工程化学在车辆工程的应用范文

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篇1

换电作为新能源多元技术化路线的重要一端，一直备受行业关注，国内外不少企业对换电商业化均有探索。其中，国内商用车细分市场的运用要追溯到2008年的北京奥运会。从2009年起，北京、青岛、天津等地的公交系统陆续开始尝试换电模式，经测算其电池租赁运营成本与传统燃料使用成本基本持平。

但另一方面，最初的换电模式也曾饱受争议和质疑。受限于当时的电池及电动汽车技术水平，市场方向的选择，产业链上各方的利益博弈，加上自身占地、投入产出比等问题，随着一些重大项目运营效果不尽如人意，国内支持换电的声音曾一度沉寂，换电模式商业化的可行性也被打上了大大的问号。

这一次，北汽新能源、奥动另辟蹊径，选择了营运车辆这个产品规格统一、标准化程度极高的领域。以营运车辆试水换电商业模式，被业内视为值得期待的突破口。除了市场策略选择的变化，本轮换电模式的推广还有哪些突破？是否解决了上一轮推广中遇到的种种问题？几年之后，换电模式应用的大环境发生了哪些主要变化？换电技术本身是否有突破？

带着种种疑问，记者近日对奥动新能源汽车科技有限公司副总裁贺宏胜进行了独家专访。他耐心地对关于换电模式的各类问题和不少认识上的误区进行回应和释疑，让我们看到了一个和从前不一样的换电模式，更准确地说是揭开了换电之前不为外人知晓的一面，并为我们从行业角度重新审视换电对新能源汽车发展的意义和价值提供了另一个视角。

“换电是出租车电动化的最佳选择”

《汽车纵横》：近日，全球最大的出租车充换电站集群在北京正式投运。由北汽新能源联手中石化、奥动新能源和上海电巴等机构打造的首批10座充换电站正式交付使用。换电模式目前的大规模推广应用为何选中出租车和网约车领域为切入点？

贺宏胜：我们的电池组快换技术最早在国内应用于公交车领域，已有16年的技术积淀。公交系统是一个相对封闭的体系，实行定点运行，连加油都有特定的加油站，很难形成对外的商业环境。现在我们将在大巴上积累的技术进行适应性改造，移植到乘用车上。

在这一领域，出租车数量虽比私家车少，但油耗和排放比私家车多，作为公共服务车辆，其运营里程更长，如果能将国家有限的补贴用于推广电动出租车，将使节能减排效果最大化，更能体现补贴的价值。目前国内的城市土地资源有限，充电桩普及难，制约了电动汽车的普及；充电时间相对较长又影响了运营类电动汽车的效率，而换电模式补电快、效率高，更适合公共服务车辆，尤其适合日行驶里程较高的出租车的电动化。因此我们认为，换电模式是出租车电动化的最佳选择。

从商业角度算笔账：出租车年平均续驶里程10万-15万公里，是私家车的10-20倍。从全生命周期看，出租车使用里程长（60万公里），报废年限短（4-6年），电池价值能得到充分利用；相比之下，私家车使用里程短（10万-20万公里），报废年限长（15年），电池价值利用率反而更低。正因为出租车使用频率高，补电需求稳定、量大，而大量的补电需求恰好是保证稳定运营收入的基本条件，容易分摊基础建设的投资成本，能源使用体系更易实现商业化。

一个产业的发展仅靠补贴政策的推动是不可持续的，以出租车电动化为突破口最容易使新能源汽车产业发展由政府补贴模式转为商业化自生发展，形成商业上的良性循环。

此次我们和北汽新能源将关于换电模式的战略合作放在出租车和网约车领域，能够比较好地让业务体系自我生长。公共出行领域的换电体系形成一定规模以后，随着电池水平技术的提升，成本的下降，随着网点的完善，未来进入私人市场就是水到渠成。特斯拉推的换电也定位商用车领域，与我们不谋而合，也是考虑到商用车作为经营性车辆，运营频次较高。

底盘换电对车辆影响较小

《汽车纵横》：当日在投运现场，我们注意到博大路的充换电站给电动出租车采取底盘换电的方式。在国内其他换电站中，也有采用机械手从车辆侧面抓取电池的进行换电的方式。这两种换电技术路线的差别主要体现在哪里？对整车会产生哪些影响？为什么此次我们为电动出租车选择了底盘换电方式？

