換電重卡發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

高 峰 郭 琦

(陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西西安，710200)

0前言

截止到2021年，我國(guó)石油對(duì)外依存度高達(dá)70%，而我國(guó)傳統(tǒng)燃油重卡和工程機(jī)械保有量有1 500余萬(wàn)臺(tái)(輛)，8年消耗石油約相當(dāng)于2億輛小轎車。從國(guó)家能源安全考慮，我們必須發(fā)展新能源汽車。

新能源重卡重要的組成部分為純電動(dòng)重卡，由于重卡用電量需求大，充電速度慢、整車成本高等特點(diǎn)，其不能滿足用戶日常運(yùn)營(yíng)需求。重卡換電的方式逐漸成為純電重卡最重要的技術(shù)路線之一。

1 換電重卡的發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 政策、市場(chǎng)現(xiàn)狀

結(jié)合我國(guó)2020年9月在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出的雙碳目標(biāo)與2020年11月2日國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035 年)》，我們可以看到：現(xiàn)階段發(fā)展新能源汽車是應(yīng)對(duì)全球氣候變暖、推動(dòng)綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措，也是我國(guó)從汽車大國(guó)邁向汽車強(qiáng)國(guó)的必經(jīng)之路。后期隨著我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善以及各類利好政策的支持，我國(guó)的新能源汽車將進(jìn)入發(fā)展的快車道。

2021年10月28日，工業(yè)和信息化部辦公廳印發(fā)《關(guān)于啟動(dòng)新能源汽車換電模式應(yīng)用試點(diǎn)工作的通知》，將北京、南京、武漢、三亞、重慶、長(zhǎng)春、合肥、濟(jì)南納入綜合應(yīng)用類換電試點(diǎn)城市，將宜賓、唐山、包頭納入重卡特色類換電試點(diǎn)城市。

隨著各類政策的快速出臺(tái)，我國(guó)新能源重卡市場(chǎng)也迎來了快速增長(zhǎng)期，尤其在過去的兩年里，新能源重卡迎來了爆發(fā)式的增長(zhǎng)，如圖1重卡銷量數(shù)據(jù)所示，2021年與2020年銷量相比：新能源重卡增長(zhǎng)298.93%，其中換電重卡增長(zhǎng)382%，占比由24.02%上升到28.95%。圖2為換電重卡2021年與2020全年銷量中牽引車、自卸車、專用車、載貨車的對(duì)比增量，其中換電牽引車因應(yīng)用場(chǎng)景較多，增長(zhǎng)幅度最大。

圖1 新能源重卡銷量對(duì)比

圖2 換電重卡銷量對(duì)比

1.2 運(yùn)營(yíng)模式

目前換電重卡的運(yùn)營(yíng)模式，除了類似于傳統(tǒng)燃油車的整車銷售之外還有整車租賃模式和車電分離模式。其中整車租賃模式由于市場(chǎng)保有量及政策原因尚處于探索階段，只在少數(shù)城市進(jìn)行試點(diǎn)運(yùn)營(yíng)；市場(chǎng)目前以車電分離模式為主，即各主機(jī)廠商所銷售車輛不包含電池，只提供整車底盤。車輛的用電需求由電力運(yùn)營(yíng)商投資建設(shè)換電站來滿足，換電車輛需租用電力供應(yīng)商提供的租賃電池，此舉大大降低購(gòu)車者的購(gòu)車成本，但需要車輛達(dá)到一定規(guī)模電力運(yùn)營(yíng)商才會(huì)去選擇配套換電站。

換電重卡在含電池的情況下較燃油車購(gòu)車成本多將近一倍，為減輕購(gòu)車客戶的資金壓力，可采用車電分離的模式。這需要實(shí)力雄厚的電力供應(yīng)商來承擔(dān)這部分資金投入，這樣就慢慢形成了如圖3所示的電力供應(yīng)商控制換電設(shè)備、換電站及換電重卡經(jīng)銷，在當(dāng)前運(yùn)營(yíng)模式中占主導(dǎo)地位的現(xiàn)狀。

圖3 運(yùn)營(yíng)模式

目前國(guó)電投、國(guó)家電網(wǎng)、華能等為國(guó)內(nèi)主要運(yùn)營(yíng)商。國(guó)電投落地運(yùn)營(yíng)換電重卡占比80.43%。

截至2021年底，國(guó)電投累計(jì)建成換電站44座，在建換電站10座，已規(guī)劃換電站36座。到2025年，國(guó)電投計(jì)劃累計(jì)推廣換電重卡及電動(dòng)工程機(jī)械不少于20萬(wàn)臺(tái)，布局換電站不少于4 000座，累計(jì)新增換電站投資規(guī)模約160億元，對(duì)應(yīng)“電池銀行”電池資產(chǎn)投資規(guī)模約798億元。

1.3 換電技術(shù)

1.3.1 換電方式

現(xiàn)階段換電重卡主要的兩條換電技術(shù)路線為頂?shù)鯎Q電與側(cè)向換電。其中頂?shù)鯎Q電的鎖止機(jī)構(gòu)內(nèi)嵌于換電箱體內(nèi)部，具有結(jié)構(gòu)緊湊、定位方式簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，有利于整車上裝的布置。頂?shù)跏綋Q電多用于鋼廠、港口、礦山等封閉場(chǎng)景進(jìn)行倒短運(yùn)輸，由于能夠充分發(fā)揮管理優(yōu)勢(shì)，換電過程自動(dòng)化和智能化程度低，降低控制系統(tǒng)成本，但對(duì)司機(jī)的駕駛技能要求較高。此外，頂?shù)鯎Q電的吊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，審批過程相對(duì)復(fù)雜，代表廠商有玖行、永乾等。

