解讀《電動(dòng)乘用車(chē)共享?yè)Q電站建設(shè)規(guī)范》

文 / 中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟技術(shù)和認(rèn)證部主任 劉鍇

T/CAAMTB 55《電動(dòng)乘用車(chē)共享?yè)Q電站建設(shè)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《標(biāo)準(zhǔn)》）于近期正式發(fā)布，本文作者作為主要起草人，從標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)背景、主要內(nèi)容等方面進(jìn)行解讀。

為貫徹落實(shí)《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，促進(jìn)新能源汽車(chē)換電模式應(yīng)用創(chuàng)新，推動(dòng)新能源汽車(chē)與能源深度融合發(fā)展，支撐碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。以加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、加快換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、促進(jìn)換電模式車(chē)輛應(yīng)用為具體目標(biāo)，加快推動(dòng)形成新能源汽車(chē)充換電模式互補(bǔ)的良性發(fā)展生態(tài)。受有關(guān)方面委托，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)同中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟組織有關(guān)單位編制完成并于近期正式發(fā)布《標(biāo)準(zhǔn)》。

推出《標(biāo)準(zhǔn)》的必要性

自2008年起，我國(guó)就已經(jīng)開(kāi)始在純電動(dòng)客車(chē)領(lǐng)域開(kāi)展換電模式的推廣，受限于當(dāng)時(shí)政策環(huán)境、技術(shù)水平、成本因素和市場(chǎng)規(guī)模，換電模式并沒(méi)有得到大規(guī)模應(yīng)用。近年來(lái)，隨著換電技術(shù)進(jìn)步、換電站建設(shè)成本降低、換電標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，以北汽新能源、蔚來(lái)汽車(chē)、奧動(dòng)新能源等為代表的企業(yè)開(kāi)始加大換電模式的研究和推廣。但受限于跨品牌、多車(chē)型、換電平臺(tái)和裝置技術(shù)、換電電池包通信協(xié)議、電連接器技術(shù)、液冷連接器技術(shù)、電池包技術(shù)、換電機(jī)構(gòu)技術(shù)、數(shù)據(jù)安全管理預(yù)警分析等技術(shù)的通用性，一座換電站只能服務(wù)于單一車(chē)輛品牌甚至單一車(chē)型，從而導(dǎo)致日益增大的建站需求和土地、電力資源有限的矛盾進(jìn)一步凸顯。

2021年4月，工業(yè)和信息化部、國(guó)家能源局決定聯(lián)合組織開(kāi)展新能源汽車(chē)換電模式應(yīng)用試點(diǎn)工作，為配合國(guó)家堅(jiān)持以市場(chǎng)為主導(dǎo)來(lái)推動(dòng)創(chuàng)新?lián)Q電商業(yè)模式探索的工作部署和要求，我們組織行業(yè)單位編制了本《標(biāo)準(zhǔn)》。希望以更加靈活和包容的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的形式來(lái)驗(yàn)證共享?yè)Q電站在技術(shù)層面的可行性，為進(jìn)一步的商業(yè)模式創(chuàng)新和大規(guī)模應(yīng)用打好基礎(chǔ)。我們?cè)O(shè)想，按照“三步走”的方式來(lái)向市場(chǎng)推廣共享?yè)Q電技術(shù)。

第一步，除電池包形狀、尺寸，接口結(jié)構(gòu)、通訊協(xié)議，電連接器，水冷管路接口外，共享?yè)Q電站將在實(shí)現(xiàn)土地、電力、水、安防、數(shù)據(jù)、充電、基建等基礎(chǔ)資源共享的基礎(chǔ)上同步實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖止機(jī)構(gòu)解鎖、更換平臺(tái)，搬運(yùn)設(shè)備，安全防護(hù)設(shè)施，車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)，電池包存放貨架，電力系統(tǒng)，充電機(jī)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的共享。其中，包括利用云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和智能識(shí)別；

第二步，隨著參與換電模式的企業(yè)數(shù)量的逐步壯大，共享?yè)Q電站將在實(shí)現(xiàn)通訊協(xié)議、電連接器等共享的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)車(chē)型平臺(tái)的共享；

第三步，最終共享?yè)Q電站將實(shí)現(xiàn)電池包平臺(tái)和電池模塊的共享。

希望通過(guò)為行業(yè)提供共享?yè)Q電站的統(tǒng)一技術(shù)要求，最終能夠促成換電模式成為電動(dòng)汽車(chē)能量補(bǔ)給市場(chǎng)的主動(dòng)選擇。同時(shí)，我們也認(rèn)為這是一個(gè)龐大而復(fù)雜的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)體系，需要車(chē)企、運(yùn)營(yíng)商、電力企業(yè)和土地資源方等單位之間相互密切協(xié)同，行業(yè)則需要為這種商業(yè)模式在技術(shù)上提供可能性。從而使得各參與方可以共同建立一種可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式。