贺宏胜：目前我们在这些充换电站集群中采用的是底盘换电方式，即多点分布式快速连接承载结构，为车辆从底盘处取下并换上电池。这种方式的主要好处首先是非常适合汽车特别是轿车的车身结构，不需要做太多车身结构特别是底盘结构的改变就可以把电池装进去；其次，也不需要改变车辆的参数。相比之下，对乘用车而言，侧面换电容易使车辆的离地间隙变小，从而影响通过性。但在公交车上，由于车辆本身的空间较大，侧面换电方式通常不会使其离地间隙受太大影响。因此针对电动出租车，我们选择了我们认为的对车辆改动最小、车辆参数变化也最小的底盘换电方式。

可靠、安全的技术底蕴

《汽车纵横》：电池是电动汽车的核心零部件，特别是对于用作运营的电动汽车，频繁取下换上电池是否会影响车辆结构甚至正常运行？如何保证这一方式的可靠性？

贺宏胜：电池快换在车上要解决其紧固、定位等问题，要对这些机械结构的可靠性进行验证。可靠性设计是机械设计中很重要的一点，是一项专业工程，无论是选材，还是机械结构原理如何满足上万次快换等，都需要力学计算和工程验证。我们公司每台用于换电的设备发货前要经过千次以上的试验，实际上这种机械结构在实验室已经经过上万次快换。对车辆而言，用于换电的工程样车除了需完成电池系统的振动实验，还要按照完整的整车开发流程、公告认证流程完成相应实验，比如完成各类道路试验、气侯试验等。

公司成熟的商用车换电技术得到传统技术强国德国的关注和认可，今年六月份，德国INFRAWIND与电巴新能源签订战略合作协议，力图打造双边合作创新成果。电巴新能源凭借先进的电池快换技术和高效的运营经验成功参与到了德国经济部、教研部等多个联邦样本项目中，项目合作机构包括弗劳恩霍夫研究院（FraunhoferIPK，世界著名的工程应用研发机构）、柏林工业大学（TUBERIN）、INFRAMobility公司等，中德伙伴一起创造电动汽车与智慧交通能源系统的未来。目前我们在换电技术核心领域的专利有70余项，参与了6个国内外和地方换电标准的编制。我们还在做设备升级，开发新技术，提高各站点的效率和服务能力，真正实现90秒换电。

《汽车纵横》：有y计数据表明，2011年以来，我国发生电动汽车事故31起，其中，2015年发生9起，今年上半年则发生了8起。其中有多起事故是在充电环节发生的。换电站采取给所有动力电池集中充电的方式，如何确保充电及运营过程中的安全性？

贺宏胜：事实上，动力电池的充电过程比换电更危险，更容易出现热失控。我们通过对电池检测、及时维护、充电环境保证、充电曲线优化等措施，为人员和电池提供安全保障。具体而言，在我们换电站的充电系统中设有三级控制，从整个电池PACK到每一节电芯都有监控，发现异常马上报警并断电。另外，我们对整个电池组的充电环境，包括温度、烟感甚至电极温度都有严格监控，比如我们对电池电极设定了安全温度，达到温度上限马上停电。通过控制及检测最佳充电曲线，让换电站可保持最优的充电环境，从而保证电池充电过程的安全及性能，避免充电过程的安全事故。

另外，在换电过程中电池是可拆卸的，每次充电我们都要进行检测，及时维护，避免电池带病工作引发的安全事故。电池在换电站内自动进行充换，驾驶员无接触高压电机会，这就保证了人员的安全。

换电、充电并不冲突

《汽车纵横》：电动汽车自在国内开始示范推广以来，关于其能源补给模式，业内一直有关于充电好还是换电好的争论，两种路线各有实践探索，比如充电目前已经发展出慢充、快充、无线充电等方式，换电也有侧面换电、底盘换电等不同技术在公交车、出租车领域应用。您如何看待这种由来已久的“充换之争”？

