安科瑞徐赟杰18706165067

隨著新能源汽車保有量上升，新能源汽車充換電設(shè)施需求量同步增加。由于我國土地、電力資源相對緊張，所以我們認為隨著車輛保有量繼續(xù)增加，換電模式有望成為對充電模式的良好補充，具備廣闊的中長期發(fā)展前景。

如今，換電站建設(shè)和運營商，負責換電站的搭建和運營，面向市場提供換電服務(wù)。其中，換電系統(tǒng)是換電站的核心。

圖片來源：蔚來

那么，到底什么是“換電系統(tǒng)”呢？

換電系統(tǒng)是什么？

換電站是指通過集中型充電站對大量電池集中存儲、集中充電、統(tǒng)一配送，并在電池配送站內(nèi)對電動汽車進行電池更換服務(wù)或者本身就集電池的充電、物流調(diào)配、以及換電服務(wù)于一體的電站。

換電站主要包含定位系統(tǒng)、換電系統(tǒng)、運維系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和物流系統(tǒng)。其中換電系統(tǒng)是換電站的核心，由換電平臺、碼垛機、升降機構(gòu)、鎖止機構(gòu)、連接器等組成。

車載換電系統(tǒng)示意圖

換電系統(tǒng)?也是電動汽車換電技術(shù)的重要組成部分，其主要功能是從電動汽車上卸下虧電電池，將其運送到電池倉中充電，同時從電池倉中獲取滿電電池并安裝到電動汽車上，完成換電工作。

換電系統(tǒng)的組成

換電系統(tǒng)由以下幾個關(guān)鍵部分組成：

1、?換電機器人?：這是換電系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，負責電池的拆卸和安裝。

2?、加解鎖平臺?：實現(xiàn)車輛電池包的更換與加解鎖功能。

3、?碼垛機?：用于運輸和交換電池。

?4、鎖止鏈接組件?：實現(xiàn)動力電池與車身的快速自動化鎖止和分離。

5、?快換電連接器、液冷連接器、水連接器?：這些連接器在換電過程中起到關(guān)鍵作用，確保電池的快速連接和穩(wěn)定供電?。

換電系統(tǒng)的分類

根據(jù)功能的不同，換電系統(tǒng)可以分為以下幾種方式：

?1、底盤垂直換電?：從底盤下部拆下原有電池包并更換新電池包，適用于轎車、SUV、MPV及輕型物流車，自動化程度高但需要新建固定換電站?。

?2、底盤側(cè)方換電?：電池以框架形式固定，操作較為復雜，換電時間較長?。

?3、分箱換電?：電池分箱更換，適用于需要較小空間和時間的場景?。

換電系統(tǒng)的應(yīng)用場景

?換電系統(tǒng)主要應(yīng)用于商業(yè)運營車和私家乘用車，特別是在需要快速補能的高頻使用場景中效果顯著。例如，重型卡車的能源管理系統(tǒng)通過智能化、自動化手段提高換電效率，優(yōu)化能源利用，降低運營成本?。

?共享電動車領(lǐng)域?：共享電動車作為城市短途交通的新寵，換電模式為其提供了可靠的充電解決方案。通過在不同區(qū)域布置換電站點，用戶可以方便地將電動車停靠在站點上，進行電池更換，從而實現(xiàn)長時間的使用。

?物流配送領(lǐng)域?：在物流配送領(lǐng)域，電動車成為了一種重要的交通工具。換電模式的應(yīng)用為物流配送車輛提供了高效便捷的充電方案。物流企業(yè)可以在自己的配送站點或者合作伙伴的換電站點進行電池更換，無需等待充電時間，提高了配送效率。

?出行旅游領(lǐng)域?：在旅游景區(qū)或者城市的換電站點，游客可以方便地更換電池，繼續(xù)行程。這不僅減少了旅游車輛的充電時間，還能夠避免因為電池不足而無法繼續(xù)行駛的尷尬情況。同時，換電模式避免了游客在旅游過程中尋找充電樁的困擾，提高了出行的便捷性?。