《標(biāo)準(zhǔn)》明確了哪些內(nèi)容

《標(biāo)準(zhǔn)》明確了13個(gè)部分的內(nèi)容。

第1部分總則（T/CAAMTB 55.1-2021）。明確了《標(biāo)準(zhǔn)》的術(shù)語(yǔ)和定義、關(guān)鍵技術(shù)、換電步驟、共享?yè)Q電發(fā)展的關(guān)鍵階段。其中，關(guān)鍵技術(shù)包含車(chē)輛鑒權(quán)識(shí)別技術(shù)，換電整車(chē)定位技術(shù)，換電加解鎖技術(shù)，通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，共享?yè)Q電單電池包充電技術(shù)，共享?yè)Q電站熱管理技術(shù)，共享?yè)Q電數(shù)據(jù)接入與安全監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)等7項(xiàng)；換電步驟按照先后順序包含車(chē)、站鑒權(quán)識(shí)別，車(chē)輛定位，電池包解鎖，電池包轉(zhuǎn)運(yùn)，電池包加鎖，車(chē)輛自檢，訂單結(jié)算等7個(gè)步驟；共享?yè)Q電發(fā)展的關(guān)鍵階段按照由易到難的順序包括資源共享，換電設(shè)備共享，換電接口標(biāo)準(zhǔn)化，換電系統(tǒng)和電池標(biāo)準(zhǔn)化，車(chē)輛底盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)化等5個(gè)階段。

第2部分換電平臺(tái)和裝置技術(shù)要求（T/CAAMTB 55.2-2021）。明確了換電平臺(tái)是指用于實(shí)現(xiàn)對(duì)換電車(chē)輛進(jìn)行電池包更換的機(jī)械臺(tái)架及設(shè)備，包括車(chē)輛停放平臺(tái)、電池包更換設(shè)備等。并規(guī)定了適用于電動(dòng)乘用車(chē)共享?yè)Q電站換電平臺(tái)的組成以及功能要求、性能要求、安全性要求、試驗(yàn)方法等。其中，技術(shù)要求就環(huán)境溫度（工作環(huán)境：-20℃ ~ +50℃）、相對(duì)濕度（≤95%（40℃±2℃）（無(wú)凝露）），停車(chē)平臺(tái)尺寸（停車(chē)平臺(tái)長(zhǎng)度應(yīng)不小于5000mm，寬度應(yīng)不小于3000mm，高度應(yīng)不大于600mm，上/下坡平臺(tái)寬度不小于2700mm，傾角應(yīng)不大于8°）和兼容性（適應(yīng)軸距范圍：2400mm~3100mm；適應(yīng)輪距范圍：輪胎外側(cè)距離1600mm~2000mm），接地性能（接地形式可采用與集裝箱共用接地的形式，設(shè)備接地電阻應(yīng)小于4Ω，采用TN-S供電系統(tǒng)，零地線不得相互替代）以及電池包更換設(shè)備的耐溫度交變性能和耐濕熱性能等提出了具體要求。本部分還對(duì)試驗(yàn)方法提出了具體要求。

第3部分換電電池包通信協(xié)議要求（T/CAAMTB 55.3-2021）。規(guī)定了共享?yè)Q電電動(dòng)乘用車(chē)電池包基于控制器局域網(wǎng)（CAN）的通信物理層（BMS與充電機(jī)的通訊應(yīng)使用獨(dú)立于動(dòng)力總成控制系統(tǒng)之外的CAN接口，通訊速率采用250kbit/s）、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層的定義。本部分將報(bào)文分為基本信息報(bào)文、運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)文、控制報(bào)文等三大類(lèi)，并明確了報(bào)文格式和內(nèi)容。本部分還提供了換電站內(nèi)電池包網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、換電站內(nèi)電池包技術(shù)要求、換電站內(nèi)電池包充電流程、傳輸協(xié)議功能示例作為資料性附錄供行業(yè)參考。

