新能源汽車換電模式關(guān)鍵技術(shù)中圖分類號：U469.72文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-8639（2025）06-0016-03【Abstract】Theriseinglobalenvironmentalawarenesstheintensificationenergycriseshavepropelledtherapiddevelopmentnewenergyvehiclesasaglobaltrend.Electricvehicles，asrepresentativesgreentransportation，havegarneredsignificantattentionduetotheirzeroemissionslowenergyconsumption.However，thewidespreadadoptionelectricvehiclesfaceschallengessuchaslaggingcharginginfrastructureexcessivelylongchargingtimes，whichconstrainconsumerexperiencemarketexpansion.Toaddresstheseissuesmoreefectively，bateryswappngfornewenergyvehiclesisgraduallbeingrecognizedasaninnovativesolution.Thismodelreplacestraditionalchargingmethodswiththequickreplacementbateries，significantlyreducingchargingtimeoptimizingresourceutilizationthroughbaterysharing，therebyenhancinguserconvenience.Thisarticleexploresthebatteryswappingmodelfornewenergyvehicles，aimingtocontributenewideaspracticalapproachestothesustainabledevelopmentthenewenergyvehicleindustry.【Keywords】newenergyvehicles；battryswappingmode；commercialinnovation；technologicalinnovation;sustainabledevelopment隨著全球氣候變化和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型已成為全球發(fā)展的必然趨勢。新能源汽車，尤其是電動(dòng)汽車，以其低碳環(huán)保的特點(diǎn)，逐步成為交通領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。然而，電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用并非沒有挑戰(zhàn)，尤其是在充電問題上，傳統(tǒng)的充電樁布局和充電效率無法滿足日益增長的市場需求。充電時(shí)間過長、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后等問題，嚴(yán)重影響了電動(dòng)汽車的普及速度與消費(fèi)者的使用體驗(yàn)。為解決這些問題，新能源汽車換電模式作為一種創(chuàng)新的能源補(bǔ)充方式，逐漸被業(yè)內(nèi)和消費(fèi)者認(rèn)可。與傳統(tǒng)充電模式不同，換電模式通過快速更換電池，不僅顯著縮短了充電時(shí)間，還能提升電池管理的效率和靈活性。這一模式在多個(gè)國家和地區(qū)逐漸獲得應(yīng)用，并展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。然而，換電模式的廣泛應(yīng)用仍面臨技術(shù)、市場、政策等多重因素的挑戰(zhàn)。換電技術(shù)的突破與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的完善，以及相應(yīng)的商業(yè)模式創(chuàng)新，都是推動(dòng)這一模式成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。因此，新能源汽車換電模式成為當(dāng)前新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要議題。如何通過技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式的創(chuàng)新，推動(dòng)換電模式的成熟與應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。1新能源汽車換電模式概述1.1換電模式的定義與特點(diǎn)新能源汽車換電模式是指通過專用站點(diǎn)對電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池進(jìn)行快速更換的技術(shù)路線，其核心特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)能源補(bǔ)給方式從“充電等待”向“即換即走”的轉(zhuǎn)變。與傳統(tǒng)充電模式相比，換電模式建立了標(biāo)準(zhǔn)化電池倉、自動(dòng)化裝卸設(shè)備、云端電池管理系統(tǒng)的三位一體架構(gòu)2。車輛進(jìn)入換電站后，通過機(jī)械臂精準(zhǔn)拆卸虧電電池并替換為滿電電池，全程耗時(shí)僅需傳統(tǒng)快充的十分之一。該模式的關(guān)鍵創(chuàng)新在于電池資產(chǎn)與車輛所有權(quán)的分離一用戶無需購買電池，轉(zhuǎn)而通過租賃或訂閱服務(wù)獲取能源補(bǔ)給，大幅降低購車成本。