?城市公共交通領(lǐng)域?：電動公交車、電動出租車等交通工具可以在公交站點或者專門的換電站點進行電池更換，快速恢復電力，提高了運營效率。同時，換電模式解決了傳統(tǒng)充電方式中充電樁資源緊張的問題，為公共交通提供了更好的服務(wù)?。

換電系統(tǒng)的優(yōu)缺點

換電系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于其高效性和便捷性。相比傳統(tǒng)的充電方式，換電過程通常在幾分鐘內(nèi)完成，極大地縮短了電動汽車的補能時間。此外，換電系統(tǒng)還可以通過標準化設(shè)計，使得不同品牌和型號的電動汽車能夠共享同一套換電設(shè)施，提高了設(shè)施的利用率和兼容性?。

一、?優(yōu)點?：

?快速補能?：換電過程通常在幾分鐘內(nèi)完成，提高了能源補給效率。

?電池養(yǎng)護?：通過集中充電和統(tǒng)一管理，有助于延長電池壽命。

助力電池回收：標準化的電池便于回收處理，降低回收成本，提高資源循環(huán)效率。

圖片來源：富泰捷檢測創(chuàng)新中心，圖為新能源汽車換電系統(tǒng)

二、缺點?：

?技術(shù)標準不統(tǒng)一：不同車企的電池規(guī)格和接口存在差異，導致?lián)Q電設(shè)備難以通用，增加建設(shè)和運營成本。

高建設(shè)成本：換電站的建設(shè)成本高，包括設(shè)備購置、場地建設(shè)和電力設(shè)施改造等。

技術(shù)迭代影響：隨著電池技術(shù)的進步，換電技術(shù)的優(yōu)勢可能會被削弱，如超充技術(shù)的發(fā)展可能會縮短充電時間。

換電系統(tǒng)的技術(shù)要求

換電系統(tǒng)的實現(xiàn)需要高精度的機械臂、智能識別系統(tǒng)以及高效的電池管理系統(tǒng)等多方面的技術(shù)支持。這些技術(shù)的融合確保了換電過程的安全、快速和便捷。

?換電系統(tǒng)的技術(shù)要求主要包括以下幾個方面?：

?安全性?：換電系統(tǒng)的設(shè)計制造應(yīng)滿足安全、快速、可靠更換電池包的要求。系統(tǒng)在設(shè)計壽命周期內(nèi)應(yīng)具有滿足互操作性的電氣、通信、熱管理等功能?。

?電氣連接?：換電系統(tǒng)的電氣連接應(yīng)滿足功率傳輸、信息交互和安全防護的基本功能需求。

?通信協(xié)議?：換電系統(tǒng)應(yīng)具備與車輛電平臺相連接的功能。系統(tǒng)應(yīng)支持多種通信協(xié)議，包括但不限于CAN總線通信協(xié)議，確保電池信息、繼電器信息、能量估算等數(shù)據(jù)的準確傳輸?。

互操作性?：換電系統(tǒng)應(yīng)具備互操作性，確保不同品牌和型號的電池箱能夠兼容使用。這包括電池箱的總體尺寸、電池箱上接口、電池箱下接口、車載托架換電接口等技術(shù)要求?。

?維護和更換要求?：換電系統(tǒng)中的易損耗零部件應(yīng)在車輛使用說明書中明確標注其范圍、維護和更換要求。在車輛制造廠規(guī)定的保養(yǎng)維護期內(nèi)，易損耗零部件不應(yīng)出現(xiàn)故障和失效?。

?熱管理和故障診斷?：換電系統(tǒng)應(yīng)具備熱管理功能，確保電池在運行過程中的溫度控制。此外，系統(tǒng)還應(yīng)具備故障診斷功能，能夠?qū)崟r監(jiān)測并報告電池狀態(tài)、繼電器狀態(tài)、能量估算等信息，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?。