第4部分車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)要求（T/CAAMTB 55.4-2021）。規(guī)定了本部分適用于電動(dòng)乘用車(chē)共享?yè)Q電站車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)的組成以及功能要求、性能要求、安全性要求、試驗(yàn)方法等。其中，技術(shù)要求對(duì)環(huán)境溫度和相對(duì)濕度與第二部分保持一致。并對(duì)識(shí)別范圍（車(chē)輛識(shí)別單元識(shí)別距離應(yīng)不小于2m）、識(shí)別車(chē)速（車(chē)輛識(shí)別單元應(yīng)能夠識(shí)別以0km/h~60km/h速度范圍內(nèi)通過(guò)識(shí)別區(qū)域的車(chē)輛信息）、識(shí)別正確率（車(chē)輛身份信息識(shí)別正確率應(yīng)不小于97%）、信息捕獲率（車(chē)輛身份信息捕獲率應(yīng)不小于95%）、噪聲限值（車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)工作時(shí)噪聲應(yīng)不大于65dB）、外殼防護(hù)（戶(hù)外安裝的部件應(yīng)采取密封措施，外殼的防護(hù)等級(jí)為IP55）、耐火阻燃（應(yīng)使用GB 8624規(guī)定的燃燒性能為B1級(jí)以上材料，塑料組件應(yīng)使用V-0等級(jí)材料）提出了具體限值要求。本部分還對(duì)試驗(yàn)方法提出了具體要求。

第5部分電池包技術(shù)要求（T/CAAMTB 55.5-2021）。本部分規(guī)定了共享?yè)Q電電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)式換電電池包規(guī)格及尺寸要求，適用于共享?yè)Q電電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)式換電電池包。其中，一方面對(duì)電池包的電量規(guī)格要求（標(biāo)稱(chēng)電量用1C標(biāo)定）、電壓規(guī)格要求（電壓范圍宜為240 V~550 V）提出了具體指標(biāo)，并對(duì)電池包包容圖和包容尺寸予以明確，如右圖（表）所示。

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另一方面，還對(duì)整包換電卡扣式定位與緊固結(jié)構(gòu)要求、分包式電池?fù)Q電機(jī)構(gòu)的定位與緊固結(jié)構(gòu)要求予以明確。本部分最后，還提供了兩種典型換電電池包包容形狀和尺寸作為資料性附錄供行業(yè)參考。

第6部分車(chē)輛換電機(jī)構(gòu)技術(shù)要求（T/CAAMTB 55.6-2021）。本部分規(guī)定了共享?yè)Q電電動(dòng)乘用車(chē)車(chē)端換電機(jī)構(gòu)的技術(shù)要求。其中，在耐久性要求中，卡扣式鎖止機(jī)構(gòu)耐久壽命不低于10000次，螺紋式鎖止機(jī)構(gòu)耐久壽命不低于3000次；在卡扣式鎖止機(jī)構(gòu)技術(shù)要求里，明確了二級(jí)鎖止機(jī)構(gòu)解鎖力不應(yīng)超過(guò)800N。本部分還分別對(duì)卡扣式鎖止機(jī)構(gòu)和螺紋式鎖止機(jī)構(gòu)從技術(shù)到外觀提出了相關(guān)要求并明確了試驗(yàn)要求。本部分最后，提供了整車(chē)試驗(yàn)記錄單和車(chē)端換電機(jī)構(gòu)布置圖及關(guān)鍵尺寸作為規(guī)范性附錄供行業(yè)參考。

第7部分電連接器技術(shù)要求（T/CAAMTB 55.7-2021）。本部分規(guī)定了共享?yè)Q電電動(dòng)乘用車(chē)電池包電連接器的技術(shù)要求以及標(biāo)識(shí)、包裝、運(yùn)輸和存儲(chǔ)的要求，共享?yè)Q電電動(dòng)乘用車(chē)電池包電連接器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“電連接器”)的試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則。

