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撰寫(xiě) | 張梓鍵 審校 | 梁婉玲
一、引言
新能源汽車(chē)最大的問(wèn)題就是續(xù)航能力不足。目前，主流的解決方案是通過(guò)加大電池容量、研發(fā)電池新材料等在“做文章”，但電池容量過(guò)大顯然會(huì)增加新能源汽車(chē)的總重、或?qū)е缕?chē)在行駛過(guò)程中發(fā)生安全問(wèn)題。國(guó)內(nèi)造車(chē)新勢(shì)力——蔚來(lái)汽車(chē)，另辟蹊徑，探索“換電模式”的解決方案。
手機(jī)剛問(wèn)世時(shí)，需配合使用充電器充電；后出現(xiàn)手機(jī)的“機(jī)身-電池”分離，把電池從機(jī)身內(nèi)單獨(dú)脫離出來(lái)充電或更換，再置入機(jī)身實(shí)現(xiàn)為手機(jī)供電。直到蘋(píng)果手機(jī)的出現(xiàn)，又把機(jī)身和電池重新“摁”在一起，變回“一體化設(shè)計(jì)”。
圖1 手機(jī)“機(jī)電”分離
圖2 手機(jī)一體式充電
同樣的，新能源汽車(chē)是通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)然少不了“充電”才能跑得更遠(yuǎn)。新能源汽車(chē)雖然這些年取得不錯(cuò)的發(fā)展，駕駛體驗(yàn)有了極大的提高，但是“里程焦慮”仍是新能源汽車(chē)發(fā)展的核心難題。
新能源汽車(chē)“沒(méi)電”了，便無(wú)法繼續(xù)前行，必須找到“充電”的的地方。但目前，驅(qū)動(dòng)新能源汽車(chē)前行的“電”不好找，而且充電等待的時(shí)間也不短。如特斯拉“超充V3”充滿(mǎn)75kwh的電池需45分鐘，而燃油車(chē)加滿(mǎn)一缸燃料僅需幾分鐘。
若想解決新能源汽車(chē)的續(xù)航問(wèn)題，達(dá)到燃油車(chē)的能源效率，最便捷的解決方案就是像過(guò)去手機(jī)的“機(jī)電”分離，即直接換電池。
“換電”具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)有技術(shù)下，幾分鐘內(nèi)完成電池更換的速度，甚至能媲美燃油車(chē)加油的效率；而且，在更換電池過(guò)程中，換電站需時(shí)刻檢測(cè)電池狀態(tài)，能關(guān)注并增強(qiáng)電池系統(tǒng)的安全性。
“換電”并非蔚來(lái)在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的首創(chuàng)。
特斯拉也曾為用戶(hù)提供過(guò)換電服務(wù)，但因當(dāng)?shù)馗鞣N設(shè)施配置跟不上、供應(yīng)價(jià)格過(guò)高、用戶(hù)體驗(yàn)差等原因而舍棄。燃油汽車(chē)曾面臨的里程焦慮，在普及加油站后得以解決；可見(jiàn)，若想解決新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航焦慮的最好方法就是，建立一個(gè)隨時(shí)續(xù)航的補(bǔ)給網(wǎng)（換電站）。
但新能源汽車(chē)換電站的推廣和普及，需要大量投資、基礎(chǔ)建設(shè)和完備的供應(yīng)鏈做保障。特斯拉等單一廠商若想以“一己之力”實(shí)現(xiàn)“遍地?fù)Q電站”，可謂是難度極大。
困于現(xiàn)狀，目前新能源汽車(chē)領(lǐng)域中還在堅(jiān)持研究“換電”技術(shù)的開(kāi)拓者寥寥無(wú)幾。深耕”換電“的中國(guó)蔚來(lái)汽車(chē)，在其中就顯得“一支獨(dú)秀”。相比于其他廠商，蔚來(lái)并不在單次的續(xù)航里程上硬磕，而是投入巨大的研發(fā)成本，在“換電”技術(shù)上布局了1200多項(xiàng)專(zhuān)利，全國(guó)范圍內(nèi)已建設(shè)135多座換電站，覆蓋69個(gè)城市，為客戶(hù)提供了超過(guò)80萬(wàn)次的換電服務(wù)。
新能源汽車(chē)換電站已成為國(guó)家新基建的重要組成部分，還被寫(xiě)入2020年兩會(huì)的政府工作報(bào)告中。可見(jiàn)，中國(guó)在建設(shè)換電站方面，具有完善的基礎(chǔ)設(shè)施和天然優(yōu)勢(shì)。
二、蔚來(lái)?yè)Q電專(zhuān)利分析
從2016年起，蔚來(lái)汽車(chē)便開(kāi)始在“換電”技術(shù)領(lǐng)域布局專(zhuān)利申請(qǐng)，喊出了“不怕都市節(jié)奏快，因?yàn)槲覀儞Q電更快”的響亮口號(hào)。蔚來(lái)?yè)Q電站每次換電都會(huì)進(jìn)行三電自檢，確保整車(chē)和電池始終處于最佳狀態(tài)，滿(mǎn)電出發(fā)也僅需一首歌的時(shí)間。