贺宏胜：我个人理解，换电和充电本身并不处于同一个层面。虽然二者都是给车提供能源的模式，但在换电模式下也要把电池充满。所以我认为，换电与充电是包涵与被包涵的关系，本身并不像业界认为的是矛盾体，相互冲突。相反，电池快充技术的进步对换电站的运营更为有利。在不影响电池寿命的情况下，电池充电速率越快，换电的成本将越来越低。现在我们采用0.5C的速率充电，如果能实现1C充电而电池寿命不受影响，我们配备的电池可以减少一半，降低投入成本。

如果要进行对比，可以将快换和快充模式在运营效率上进行比较。假设电动出租车采用3分钟换电模式，每日工作10小时，每日需要换电2次，每次3分钟，每日运营9.9小时。如果采用1小时快充模式，同等每日工作10小时，每日需要快充2次，每次1小时，每日运营8小时（快充单次充满80%）。换电出租车可用于运营的时间是直充出租车的1.25倍以上。

《汽车纵横》：也有业内人士提出，早期人们在购买手机时通常会配一块备用电池，随时更换使用。但现在，人们不再选择为手机换电池，大多接受了手机加充电宝的模式。您对此怎么看？未来电动汽车的能源补给模式会不会做出和目前手机一样的选择？

贺宏胜：手机不换电池最早是苹果采取的做法，苹果用其品牌影响力使更多消费者接受了充电宝充电的模式。其实我认为，充电宝和一块备用电池哪个重？苹果手机的电池不好换，反而增加了不便利性。由于市场以及消费者更看重智能手机的其他功能，能源补充模式的选择不再是重点考虑因素，而携带充电宝带来的不便利性在消费者可接受的范围之内。因此，是苹果手机的品牌魅力导致目前这种状况。

“我们一直在换电”

《汽车纵横》：目前已经有首批的10座充换电站正式交付使用，据了解年内还将交付40座。如此大规模推广换电模式引起了各方的关注，我们注意到，很多媒体甚至用“换电卷土重来”、“重启”等字眼进行报道。您对这种说法是否认同？为什么选择在这一时机启动大规模的推广应用？为这一模式的再度大规模推广，近几年来我们都做了哪些努力？

贺宏胜：事实上，换电模式这些年来一直在国内外运营，从未停滞。我们一直在坚持换电之路，广州、上海、青岛、北京等地一直有我们的换电站在使用。从广州拿来的数据看，广州新能源公交车有直充和换电两类车型，采用换电模式的公交车的运营里程可以达到直充车的两倍，5分钟即可完成换电，效率上非常直观。我们通过与其他车企的合作，换电技术也输出到欧洲市场。

同时在这段时间，我们一直在潜心研究乘用车换电，提升技术，精益求精。并与北汽新能源一起推进用于换电的工程样车的研发、实验和生产。

项目失败不代表模式不可行

《汽车纵横》：从国际上的实践经验来看，2013年5月，以色列创业公司、电动车“换电模式”倡导者Better Place宣布申请破产。这一标志性事件当初在业内被很多人解读为换电模式失败的象征。您是否认同这种看法？您认为问题出在哪里？是Better Place失败了？还是换电模式失败了？

贺宏胜：任何一种模式从诞生到落地再到大范围推广，都不可能是一帆风顺的。Better Place作为换电模式的积极推动者和践行者，给后来者提供了诸多可借鉴和参考的经验。比如，作为创新模式，要抓牢样本市场做出模式并加以推广，其在日本与经济产业省及东京最大的出租车运营商nihonkotsu合作，论证了换电模式由公共出行领域开始商业化进程是最佳选择，并已基本形成共识。又如，出租车运行时间约是普通私家车的10倍，出租车只占东京全部乘用车的2%，排放却占到20%，让这部分车辆率先实现新能源化，节能减排事半功倍。总的来说，我们认为，Better Place的企业历程为换电模式提供了方向性的借鉴和引导，恰恰是换电模式再次迸发生机的又一个新起点。

《汽车纵横》：从国内来看，经过北京奥运会、上海世博会等重大活动期间的换电模式的应用，国家电网在2010年左右基本确定了以换电为主、充电为辅的运营思路，投资建设了不少换电站，有数据表明，截至2013年底，国网已建成的充换电站400座，交流充电桩1.9万个。但不少换电站的实际运营效果不尽如人意。在此后的几年时间里，国内关于支持换电的声音一也度沉寂。您如何看待上一轮以国家电网为首的换电模式的推广？导致当时运营效果不好的主要原因有哪些？