側(cè)向換電的電池抓取機(jī)構(gòu)是剛性連接，對(duì)精度要求較高，同時(shí)換電過程自動(dòng)化和智能化程度高，大大提高了換電控制系統(tǒng)成本，但對(duì)司機(jī)的專業(yè)性要求較弱，可適應(yīng)城市非封閉環(huán)境中的渣土車、牽引車、水泥攪拌車等多類車型。此外，側(cè)向換電站站端的主體裝備高度與車輛高度相當(dāng)，在城市建設(shè)時(shí)比較容易被定性為裝備，可免去臨時(shí)建筑審批流程，代表廠商有金茂科易等，表1所示為以上兩種換電方式對(duì)比。

表1 換電方式對(duì)比

1.3.2 換電系統(tǒng)

重卡車載換電系統(tǒng)主要包含電池系統(tǒng)和換電底座。電池系統(tǒng)包括動(dòng)力電池、高壓箱、低壓箱、冷卻機(jī)組、膨脹水箱、高低壓線束、換電連接器公端、換電框架及外蒙皮等零部件；換電底座關(guān)鍵部件有定位機(jī)構(gòu)、鎖止機(jī)構(gòu)、換電連接器母端等。

圖4 電池箱結(jié)構(gòu)

圖5 電池底座結(jié)構(gòu)

換電控制器主要作用是氣缸鎖止與松開的狀態(tài)檢測(cè)、高壓連接器的連接狀態(tài)檢測(cè)、充放電口的溫度檢測(cè)、氣缸電磁閥的硬線驅(qū)動(dòng)，與VCU、BMS的通訊與診斷、WIFI通信、4G通信和定位功能等。

1.3.3 各廠商方案對(duì)比

目前行業(yè)內(nèi)各廠商的換電系統(tǒng)方案均具有不同差異，所以不同主機(jī)廠商換電產(chǎn)品與換電站無(wú)法兼容，表2為各廠商換電方案對(duì)比。

表2 各廠商方案

2 存在問題及建議

2.1 存在問題

2.1.1 換電技術(shù)

(1)各車企換電箱尺寸和接口、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、鎖止機(jī)構(gòu)、通信方式等不統(tǒng)一；

(2) 客戶需求變化和管理方式提升有待進(jìn)一步了解。

2.1.2 換電標(biāo)準(zhǔn)換電重卡標(biāo)準(zhǔn)處于規(guī)劃起草階段，國(guó)標(biāo)、行標(biāo)及團(tuán)標(biāo)均在制定中，需關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)性問題。

2.1.3 準(zhǔn)入管理現(xiàn)階段公告中新能源車電池容量和驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率最大不能超過最小的1.2倍。

2.1.4 運(yùn)營(yíng)模式

(1)車輛營(yíng)銷環(huán)節(jié)電力供應(yīng)商占主導(dǎo)地位，傳統(tǒng)燃油車主機(jī)廠營(yíng)銷模式待優(yōu)化；

(2)車輛使用環(huán)節(jié)，現(xiàn)有車險(xiǎn)不適應(yīng)“車電分離”模式，換裝非原電裝池可能有產(chǎn)品一致性風(fēng)險(xiǎn)；

(3)車企售后服務(wù)相關(guān)技能水平亟待升；

(4)換電站建設(shè)及電池持有投入較高，暫無(wú)跨運(yùn)營(yíng)商換電結(jié)算體系。

2.2 解決建議

2.2.1 換電技術(shù)

(1)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一；

(2)組織運(yùn)營(yíng)企業(yè)交換意見和商討規(guī)劃，商定平臺(tái)基本需求和可選需求。

2.2.2 換電標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)廠企業(yè)需積極參與國(guó)標(biāo)、行標(biāo)及團(tuán)標(biāo)的制定，關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。

2.2.3 準(zhǔn)入管理比照傳統(tǒng)燃油車修改同一型號(hào)判定標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率由1.2倍改為1.5倍，取消電池容量1.2倍限制。

2.2.4 運(yùn)營(yíng)模式

(1)車企需積極拓展各自營(yíng)銷途徑，發(fā)掘新的營(yíng)銷方式；

(2)保險(xiǎn)行業(yè)出臺(tái)符合車電分離現(xiàn)狀的科學(xué)定損方式；

(3)組織供應(yīng)商對(duì)主機(jī)廠企業(yè)技工進(jìn)行培訓(xùn)，并以比賽形式檢驗(yàn)；

(4)組織運(yùn)營(yíng)企業(yè)開展金融研究，保障良性發(fā)展；組織運(yùn)營(yíng)企業(yè)開展結(jié)算研究，商討規(guī)則。

3 換電重卡的前景展望

換電重卡是新能源重卡發(fā)展的重要組成部分，具有巨大的潛力，隨著相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善以及《電動(dòng)汽車換電安全要求》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，重卡換電模式將進(jìn)入快速高質(zhì)量發(fā)展時(shí)期，換電站的建設(shè)也進(jìn)入高速發(fā)展階段，國(guó)家后續(xù)也會(huì)繼續(xù)出臺(tái)更多的政策和標(biāo)準(zhǔn)，來鼓勵(lì)換電模式發(fā)展。