?標準化和兼容性?：換電系統(tǒng)應(yīng)遵循相關(guān)的國家標準和行業(yè)標準，如GB/T 37133及相關(guān)標準、規(guī)范，確保系統(tǒng)的標準化和兼容性?。

通過滿足這些技術(shù)要求，可以確保換電系統(tǒng)的安全性、可靠性和互操作性，提升電動汽車的使用體驗和運營效率。

換電系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

然而，換電系統(tǒng)也面臨一些挑戰(zhàn)，如投資成本高、電池標準化不統(tǒng)一等問題?，比如以下幾方面：

?1、建設(shè)成本高昂?：換電站的建設(shè)和維護需要大量的資金投入，包括設(shè)備購置、場地租賃、人員培訓等。此外，隨著電動車市場的不斷擴大和車型的不斷增多，換電站需要不斷升級和擴建以滿足不同品牌和車型的需求，這進一步加劇了成本壓力?。

?2、普及率有限?：目前市場上能夠提供換電服務(wù)的站點數(shù)量相對較少且分布不均，導致很多電動車車主在需要充電時無法找到合適的換電站點，從而影響了他們的用車體驗?。

3?、技術(shù)標準不統(tǒng)一?：不同車企之間的換電標準不統(tǒng)一，導致?lián)Q電站的普及和應(yīng)用范圍受限。車輛的結(jié)構(gòu)、電池的外形和封裝如果不統(tǒng)一，就無法實現(xiàn)換電?。

4、?安全性問題?：動力電池會有衰減，如果不能保證電池狀態(tài)統(tǒng)一，就會帶來安全隱患。此外，換電過程中如何確保電池的安全性也是一個需要解決的問題?。

5、?運營模式和收費標準?：合理的運營模式和收費標準是整個換電模式全面推廣的關(guān)鍵。目前，這些問題還沒有得到很好的解決?。

?6、政策支持不足?：雖然政府在推動充電設(shè)施建設(shè)方面發(fā)揮了重要作用，但換電系統(tǒng)以及換電模式的推廣還需要更多的政策支持和市場引導?。

換電系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢

?換電系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢主要包括技術(shù)創(chuàng)新、政策支持、商業(yè)模式創(chuàng)新和廣泛應(yīng)用場景的拓展。?

一、技術(shù)創(chuàng)新

1?、電池標準化設(shè)計?：隨著電池技術(shù)的進步，未來電池將實現(xiàn)標準化設(shè)計，不同品牌的新能源汽車將采用統(tǒng)一的電池規(guī)格和接口，這將極大地推動換電模式的普及，降低運營成本，提高服務(wù)質(zhì)量?。

?2、技術(shù)創(chuàng)新與智能化管理：隨著技術(shù)的進步，換電系統(tǒng)將變得更加智能和高效。通過物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和人工智能（AI）技術(shù)，換電站將能夠?qū)崟r監(jiān)控電池健康狀態(tài)，優(yōu)化儲能和換電流程。

二、政策支持

1?、政府政策支持?：政府將繼續(xù)加大對新能源汽車的支持力度，出臺更多支持換電模式的政策，包括補貼、稅收優(yōu)惠等，以鼓勵企業(yè)投入研發(fā)和推廣換電模式?。

2、?基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)?：政府將加大對充電設(shè)施和換電站的建設(shè)投入，為換電系統(tǒng)的發(fā)展提供有力支持?。

三、商業(yè)模式多樣化

換電行業(yè)不僅限于提供電池更換服務(wù)，相關(guān)企業(yè)將探索更多附加值服務(wù)。這些可能包括與公共交通、物流行業(yè)的合作，或者提供如車內(nèi)清潔、車輛檢測等綜合性服務(wù)。這種多樣化的商業(yè)模式，不僅可以增加收入來源，也能增強客戶黏性。

