場(chǎng)景中已經(jīng)投入應(yīng)用，比如公轉(zhuǎn)鐵運(yùn)輸、港口運(yùn)輸?shù)葓?chǎng)景下的純電動(dòng)重卡多半已經(jīng)是換電車型。

重卡換電站及換電方式分析

目前純電動(dòng)重卡的換電技術(shù)路線包括：頂?shù)跏綋Q電方案、整體單側(cè)換電方案、整體雙側(cè)換電方案等不同方式。

其中，較早投入進(jìn)行試點(diǎn)示范的是頂?shù)跏綋Q電方案。由于該種換電方式采用鋼索吊裝電池包，在電池包接近落座時(shí)，鋼索具有一定的柔性，比較容易實(shí)現(xiàn)誤差的兼容，所以頂?shù)跏綋Q電屬于技術(shù)簡(jiǎn)單、成本比較低、可行性比較好的換電方案，也是最早商用化的換電方案。

頂?shù)跏綋Q電的定位方式比較簡(jiǎn)單，對(duì)司機(jī)的駕駛技能要求較高，對(duì)于港口、礦山等司機(jī)經(jīng)過(guò)強(qiáng)化培訓(xùn)的封閉場(chǎng)景，能夠發(fā)揮司機(jī)管理優(yōu)勢(shì)，使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化降低成本。但由于換電過(guò)程自動(dòng)化和智能化程度低，換電站進(jìn)一步提高換電速度的潛力較低。

此外，頂?shù)鯎Q電的抓具需要在車輛的上方，造成設(shè)備總高度較高，在一些城市建設(shè)申報(bào)時(shí)會(huì)被定性為臨時(shí)建筑，需要進(jìn)行臨時(shí)建筑審批，建站審批過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。例如，金茂科易開(kāi)發(fā)的單側(cè)式的整體式換電方案（見(jiàn)圖1），可實(shí)現(xiàn)單車3～5 min換電，充電功率2.4～3 mw，占地面積200m2。

圖1 頂?shù)鯎Q電站圖例（圖片來(lái)自公開(kāi)渠道）

整體單側(cè)換電的電池抓取機(jī)構(gòu)則是剛性的，機(jī)器人在抓取電池之間沒(méi)有柔性環(huán)節(jié)，如果車輛電池與既定位置對(duì)位偏差，換電機(jī)器人產(chǎn)生校正位置的力則會(huì)很大，對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大損傷。所以整體單側(cè)換電對(duì)智能化技術(shù)的挑戰(zhàn)更大，對(duì)控制精度的要求更高，需裝備激光雷達(dá)及視覺(jué)傳感器，導(dǎo)致其成本也相對(duì)比較高。

由于整體單側(cè)換電智能化程度比較高，其對(duì)司機(jī)的專業(yè)性要求較弱，可適應(yīng)城市中的渣土車、牽引車、水泥攪拌車等多類車型，對(duì)司機(jī)換電停車的要求相對(duì)較低，其智能化裝備也發(fā)揮了較大價(jià)值。此外，側(cè)換式換電的優(yōu)勢(shì)是換電站的主體裝備高度與車高相當(dāng)，在城市建設(shè)時(shí)比較容易被定性為裝備，可以免去臨時(shí)建筑審批流程。例如，上海玖行頂?shù)跏降膿Q電系統(tǒng)方案（見(jiàn)圖2），可實(shí)現(xiàn)單車5 min內(nèi)完成換電，充電功率3.3 mw，占地面積200 m2。

圖2 整體單側(cè)換電站圖例

表1 換電技術(shù)路線對(duì)比

整體雙側(cè)換電最大的優(yōu)勢(shì)是電池不占貨箱空間，適用于電池存儲(chǔ)位置有限的礦卡車型。整體雙側(cè)換電對(duì)部分必須雙側(cè)布置電池的場(chǎng)景及車型具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。但是，由于整體雙側(cè)換電需要裝備兩套機(jī)器人及兩套電池存儲(chǔ)充電倉(cāng)，其成本也相對(duì)較高。例如，國(guó)家電網(wǎng)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用于電動(dòng)礦卡的雙側(cè)式換電解決方案（見(jiàn)圖3），主要用于礦山，可在5 min內(nèi)完成換電。

圖3 整體雙側(cè)換電圖例（圖片來(lái)自公開(kāi)渠道）

換電模式發(fā)展趨勢(shì)展望

當(dāng)前，換電站建設(shè)仍面臨審批難度大、選址與配電接入難、換電共享化與智能化推動(dòng)難等問(wèn)題。各地?fù)Q電站建設(shè)審批流程不統(tǒng)一，換電站建設(shè)的協(xié)調(diào)難度大，而且許多城市未明確換電站可以享受新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)補(bǔ)貼，進(jìn)一步拉大了與充電站建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本的差距。

工信部在2020年10月發(fā)布的全國(guó)政協(xié)第1535號(hào)提案答復(fù)函中提到，下一步工信部將聯(lián)合相關(guān)部門(mén)發(fā)布實(shí)施《推動(dòng)公共領(lǐng)域車輛電動(dòng)化行動(dòng)計(jì)劃》，加快推進(jìn)工程機(jī)械和重卡電動(dòng)化。

此外，工信部還將會(huì)同相關(guān)部門(mén)，繼續(xù)完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加快《電動(dòng)汽車換電安全要求》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的審查報(bào)批，鼓勵(lì)企業(yè)根據(jù)適用場(chǎng)景研發(fā)換電模式車型，支持北京、海南等地方開(kāi)展換電模式試點(diǎn)推廣，推動(dòng)商用車電動(dòng)化高質(zhì)量發(fā)展。

隨著重卡換電模式的快速發(fā)展，行業(yè)應(yīng)積極探索適用場(chǎng)景，推動(dòng)重卡換電模式的進(jìn)一步落地。