其中，明確了導(dǎo)向浮動(dòng)（導(dǎo)向機(jī)構(gòu)軸向應(yīng)能修正不小于1°的角度偏差，垂直換電X/Y/Z向浮動(dòng)不小于±5mm, 水平換電X/Y/Z向浮動(dòng)不小于±3mm。電連接器在耦合過(guò)程中，浮動(dòng)跟隨機(jī)構(gòu)軸向位置不發(fā)生偏移，耦合后浮動(dòng)跟隨機(jī)構(gòu)偏移至軸向極限位置時(shí)，壓縮力不宜超過(guò)1200N），插拔力（電連接器耦合和脫開(kāi)全過(guò)程的插拔力不應(yīng)大于400N），防護(hù)等級(jí)（電連接器插頭和插座耦合后滿(mǎn)足IP67&IP69K），機(jī)械壽命（電連接器的插拔壽命應(yīng)不低于10000次），絕緣電阻（在規(guī)定的試驗(yàn)要求中，每個(gè)端子和殼體零件之間的絕緣電阻≥200 MΩ）、介電強(qiáng)度（在規(guī)定的試驗(yàn)要求中，漏電流≤5mA），接觸電阻（垂直換電：正常條件下，功率接觸對(duì)：≤0.3mΩ、信號(hào)接觸對(duì)：≤5mΩ；振動(dòng)、沖擊、環(huán)境老化試驗(yàn)后：高壓極柱≤1mΩ ；低壓極柱≤10mΩ。水平換電：正常條件下，功率接觸對(duì)：≤1mΩ、信號(hào)接觸對(duì)：≤100mΩ；振動(dòng)、沖擊、環(huán)境老化試驗(yàn)后：高壓極柱≤2mΩ ；低壓極柱≤200mΩ），阻燃（非金屬材料垂直燃燒滿(mǎn)足V0，水平燃燒滿(mǎn)足HB）等具體性能要求。

本部分還針對(duì)高海拔、高鹽霧等特殊環(huán)境工況條件下，在規(guī)定的試驗(yàn)要求下的絕緣電阻、介電強(qiáng)度和接觸電阻均需滿(mǎn)足上述要求。

本部分最后，還提供了水平換電電連接器和垂直換電電連接器的接口及功能，尺寸及觸頭布置位置作為典型換電電連接器的規(guī)范性附錄供行業(yè)參考。

第8部分液冷連接器技術(shù)要求（T/CAAMTB 55.8-2021）。本部分規(guī)定了共享?yè)Q電電動(dòng)乘用車(chē)及共享?yè)Q電站電池液冷連接器的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法。

其中，明確了浮動(dòng)能力（在規(guī)定的試驗(yàn)要求下，換電電池包液冷連接器應(yīng)在x、y、z方向均具備大于等于±3mm的浮動(dòng)能力及大于等于1°的角度糾正能力），插拔壽命（在規(guī)定的試驗(yàn)要求下，換電電池包液冷連接器插拔壽命應(yīng)大于等于10000次），泄漏量（在規(guī)定的試驗(yàn)要求下，換電電池包液冷連接器泄漏量應(yīng)小于等于0.5mL/次），插拔力（在規(guī)定的試驗(yàn)要求下，換電電池包液冷連接器插拔力應(yīng)不超過(guò)800N），流阻（在規(guī)定的試驗(yàn)要求下，換電電池包液冷連接器進(jìn)出水口壓降應(yīng)小于等于0.25bar），氣密性（在規(guī)定的試驗(yàn)要求下，換電電池包液冷連接器單件及組合件氣體泄漏量均應(yīng)小于0.5cc/min），IP等級(jí)（在規(guī)定的試驗(yàn)要求下，換電電池包液冷連接器應(yīng)滿(mǎn)足IP67及IPX9K等級(jí)）等具體性能要求。

本部分就適用冷卻液體還提出了宜使用冰點(diǎn)溫度為-40℃的免維護(hù)的乙二醇型冷卻液的建議，以便兼容不同車(chē)企的液冷電池包，為“三步走”的最后一步做好鋪墊。

本部分最后，還提供了一種典型換電電池包液冷連接器的外形和尺寸作為規(guī)范性附錄，以供行業(yè)參考。

第9部分充電設(shè)備、搬運(yùn)設(shè)備、電池倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)要求（T/CAAMTB 55.9-2021）。本部分規(guī)定了電動(dòng)乘用車(chē)共享?yè)Q電站的充電設(shè)備、搬運(yùn)設(shè)備、電池包存放周轉(zhuǎn)貨架系統(tǒng)和換電站內(nèi)動(dòng)力電池系統(tǒng)維護(hù)和儲(chǔ)存要求。

其中，在充電設(shè)備和搬運(yùn)設(shè)備的電氣安全要求中重點(diǎn)就所有外露導(dǎo)電部分都應(yīng)按GB5226.1-2008中8.2.1的要求連接到保護(hù)聯(lián)結(jié)電路上。接地端子或接地觸點(diǎn)與接地金屬部件之間的連接，應(yīng)具有低電阻值，其電阻值應(yīng)不超過(guò)0.1Ω。電氣設(shè)備的所有電路導(dǎo)線與保護(hù)連接電路之間應(yīng)按照GB/T5290、GB/T8554和GB4793規(guī)定經(jīng)受至少60s時(shí)間的耐電壓試驗(yàn)。對(duì)搬運(yùn)設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)，提出了噪聲聲壓級(jí)不應(yīng)大于80dB(A)的具體限值。