下面，我們將簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)蔚來(lái)汽車(chē)的“換電黑科技”！
1、換電平臺(tái)、換電站以及換電方法
申請(qǐng)日：20200624
公開(kāi)號(hào)：CN111634207A
申請(qǐng)人：武漢蔚來(lái)能源有限公司
本發(fā)明提供一種換電平臺(tái)、換電站以及換電方法，所述換電平臺(tái)包括駐車(chē)機(jī)構(gòu)、容置機(jī)構(gòu)和開(kāi)合機(jī)構(gòu)，容置機(jī)構(gòu)設(shè)置在駐停于駐車(chē)機(jī)構(gòu)上的車(chē)輛的下方并具有開(kāi)口，開(kāi)合機(jī)構(gòu)設(shè)置在容置機(jī)構(gòu)上，其中，當(dāng)開(kāi)合機(jī)構(gòu)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)可開(kāi)啟容置機(jī)構(gòu)的開(kāi)口，當(dāng)開(kāi)合機(jī)構(gòu)處于閉合狀態(tài)時(shí)，可關(guān)閉容置的開(kāi)口，并使開(kāi)合機(jī)構(gòu)與駐車(chē)機(jī)構(gòu)構(gòu)成車(chē)輛通行路徑以供車(chē)輛駛?cè)牖蝰傠x駐車(chē)機(jī)構(gòu)。
通過(guò)將車(chē)輛通行路徑的承重功能整合設(shè)計(jì)于開(kāi)合機(jī)構(gòu)上，可以降低換電平臺(tái)其他設(shè)備的承重設(shè)計(jì)難度。
圖4 換電平臺(tái)、換電站以及換電方法
2、模塊化的換電站
申請(qǐng)日：20190523
公開(kāi)號(hào)：CN210760327U
權(quán)利人：上海蔚來(lái)汽車(chē)有限公司
本實(shí)用新型公開(kāi)了一種模塊化的換電站。所述換電站包括若干個(gè)區(qū)域模塊，所述區(qū)域模塊包括：電池區(qū)，所述電池區(qū)包括使電池沿橫向放置的第一倉(cāng)位和使電池沿縱向放置的第二倉(cāng)位；作業(yè)區(qū)，所述作業(yè)區(qū)具有定位車(chē)輛的車(chē)輛平臺(tái)以及對(duì)電池進(jìn)行改向使得電池沿所述橫向或所述縱向定位的移動(dòng)臺(tái)。
模塊化的系統(tǒng)提供了高度的靈活性。
圖5 模塊化換電站
3、一種電路系統(tǒng)及換電站
申請(qǐng)日：20200706
公開(kāi)號(hào)：CN212486192U
權(quán)利人：武漢蔚來(lái)能源有限公司
本實(shí)用新型涉及使用和維護(hù)二次電池或二次半電池的方法及裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電路系統(tǒng)及換電站。電路系統(tǒng)與多個(gè)供電件連接，用于輸電并對(duì)供電件充電，電路系統(tǒng)包括負(fù)載線(xiàn)路、供電線(xiàn)路、供電控制組件和控制系統(tǒng)，負(fù)載線(xiàn)路與用電負(fù)載連接；供電線(xiàn)路一端與負(fù)載線(xiàn)路連接，另一端與至少一個(gè)供電件連接；供電控制組件連接在供電線(xiàn)路中，控制供電線(xiàn)路的接通，并使供電件能夠向用電負(fù)載輸電；控制系統(tǒng)與供電控制組件電氣連接，控制供電控制組件的啟停。
換電站安裝有電路系統(tǒng)時(shí)，換電站的換電工作不會(huì)因?yàn)橥ｋ姸Q電工作能力，仍然可以為電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行換電工作，可避免因換電站停電對(duì)換電工作的影響，用戶(hù)體驗(yàn)效果更好。
圖6 一種電路系統(tǒng)及換電站
4、換電執(zhí)行器、標(biāo)準(zhǔn)化換電平臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)化換電站
申請(qǐng)日：20190515
公開(kāi)號(hào)：CN210881736U
權(quán)利人：上海蔚來(lái)汽車(chē)有限公司
本實(shí)用新型公開(kāi)了一種換電執(zhí)行器、標(biāo)準(zhǔn)化換電平臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)化換電站。所述換電執(zhí)行器，用于換電平臺(tái)對(duì)車(chē)輛電池的更換操作，其包括：支撐部，所述支撐部的一端固定地連接在所述換電平臺(tái)上，臂部，所述臂部的一端與所述支撐部的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，腕部，所述腕部設(shè)置在所述臂部的另一端上，其中所述腕部具有操作裝置，所述操作裝置配備有對(duì)至少一種車(chē)輛電池進(jìn)行加鎖和/或解鎖操作的不同的鎖工具。
本實(shí)用新型可提供兼容多種車(chē)型的電池的換電作業(yè)的服務(wù)。