四、廣泛應(yīng)用場景的拓展

?1、電動汽車領(lǐng)域?：換電系統(tǒng)可以延長電池壽命，促進電動車的普及?。

2、?無人機領(lǐng)域?：換電系統(tǒng)可以延長無人機的續(xù)航時間，快速恢復任務(wù)，降低運營成本?。

3、?智能家居和備用電源?：換電系統(tǒng)還可以在智能家居和備用電源等方面發(fā)揮作用?。

總之，換電系統(tǒng)未來發(fā)展前景廣闊，技術(shù)創(chuàng)新、政策支持和商業(yè)模式創(chuàng)新將不斷推動其發(fā)展，并在更多應(yīng)用場景中得到廣泛應(yīng)用。

充換電站數(shù)字化監(jiān)控和運維解決方案

9.1.設(shè)備配置及組網(wǎng)方案

現(xiàn)場箱式變電站配備安科瑞微機保護、諧波檢測、多功能儀表、無線測溫、無功補償控制器及智能電容補償裝置。這些設(shè)備通過RS485總線連接至智能網(wǎng)關(guān)ANet-2E4SM，并通過4G網(wǎng)絡(luò)上傳至蔚來充換電站運維管理平臺。具體設(shè)備配置和組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分別見圖。

充換電站箱式變電站智能裝置配置

現(xiàn)場設(shè)備組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

9.2. 設(shè)備選型表

9.3. 智能網(wǎng)關(guān)及平臺

鑒于蔚來已經(jīng)建立了充換電站運維管理平臺，本項目中的箱變數(shù)據(jù)通過ANet-2E4SM智能網(wǎng)關(guān)進行采集，并依照蔚來運管平臺所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式上傳至該平臺。該智能網(wǎng)關(guān)內(nèi)置嵌入式系統(tǒng)，集成了本地數(shù)據(jù)采集、邏輯判斷、協(xié)議轉(zhuǎn)換、斷點續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密以及協(xié)議定制等多項功能，確保了與上級平臺的無縫對接。

安科瑞Acrelcloud-1000電力運維平臺同樣能夠滿足箱式變壓器的運維管理需求。該平臺能夠接入成千上萬的用戶變電站數(shù)據(jù)。它收集的數(shù)據(jù)涵蓋了變電站的電氣參數(shù)和環(huán)境信息，例如電流、電壓、功率、開關(guān)狀態(tài)、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水情況、煙霧濃度、視頻監(jiān)控以及門禁系統(tǒng)等。一旦出現(xiàn)異常情況，平臺能在10秒內(nèi)通過短信和移動應(yīng)用發(fā)出警報信號。此外，平臺還支持通過移動應(yīng)用向運維人員下發(fā)任務(wù)，并利用北斗定位系統(tǒng)跟蹤任務(wù)執(zhí)行情況，實現(xiàn)閉環(huán)管理，從而提升運維效率，確保及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在缺陷。

9.3.1 電力檢測

運維平臺通過4G網(wǎng)絡(luò)采集箱變配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括電流電壓功率電能和開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，掌握箱變實時和歷史數(shù)據(jù)。

9.3.2 電能統(tǒng)計

基于尖峰平谷分時電度統(tǒng)計不同時段的電能消耗和用電成本，并形成日報、月報、年報表，通過同比環(huán)比分析比較，便于用戶計算運營成本。

9.3.3 異常報警

箱變電流、電壓、功率、開關(guān)狀態(tài)、變壓器負荷率和繞組溫度、電氣接點溫度、環(huán)境溫濕度、煙霧、浸水、視頻、門禁信息，發(fā)生異常情況會及時通過APP和短信向運維人員發(fā)出報警信息。

9.3.4 運維管理

可幫助用戶制定巡檢計劃，記錄巡檢發(fā)現(xiàn)的缺陷，并派發(fā)消缺工單，查看巡檢軌跡定位和消缺搶修進度，反饋任務(wù)進度等，閉環(huán)運維管理流程。

9.3.5 用戶報告

運維平臺自動生成用戶用電及運行診斷報告，對配電系統(tǒng)運行情況提供周期性診斷報告，總結(jié)配電系統(tǒng)存在的問題，提出改進建議。

審核編輯 黃宇