此外，本部分還在儲(chǔ)存要求中，對(duì)儲(chǔ)存狀態(tài)（電池包宜處于30%~70%SOC），儲(chǔ)存溫度和濕度（產(chǎn)品的儲(chǔ)存溫度應(yīng)在-20~35℃，環(huán)境濕度低于65%RH），儲(chǔ)存時(shí)間及要求（每月應(yīng)定期檢查一次電池狀態(tài)，保證電池的SOC在30%以上）作出了規(guī)定。

第10部分?jǐn)?shù)據(jù)安全管理，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警分析技術(shù)要求（T/CAAMTB 55.10-2021）。本部分規(guī)定了電動(dòng)乘用車(chē)換電過(guò)程中的數(shù)據(jù)上傳，包括換電站登入、準(zhǔn)備換電（換電握手）、換電過(guò)程、換電后電池補(bǔ)能過(guò)程、換電后電池置放過(guò)程等5個(gè)過(guò)程中換電站、電池采集和上傳的數(shù)據(jù)要求。在換電站與服務(wù)平臺(tái)通信中，明確了數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，定義了命令和應(yīng)答標(biāo)識(shí)，在整個(gè)數(shù)據(jù)包中，“設(shè)備編號(hào)”為唯一識(shí)別碼。其中，進(jìn)一步規(guī)定了換電站登入，實(shí)時(shí)信息上報(bào)（實(shí)時(shí)信息上報(bào)格式、換電站數(shù)據(jù)、換電站報(bào)警數(shù)據(jù)、電池?cái)?shù)據(jù)），換電操作過(guò)程上報(bào)（換電握手過(guò)程，換電操作過(guò)程），補(bǔ)發(fā)信息上報(bào)和換電站登出所涉及的數(shù)據(jù)字段及其類(lèi)型和長(zhǎng)度。本部分還提出了換電站和電池故障處置措施和數(shù)據(jù)安全管理要求。

第11部分安全防護(hù)及應(yīng)急要求（T/CAAMTB 55.11-2021）。本部分規(guī)定了電動(dòng)乘用車(chē)共享?yè)Q電站的安全防護(hù)及應(yīng)急措施規(guī)定及試驗(yàn)方法。分別從充電設(shè)備防護(hù)，搬運(yùn)設(shè)備防護(hù)，電池包存放設(shè)備防護(hù)，人員防護(hù)，場(chǎng)地防護(hù)（防水、防雷、防火、防鼠及其他小型動(dòng)物），車(chē)輛防護(hù)及應(yīng)急措施等方面提出了有關(guān)要求。

第12部分換電站規(guī)劃布局要求（T/CAAMTB 55.12-2021）。本部分規(guī)定了電動(dòng)乘用車(chē)共享?yè)Q電站的站址選擇、站區(qū)規(guī)劃和總布置，供配電系統(tǒng)，土建，消防，節(jié)能與環(huán)保要求。

第13部分換電站標(biāo)識(shí)、安全運(yùn)營(yíng)、設(shè)備運(yùn)輸和安裝要求（T/CAAMTB 55.13-2021）。本部分規(guī)定了電動(dòng)乘用車(chē)共享?yè)Q電站的標(biāo)識(shí)、安全運(yùn)營(yíng)、設(shè)備運(yùn)輸和安裝的要求及試驗(yàn)方法。

寫(xiě)在后面

最后需要指出，共享并不是包容所有，要有所為有所不為。各主要參與企業(yè)在編制的過(guò)程中都或多或少為了行業(yè)的這一共同目標(biāo)做了妥協(xié)。在保證共享?yè)Q電站使用的安全性、可靠性和穩(wěn)定性的大前提下，著力提升共享?yè)Q電的經(jīng)濟(jì)性、便捷性和易用性。因此，本《標(biāo)準(zhǔn)》沒(méi)有包含所有鎖止機(jī)構(gòu)，對(duì)于電動(dòng)乘用車(chē)整體式電池包更換的只有兩類(lèi)鎖止機(jī)構(gòu)——卡扣式和楔形（螺紋式）鎖止機(jī)構(gòu)。另外，為了建立共享?yè)Q電的商業(yè)模式，電池包的種類(lèi)也不宜過(guò)多，否則共享?yè)Q電站需要儲(chǔ)備很多不同規(guī)格的電池包，從而降低其經(jīng)濟(jì)性。