技術(shù)特點(diǎn)上，換電模式要求電池規(guī)格統(tǒng)一化、接口標(biāo)準(zhǔn)化，如寧德時(shí)代的巧克力換電模塊通過尺寸與電壓的嚴(yán)格規(guī)范，可適配80%以上乘用車型。運(yùn)維層面，換電站對電池進(jìn)行集中監(jiān)控與梯次利用，通過恒溫恒濕環(huán)境延緩電池衰減，相比分散的私人充電樁更有利于延長電池壽命。1.2換電模式在新能源汽車中的優(yōu)勢換電模式正成為破解新能源汽車普及瓶頸的重要突破口。當(dāng)前用戶普遍面臨充電時(shí)間長、續(xù)航焦慮、電池貶值快等痛點(diǎn)，而換電模式通過技術(shù)創(chuàng)新與商業(yè)模式重構(gòu)，展現(xiàn)出多維競爭優(yōu)勢[3]。換電模式的核心優(yōu)勢在于效率革命與成本重構(gòu)，見表1。補(bǔ)能效率的提升直接緩解續(xù)航焦慮，例如出租車駕駛員可在交接班間隙完成換電，避免營運(yùn)時(shí)間損失。車電分離模式打破“一車一電池”的綁定關(guān)系，用戶無需承擔(dān)電池衰減導(dǎo)致的車輛貶值，車企則通過電池租賃費(fèi)獲取持續(xù)收益。電網(wǎng)側(cè)的優(yōu)勢體現(xiàn)在能源管理的集約化一換電站可利用夜間低谷電價(jià)集中充電，白天通過換電服務(wù)獲取差價(jià)收益，同時(shí)平抑電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)。更重要的是，換電模式為電池技術(shù)迭代提供緩沖空間，當(dāng)新型高能量密度電池上市時(shí)，用戶無需更換整車即可享受技術(shù)進(jìn)步紅利。2換電模式技術(shù)體系架構(gòu)2.1換電模式技術(shù)分類換電模式技術(shù)分類是構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化體系的基礎(chǔ)，當(dāng)前主流技術(shù)路線依據(jù)電池組布局與更換方式可分為底盤換電、側(cè)方換電及分箱換電三類。如表2所示，不同技術(shù)路線在兼容性、運(yùn)營效率和技術(shù)成熟度方面存在顯著差異。底盤換電因結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性被乘用車廣泛采用；側(cè)方換電憑借低場地要求成為商用車型優(yōu)選方案；分箱換電則通過模塊化組合實(shí)現(xiàn)靈活補(bǔ)能。技術(shù)路線的選擇需綜合車輛平臺、運(yùn)營場景和基礎(chǔ)設(shè)施條件進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃。底盤換電技術(shù)采用整體式電池包設(shè)計(jì)，以蔚來第三代換電站為例，其雙機(jī)械臂協(xié)同作業(yè)可實(shí)現(xiàn)電池包鎖止機(jī)構(gòu)（扭矩精度±2N?m，的精準(zhǔn)對接，但受制于車輛軸距差異，跨車型適配需重構(gòu)底盤結(jié)構(gòu)。側(cè)方換電技術(shù)通過滑軌導(dǎo)向裝置（北汽專利CN1126226B）實(shí)現(xiàn)電池模塊的水平置換，其導(dǎo)向槽角度優(yōu)化至45°時(shí)可降低32%的摩擦損耗，特別適用于出租車等高頻次運(yùn)營場景。分箱換電技術(shù)突破性地采用300×400×150mm標(biāo)準(zhǔn)箱體（時(shí)空電動(dòng)參數(shù)），每個(gè)箱體配備獨(dú)立BMS實(shí)現(xiàn)荷電狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，但模塊間電氣連接損耗導(dǎo)致系統(tǒng)能效較整體式下降5%～7%。2.2電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)電池系統(tǒng)作為換電模式的核心載體，其技術(shù)演進(jìn)直接決定換電體系的經(jīng)濟(jì)性與安全性。當(dāng)前技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)三大特征：①無模組技術(shù)（CelltoPack，CTP）使成組效率突破75%；②液冷系統(tǒng)溫差控制lt;3°C③快換接口循環(huán)壽命gt;5000次。如表3所示，標(biāo)準(zhǔn)化電池包需集成機(jī)械固定、熱管理、電氣連接三大子系統(tǒng)，其中蔚來100kW?h電池包通過雙水冷板設(shè)計(jì)將溫差波動(dòng)降低至1.8°C，顯著提升循環(huán)壽命。電池包標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方面，寧德時(shí)代推出的1350×1050×140mm標(biāo)準(zhǔn)箱體（兼容率gt;85%采用6061-T6鋁合金框架，在實(shí)現(xiàn)減重15%的同時(shí)將結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提升至800MPa。熱管理系統(tǒng)創(chuàng)新體現(xiàn)在：①特斯拉雙流道設(shè)計(jì)使冷卻液接觸面積增加40%；②北汽EU5車型采用相變材料（熔點(diǎn)28°C）實(shí)現(xiàn)極端工況溫升控制?？鞊Q接口技術(shù)突破重點(diǎn)在于TEConnectivity研發(fā)的浮動(dòng)自補(bǔ)償連接器，其三點(diǎn)定位結(jié)構(gòu)（公差補(bǔ)償量±1.5mm）使插拔次數(shù)壽命達(dá)到10000次，是行業(yè)新高。