中汽研（天津）汽車信息咨詢有限公司 戴淼 齊濤

重卡電動化是新能源汽車發(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，是我國實現(xiàn)“30·60碳排放目標(biāo)”的重要突破口。《2020年國務(wù)院政府工作報告》明確提出，新基建內(nèi)容將“建設(shè)充電樁”擴展為“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)用財政補貼政策的通知》，明確支持“車電分離”等新型商業(yè)模式發(fā)展，說明政府相關(guān)部門已經(jīng)看到換電模式在部分應(yīng)用場景中的特殊優(yōu)勢，并開始考慮相關(guān)的鼓勵支持政策。

換電重卡的發(fā)展環(huán)境

電動重卡在排放、駕駛體驗、使用成本以及車輛管理等方面具有一定優(yōu)勢。排放方面，電動重卡依托電力驅(qū)動，可實現(xiàn)零排放，并且電機驅(qū)動帶來的噪音降低、換擋便利、振動減小等優(yōu)勢，極大改善了司機的駕乘環(huán)境；成本方面，電動重卡在部分應(yīng)用場景中帶來的經(jīng)濟效益很明顯，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，在某些封閉場景里（如礦山、港口），基于電動化的無人化技術(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)紛紛推出了純電動重卡產(chǎn)品并投放市場，雖然技術(shù)和產(chǎn)品較為成熟，且前期有高額補貼，但是純電動重卡的市場規(guī)模仍然較小且增長較慢。

總體來講，純電動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方面：一是傳統(tǒng)重卡的整車銷售價格較高，一般約三四十萬元，部分純電動重卡約上百萬元；二是純電動重卡運營效率較低，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營時間，影響了車輛的運營收益；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部分充電模式的短板，在部分場景中可以有效地促進重卡電動化的發(fā)展。成本方面，換電模式可以通過車電分離的方式降低購置成本，在目前推出的商業(yè)化方案中，換電重卡的購車價格（不包括電池成本）只比傳統(tǒng)車貴5萬元左右；運營效率方面，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電動重卡載重的影響。而且換電過程可以做到在5min之內(nèi)完成換電，和傳統(tǒng)車加油時間相當(dāng)，因此可以實現(xiàn)車輛的連續(xù)運營，也解除了充電對重卡運營效率的影響；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。

通過以上幾個方面，可有效地將充電面臨的相關(guān)難點加以解決，實現(xiàn)重卡的電動化應(yīng)用。當(dāng)前，換電重卡在部分特定場景中已經(jīng)投入應(yīng)用，比如公轉(zhuǎn)鐵運輸、港口運輸?shù)葓鼍跋碌募冸妱又乜ǘ喟胍呀?jīng)是換電車型。

重卡換電站及換電方式分析

目前純電動重卡的換電技術(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，較早投入進行試點示范的是頂?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，鋼索具有一定的柔性，比較容易實現(xiàn)誤差的兼容，所以頂?shù)跏綋Q電屬于技術(shù)簡單、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單，對司機的駕駛技能要求較高，對于港口、礦山等司機經(jīng)過強化培訓(xùn)的封閉場景，能夠發(fā)揮司機管理優(yōu)勢，使控制系統(tǒng)簡化降低成本。但由于換電過程自動化和智能化程度低，換電站進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)申報時會被定性為臨時建筑，需要進行臨時建筑審批，建站審批過程相對復(fù)雜。例如，金茂科易開發(fā)的單側(cè)式的整體式換電方案（見圖1），可實現(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（圖片來自公開渠道）

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

由于整體單側(cè)換電智能化程度比較高，其對司機的專業(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，對司機換電停車的要求相對較低，其智能化裝備也發(fā)揮了較大價值。此外，側(cè)換式換電的優(yōu)勢是換電站的主體裝備高度與車高相當(dāng)，在城市建設(shè)時比較容易被定性為裝備，可以免去臨時建筑審批流程。例如，上海玖行頂?shù)跏降膿Q電系統(tǒng)方案（見圖2），可實現(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)路線對比

整體雙側(cè)換電最大的優(yōu)勢是電池不占貨箱空間，適用于電池存儲位置有限的礦卡車型。整體雙側(cè)換電對部分必須雙側(cè)布置電池的場景及車型具有無可替代的優(yōu)勢。但是，由于整體雙側(cè)換電需要裝備兩套機器人及兩套電池存儲充電倉，其成本也相對較高。例如，國家電網(wǎng)開發(fā)的應(yīng)用于電動礦卡的雙側(cè)式換電解決方案（見圖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（圖片來自公開渠道）

換電模式發(fā)展趨勢展望

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難等問題。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)補貼，進一步拉大了與充電站建設(shè)、運營成本的差距。

工信部在2020年10月發(fā)布的全國政協(xié)第1535號提案答復(fù)函中提到，下一步工信部將聯(lián)合相關(guān)部門發(fā)布實施《推動公共領(lǐng)域車輛電動化行動計劃》，加快推進工程機械和重卡電動化。

此外，工信部還將會同相關(guān)部門，繼續(xù)完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加快《電動汽車換電安全要求》國家標(biāo)準(zhǔn)的審查報批，鼓勵企業(yè)根據(jù)適用場景研發(fā)換電模式車型，支持北京、海南等地方開展換電模式試點推廣，推動商用車電動化高質(zhì)量發(fā)展。

隨著重卡換電模式的快速發(fā)展，行業(yè)應(yīng)積極探索適用場景，推動重卡換電模式的進一步落地。