贺宏胜：当初国家电网力推换电模式，声势很大，也投入了很多，建了不少换电站。但它也遇到了一些当时无法解决的瓶颈：一是当时的电池寿命不长，成本高；二是当时在汽车电动化的方向上，整车企业的理解和现在是不一样的，还有很多选择和争论；三是在整个产业链上的利益博弈中，车企、电池企业、能源供应方等各个参与方没有达成共识，没有也没有形成有效的利益分配和协同机制。比如整车企业认为，电池是车的核心零部件，也是成本最高的，要考虑整车责任和质保。多数车企并不支持换电。国家电网则把充换电站视为电力专有设施，并未向市场放开。我认为，这些是当时没有取得成功的主要原因。

我们公司始终认为，换电是汽车电动化的必然选择，前期的不成功只是在策略的选择上出了问题，需要进行调整，这种调整更多是让全社会更多资源加入进来，建立开放协同、利益共享的合作机制，打通换电产业价值链。

让电池回归使用属性

《汽车纵横》：从过去国内外的推广经验来看，您刚才也提到换电模式遇到的一个重大问题就是参与各方在产业链上的利益博弈。本次在出租车领域大规模推广换电，关于各方的利益问题是否已有解决方案？对这一问题的认识发生了哪些转变？上海电巴、奥动新能源为什么能与北汽新能源在这一模式上达成合作？

贺宏胜：为了完善新能源产业链、促进新能源产业的进一步发展，北汽集团高瞻远瞩，在汽车行业第一家提出建设“新能源汽车生态圈”的概念。两年来，针对电动车在商业运营中存在的续航里程短、充电桩少、充电等候、有效运营时间减少等问题，北汽新能源联合上海电巴、奥动新能源我们这些社会资源进行技术突破和商业模式突破，最终找到了以换电运营作为电动汽车在商业运营中最佳的商业模式。并重点在运营类车辆中进行推广。对电动汽车而言，电池本身是电动汽车的核心零部件之一，在电池开发过程中与整车控制策略、电气化、工程化等进行同步。北汽新能源和我们都认为，电池就是一个能源载体，就像油箱一样。差别在于，油箱适用于石油工业，是流体类能源的载体。而电池是电化学载体，由于电能的特殊形态，我们采用了换电池的方式，让电池回归它的使用属性。对车辆而言，只需关注能源是如何获得的。至于能源本身的特性是什么，这是能源供商和能源服务商应该关注的。电池的运营不是简单地制造电池，而是在安全可控的情况下将电能安全地注入电池里，通过快换技术更换到车辆上，将原来没有电的电池拿下来放在特定地方补充能量。这样非常类似于现在车用汽油和柴油的获得。奥动提供的不是电池，我们提供的是换电服务，包括对电池在运营过程中全生命周期的管理，包括将电这种能源注入电池，包括电池退出以后的回收工作等。汽车工业和能源工业天生具有非常好的互补与协同关系。在传统汽车行业中，我们很少听到汽车行业与石油行业有此类利益博弈。

感谢北汽新能源对我们技术创新和模式创新能力的认可，并且在推广换电模式方面选择与我们合作，我们的目标是一致的，不存在利益博弈和冲突，都希望全国更多的城市接受和推行这种新商业模式。

换个角度算占地面积

《汽车纵横》：一直以来，业内对换电模式有不少质疑。有报告曾指出，换电站占地面积较大，目前国内各大城市特别是市中心一带的用地都很紧张，推广困难。您对此怎么看？现在这些问题都得到解决或有所改进吗？