3新能源汽車換電模式的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新3.1電池標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化設(shè)計(jì)電池標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化設(shè)計(jì)的核心在于通過分層協(xié)同解決兼容性與靈活性矛盾（圖1）。物理層統(tǒng)一電池尺寸（長寬高）和外殼材料，確保不同車型電池倉可通用安裝；質(zhì)量分級設(shè)計(jì)則兼顧乘用車與商用車的差異化需求。接口層通過規(guī)范電氣連接、冷卻系統(tǒng)與機(jī)械鎖止方式，例如采用防水防塵的高性能接口和快速插拔式冷卻接頭，大幅降低換電站設(shè)備改造成本，同時(shí)雙保險(xiǎn)鎖止機(jī)制提升操作安全性。數(shù)據(jù)層建立統(tǒng)一的電池信息管理規(guī)則，包括電池身份編碼、電量狀態(tài)與健康度監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)跨品牌電池狀態(tài)實(shí)時(shí)共享。例如，每塊電池內(nèi)置唯一編碼，配合云端數(shù)據(jù)同步，可精準(zhǔn)追蹤電池全生命周期表現(xiàn)。應(yīng)用層則通過模塊化組合設(shè)計(jì)，在保持外殼尺寸不變的前提下，靈活增減內(nèi)部電芯數(shù)量，既滿足不同車型的續(xù)航需求，又避免換電站頻繁調(diào)整設(shè)備結(jié)構(gòu)。量充足的電池，同時(shí)將替換下的電池自動(dòng)送入檢測通道，通過充放電測試與溫控校準(zhǔn)恢復(fù)最佳狀態(tài)。針對極端天氣場景，換電站配備環(huán)境自適應(yīng)系統(tǒng)：夏季高溫時(shí)啟動(dòng)液冷循環(huán)降低電池表面溫度，冬季極寒時(shí)通過紅外加熱模塊預(yù)熱電池倉，確保換電操作全天候安全可靠。3.3換電站的智能化與自動(dòng)化技術(shù)換電站的智能化與自動(dòng)化技術(shù)是提升用戶體驗(yàn)和運(yùn)營效率的核心突破。傳統(tǒng)換電依賴人工操作，存在效率低、誤差率高等問題，而智能化技術(shù)通過機(jī)械臂、視覺識別和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)全流程無人化操作。例如，車輛駛?cè)霌Q電位后，激光雷達(dá)與攝像頭自動(dòng)掃描電池倉位置，誤差控制在毫米級；機(jī)械臂在30s內(nèi)完成解鎖、拆卸、安裝動(dòng)作，全程無需人工干預(yù)。更深層的創(chuàng)新在于電池健康管理系統(tǒng)的智能化一每塊電池內(nèi)置傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測內(nèi)阻、溫度等參數(shù)，云端算法預(yù)測剩余壽命，自動(dòng)將性能下降的電池調(diào)配至儲(chǔ)能梯次利用環(huán)節(jié)。運(yùn)維層面，智能調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)用戶換電預(yù)約數(shù)據(jù)、電池庫存和電網(wǎng)電價(jià)波動(dòng)，動(dòng)態(tài)調(diào)整各站點(diǎn)電池儲(chǔ)備量。例如，在晚高峰前向市區(qū)站點(diǎn)集中調(diào)撥滿電電池，避免用戶排隊(duì)。這些技術(shù)不僅將單次換電時(shí)間壓縮至3min以內(nèi)，更通過數(shù)據(jù)閉環(huán)優(yōu)化資產(chǎn)利用率，使單站日均服務(wù)能力提升至300車次以上。新能源汽車換電模式的創(chuàng)新標(biāo)志著能源補(bǔ)給方式的根本性變革，其核心價(jià)值在于通過技術(shù)重構(gòu)與模式突破實(shí)現(xiàn)多方共贏。研究表明，換電模式的推廣不僅依賴電池標(biāo)準(zhǔn)化與高效換電設(shè)備的技術(shù)突破，更需要構(gòu)建用戶需求-資源調(diào)度-價(jià)值循環(huán)的協(xié)同生態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)化電池設(shè)計(jì)打破品牌壁壘，自動(dòng)化換電站提升服務(wù)效率，智能化管理系統(tǒng)保障安全與可持續(xù)性。3.2高效換電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)路徑換電效率的提升依賴于全流程自動(dòng)化與精準(zhǔn)協(xié)同控制。當(dāng)車輛駛?cè)霌Q電站時(shí)，視覺定位系統(tǒng)自動(dòng)掃描底盤結(jié)構(gòu)，機(jī)械臂在3s內(nèi)完成電池倉蓋開啟動(dòng)作。采用多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械臂與柔性夾具組合，電池拆卸與安裝過程實(shí)現(xiàn)“抓取-抬升-平移-對接”全自動(dòng)操作，單次換電時(shí)間壓縮至2min30s以內(nèi)，比傳統(tǒng)充電模式節(jié)省時(shí)間。換電站內(nèi)部采用立體倉儲(chǔ)設(shè)計(jì)，電池存儲(chǔ)架分為高周轉(zhuǎn)區(qū)與緩沖區(qū)，通過AGV（自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人）實(shí)現(xiàn)電池的智能調(diào)度一高頻使用電池存放在靠近出口的倉位，低頻電池則移至深處4。用戶掃碼換電時(shí)，系統(tǒng)優(yōu)先分配健康度高、電[1]劉宏偉，胡永仕，蘇曉麗.基于演化博弈的新能源汽車換電模式研究[J/OL].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與