圖7 換電執(zhí)行器、標(biāo)準(zhǔn)化換電平臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)化換電站
5、電池傳輸系統(tǒng)、換電站及換電方法
申請(qǐng)日：20200824
公開(kāi)號(hào)：CN111959341A
權(quán)利人：武漢蔚來(lái)能源有限公司
本發(fā)明提供一種電池傳輸系統(tǒng)、換電站及換電方法，所述電池傳輸系統(tǒng)包括第一傳輸機(jī)構(gòu)和第二傳輸機(jī)構(gòu)，其中，當(dāng)?shù)谝粋鬏敊C(jī)構(gòu)和第二傳輸機(jī)構(gòu)處于對(duì)接位置時(shí)，第一傳輸機(jī)構(gòu)的第一承載結(jié)構(gòu)與第二傳輸機(jī)構(gòu)的通道結(jié)構(gòu)垂直對(duì)齊，以便于第一傳輸機(jī)構(gòu)的第一承載結(jié)構(gòu)相對(duì)于機(jī)構(gòu)本體升降時(shí)，第一承載結(jié)構(gòu)可穿過(guò)通道結(jié)構(gòu)，而使第一承載結(jié)構(gòu)的承載面沿水平方向高于或低于第二承載結(jié)構(gòu)的承載面，從而提供電池在第一傳輸機(jī)構(gòu)與第二傳輸機(jī)構(gòu)之間接駁。
本發(fā)明可以減小或消除第一傳輸機(jī)構(gòu)和第二傳輸機(jī)構(gòu)之間的接駁區(qū)域，以滿(mǎn)足換電站小型化的發(fā)展需求。
圖8 電池傳輸系統(tǒng)、換電站及換電方法
三、總結(jié)
1、相比于充電，換電的優(yōu)勢(shì)更為顯著，僅需一首歌時(shí)間的極速補(bǔ)能體驗(yàn)，甚至能媲美燃油汽車(chē)的加油效率。
2、蔚來(lái)汽車(chē)另辟蹊徑，探索換電技術(shù)，擁有1,200項(xiàng)換電專(zhuān)利，其換電站更是榮獲2019紅點(diǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)。
3、截至2020年6月28日，換電站數(shù)量擴(kuò)充至135座，分布59個(gè)城市 。蔚來(lái)累計(jì)換電單量已超過(guò)58萬(wàn)單，換電滲透率近50%。
4、政策背景：
a）2020年兩會(huì)政府工作報(bào)告，換電站首次被納入新基建范疇。
b）財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部和發(fā)展改革委下發(fā)的《關(guān)于完善新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》提出，“2021-2022年，原則上保持技術(shù)指標(biāo)總體穩(wěn)定。支持’車(chē)電分離’等新型商業(yè)模式發(fā)展，鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)一步提升整車(chē)安全性、可靠性，研發(fā)生產(chǎn)具有先進(jìn)底層操作系統(tǒng)、電子電氣系統(tǒng)架構(gòu)和智能化網(wǎng)聯(lián)化特征的新能源汽車(chē)產(chǎn)品”。但“新能源乘用車(chē)補(bǔ)貼前售價(jià)須在30萬(wàn)元以下（含30萬(wàn)元），為鼓勵(lì)’換電’新型商業(yè)模式發(fā)展，加快新能源汽車(chē)推廣，換電模式車(chē)輛不受此規(guī)定”。
隨著換電站建設(shè)的推進(jìn)，也許未來(lái)真的就像蔚來(lái)專(zhuān)利上描述的那樣，新能源車(chē)能通過(guò)換電達(dá)到燃油車(chē)的能源效率。
參考文獻(xiàn)
1、特斯拉8年前放棄的技術(shù)，蔚來(lái)還在堅(jiān)持，為啥？https://tech.sina.cn/csj/2020-07-09/doc-iirczymm1498891.d.html?from=wap
2、蔚來(lái)汽車(chē)官方https://www.nio.cn/
3、為什么現(xiàn)在的手機(jī)都不能拆卸電池？這2個(gè)原因很扎心！https://www.sohu.com/a/400077924_489987
4、珠海國(guó)資向法拉第未來(lái)投資20億 賈躍亭造車(chē)夢(mèng)延續(xù)？https://finance.sina.cn/stock/ssgs/2021-01-27/detail-ikftssap1199555.d.html?oid=4068692548992252&vt=4&cid=80775&node_id=80775
5、蔚來(lái)中國(guó)落戶(hù)合肥，70億元融資只是第一步https://finance.sina.com.cn/roll/2020-04-30/doc-iircuyvi0733655.shtml
6、蔚來(lái)汽車(chē)「換電模式」是不是賭贏了？https://www.zhihu.com/question/390211801