贺宏胜：关于占地面积，其实换电模式的用地更小，而直充模式的用地更大。以往认识上的误区是由于计算面积时只关注了基础设施（充电桩）的占地。比如我们现在投运的换电站（以博大路站为例），占地面积约200平米，按我们目前收集的数据来估算，北京市的出租车一天跑350公里左右，一天换1.6-1.7次电池，我们这样一个站可以支持250-260辆出租车换电池。对于直充模式的占地，如果目光只落在充电桩上，当然认为一个桩占地面积也就两个巴掌大小。但别忘了直充时，车必须停在充电位上，充电站必须要考虑停车位的面积，200平米的换电站可以支持250辆电动车不间断运行，假如未来私家车也能用换电模式，按私家车的平均行程里程算，同样的换电站可以为700辆电动车的提供换电服务。而一个充电站要支持这么多电动出租车，至少要60-80个停车位，这其中还要考虑各停车位过道的面积，北京的私家电动车如果都要用直充模式，一桩一车，需要多少占地面积？如果按满足300车次/天的能源补给算，换电站的占地面积是同等规模快充站的1/30。因此，只把换电站和充电桩的面积对比是不合适的，应当把车辆的占地面积一同考虑进去。

换电综合成本更低、技术适应性更强

《汽车纵横》：另一个常见的质疑是，电池组快换模式建设和运营成本比较高，资金投入回报率低，相比充电模式不具有可行性。

贺宏胜：关于投资，首先正如刚才所说，换电站本身与充电不矛盾，换电站里面就是充电机。一个换电站的投资和相同规模快充站的投资相当。快充站内要满足一小时将车辆电池充满，需要建设快充桩，加上计费和监控装置的投资，还考虑到停车场的成本。

而且，这些投资还没将技术发展对电力设施的冲击算进去。比如现在很多城市都有采用快充模式的电动大巴，对充电设施的要求很高，电网压力很大。以北京市为例，假如6.7万辆出租车全部使用换电模式，同时系数0.6（有60%的车辆在同一时间需要能源补给）单日最大总充电功率为12万kW。但如果6.7万辆出租车全部使用快充模式，同时系数仅为0.2的情况下，总充电功率就需要53.6万kW。服务同样数量的车，快充模式的功率是换电模式的2-4倍，快充对电网冲击远大于换电。有专家认为，如果电池技术越来越好，充电速率越来越高，很难再支持快充模式，因为对现有配网资源的冲击太大，如果不大幅改动，容易造成电缆爆炸。

电池技术的进步也会促进车辆及充电设施的更新换代，而换电模式可大大减少车辆和充电设施的重复投资。电力设备的寿命大约5-7年，随着电池技术的进步，每过一定时期，企业或社会需要将旧充电桩进行更新，这还不包括电网配网资源的更新。但在换电站内，只要把充电模块更新即可，支持电池更新的成本更低。这些加起来，不仅仅是企业的成本，而是整个社会的成本。

对电池而言，换电站采用0.5C充电，电池寿命可达4000次循环，公共快充电桩一般采用1C充电，电池寿命在1600次左右。换电站采用慢充方式，电池寿命是快充模式寿命的2～3倍。

换电模式更大程度上避免了社会资源的浪费，让电池和电力设备多为社会贡献价值，提高效率，因此从土地利用、技术更新适应性等方面看，换电模式的社会综合成本更低。

换电更利于实现全程监控

《汽车纵横》：除了前面提到的老问题，有人认为“换电模式”中“车电分离、电池租赁”这种特殊车辆采购方式，容易导致一些车辆被认定为有车无电，加上在运营过程中的一些监管难题，有业内人士甚至提出，换电模式为骗补提供了天然空间。您如何看待这种说法？换电这种模式在运营中如何实现有效监管？

贺宏胜：换电模式本身通过车电分离、电池租赁的方式可降低车辆及电池的购置成本，让电池回归其使用属性，这是换电模式的核心目的。事实上，换电模式才真正有利于对电池进行全生命周期管理，实现电池梯度利用，降低运营成本。

骗补事件之所以发生，实际上没有通过信息技术实现对车辆和电池的跟踪和追溯，而换电模式恰恰完美地解决了这一问题。作为电池运营企业，电池是我们的核心资产，我们比任何人都关注电池在车、站之间的周转和车电匹配的记录。任何一块我们运营的电池，在我们的系统中都能查到在何处，处于什么状态，我们有大数据库，某种意义上，政府监管需要的数据我们可以提供。我们的所有换电站是联网的，这是运营本身的需要，内生天然的需求。我们作为电池运营企业，卖的是换电服务，电池的充电、服务、保养、更换等所有数据都要跟踪记录。通过大量数据跟踪积累，判断电池是否健康与否，到什么程度必须更换。

具体而言，我们的整个换电体系可以真正解决电池的溯源、追踪问题。电池从研发、制造、销售、运营到最后退出，包括运营期间的维修保养都要实现全程监控。对于电池的研发、制造、销售，整车厂可以做到监控。在运营期间，通过监管平台也可以实现监控。

在换电体系下我们对电池有完整的监控，因为电池在流转过程中，运营方需要了解电池流转至何处，运营状况、健康程度如何。这个监控本身可以作为政府监管电池是否运营的数据基础。现在的监控都采用信息化联网技术，无论电池在车上还是换电站内，都可以通过车载网j或站内网络把电池信息回传。

如果电池出现问题，运营方通过换电设备三分钟将其取下，不会再让其流入使用环节。目前我们在北京已经建立起维护中心，普通的电池维修保养在站内即可完成，更换电芯也会有记录，这样，维修运营环节的跟踪就做到了。换电模式之下，车主不需关心电池的健康度，如果我们发现电池达到衰减的技术指标了，我们会将电池收回，补充上一块新电池，这是一个很完整的闭环。但现在很多电池是固定在车辆上，是开环状态，再收集会有难度。事实上有些专家已经意识到，换电模式才能完整地配合电池溯源系统。

我个人认为，关于这种误解，在推广换电模式时，既要做好对换电技术和电池溯源系统的研究，也要加强与社会各界的沟通交流，希望社会能重新认识换电运营的业务模式以及配套的信息管理系统。

换电站集装箱化

《汽车纵横》：目前上海电巴在国内外推广换电模式的技术和市场成果如何？下一步有哪些规划？具体到北京市场，未来的推进节奏是怎样的？

贺宏胜：目前我们具有从快换电池箱到一体化换电站最完整的产品链，产品技术广泛应用于公交车、出租车、物流车、环卫车等公共服务领域。从国内来看，我们的换电技术广泛应用于江西、宁夏、江苏、辽宁、河北、云南、四川、安徽、浙江、山西、广东、重庆、北京、上海、天津等省市。累计建成运营公交车换电站20个，乘用车换电站15个，服务公交车辆超过500辆。未来五年内计划在全国建成3000座换电站，服务车辆达到50万辆以上。从国外来看，在波兰、泰国、德国、西班牙等国，我们的技术也有应用。

目前北汽新能源与奥动电巴已经达成战略合作，从2016年-2018年，我们计划实现5万辆换电出租车和500座配套换电站投运。

就北京市而言，明年我们准备建300个站点，但三环以内土地资源更加紧张，北京北部山多，没有多少平地可供建站使用。这就需要我们通过技术提升缩小建站面积。在外观上，我们也会对换电站重新设计，让其变成城市一道靓丽的风景线。并开发很多商业模块，进行商业价值延伸，比如可以考虑与汽车后市场业务相结合。在运营监控系统上，我们将通过更加智能化的手段使运行更安全可靠。

推动政策与标准体系完善

《汽车纵横》：要进一步推广换电模式，至少前期离不开政策的支持，您对当前的新能源汽车产业政策有哪些建议和期待？还有哪些标准体系有待完善的？

贺宏胜：目前国内对换电模式的相关政策还没有落地，我们希望一是在换电站的规划建设上，能像加油站一样纳入政府的民生规划。随着汽车保有量的增长，国家对加油站的建设有前期规划，每年有相应指标。但换电站包括充电站都没有这种待遇。

二是关于站点选址，由于换电也是新生事物，是汽车电动化过程中必须经历的，我们正在做让电动车像车的事情，因为车是可以自由移动的，换电就是让电动车随时马上跑起来，因此我们的站点要有一定的密度和广度，才能让车跑得更远。希望政府不仅在未来的城市规划中纳入充换电站，还能调动起政府控制的资源，如机关、事业单位、公共停车场等支持建设换电站。目前我们建站选址采用商业化租赁方式，非常麻烦。虽然中石化、中石油等大企业也与我们达成合作提供了一些用地，但并非所有加油站附近都适合建站。

三是在项目审批方面，目前我们在北京的这批站点的建设得到了北京市政府、各区县及相关部门给的很多帮助，目前按充电设施项目给我们审批流程等方面的支持。