陆晨汐，董萍萍，宋佳玲

常熟理工学院，江苏 常熟 215500

0 引言

如今，新能源汽车成为汽车产业可持续发展的必然趋势。由于电动汽车是新能源汽车的主要研究方向，国内外对新能源电动汽车的发展格外关注。2020 年11 月初，国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划（2021—2035 年）》，明确指出发展新能源汽车既对汽车产业有重大意义，也是中国尽快成为汽车强国的必然要求[1]。2021 年2 月，商务部也推行相关政策鼓励其快速发展，政策中明确指出为了使新能源汽车充（换）电更为便利，应积极鼓励部分地方出台相关政策，尽快投入基础设施建设工作。必要情况下，政府也要推行相关政策进行补贴，从而调动公众积极性。同年3 月份，工业和信息化部提出推进新技术、新产业、新基建标准制定，大力发展电动汽车和充换电系统。在政策的支持下，新能源电动汽车在我国呈现勃勃向上的发展态势。

文章针对换电技术的研究热点及发展趋势进行研究。首先，文章对换电技术进行了简单阐述，然后对比了换电技术在国内外的研究现状，随后列表分析了专利申请前十的相关企业的简要情况，最后对换电技术的研究热点与发展趋势进行了研究。

1 换电技术的概念

新能源电动汽车在充电模式下，可能会遇到续航能力较差、充电桩充电时间长及设备故障率高等一系列问题，随即出现了换电技术。换电技术指的是通过集中型充电站对大量电池集中存储、充电、统一配送，并在电池配送站内对电动汽车进行电池更换服务，集电池的充电、物流调配及换电服务于一体。理想状态下，应用换电技术即可实现新能源电动汽车的长时间连续行驶[2]。

换电技术主要针对新能源用户在用车过程中遇到的电池老化、维修保养和充电速度慢的问题。换电技术的出现大大改善了目前新能源充电效率低的困境。同时，被替换下来的蓄电池根据充电的高低峰时间调配进行补电，从而实现了资源的合理配置，一定程度上避免了不合理配置带来的资源浪费。

2 换电技术的发展现状

2.1 国外现状

2013 年，特斯拉发布了耗时仅一分半的换电技术，对业内起到了一定冲击效果。该技术的发布刺激部分企业开始将焦点转移至换电站建设中去，为后期换电技术真正为公众所了解奠定了一定基础。然而，建设成本高及公众对换电站了解具有局限性等诸多因素，使得各公司难以发现换电技术的前景，以至于中途放弃了换电模式。

2021 年，全球新能源汽车销量达到675 万辆，其中欧洲的销量约占全球市场的三分之一，美国的销量则不到70 万辆。2021 年5 月，雷诺公司老板卢卡德梅奥曾提及，“可更换电池会成为法国新能源电动汽车相关产业的必然选择。在未来几年里，换电技术终将成为衡量汽车领域的发展潜力的重要标准。”目前，国外的很多国家，尤其是欧洲地区的国家开始意识到换电技术的潜力。同时，国外很多国家已经意识到在未来如果想提高其品牌竞争力，务必加大对换电技术的研究。

2.2 国内现状

我国最早从事新能源汽车换电的企业是奥动新能源，成立于2000 年，现已成为换电行业的领军企业。2011 年，国家电网确定换电运行思路为“换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送”，但由于当时新能源汽车行业发展不成熟，其发展面临诸多挑战，以至于换电模式在短期内停滞不前。后来，国务院在2012 年6 月印发《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020 年）》，指出充电是新能源汽车最合适的补电方式。但是，换电模式在当时并不被大众所看重，换电技术的发展一度处于低谷阶段。随着中国的新能源汽车保有量逐渐超过600 万辆，相关技术人员及企业逐渐意识到现有充电模式并不能满足消费者需求。之后，政府部门推广并实施了相关政策，向大众普及换电概念并给予已采用换电模式的车辆充分鼓励以及必要的后续经济补贴，最终换电模式获得了较快发展。

换电站是为电动汽车快速更换电池的能量站，相关统计表明，2019 年以来，换电站规模不断扩大。随着近几年换电模式的持续发力，截至2020 年12 月份，换电站数量约550 座。在2021 年年中，其数量增加近160 座。经相关部门合理预测，预计到2035 年，国内换电站数量将突破一万座的数量大关。

3 专利申请情况

随着换电技术的逐渐成熟以及制造成本的逐渐降低，越来越多的企业开始热衷于换电技术的研究和开发。在知识产权日益重要的今天，产品的研究和开发与专利密切相关，特别是研发水平较高的大型企业，尤其重视专利的申请和布局。

检索发现，目前中国范围内，有关换电站的专利申请量为14 055 件,其中发明7 354 件，实用新型6 597 件，外观设计104 件。中国专利数量前十的申请人或专利权人如表1 所示。国家电网公司、中国广核集团有限公司、奥动新能源汽车有限公司是位列前三的企业。由表1 可知，国家电网公司对换电技术的关注度颇高，累计专利达到了1 621 件，占据申请量的主体，是低调且具有实力的专利巨头。

如表1 所示，国家电网对换电站的重视程度远超其他公司。这也无疑体现出换电站的重要性。排名第二的中广核是国资委控股的大型央企，是中国最大、全球第三的核电企业。第三位的奥动与北汽、上汽、广汽、长安、东风和智骏等都有所合作，均致力于推广换电模式，且于2021 年与中石化签署战略合作协议。第四位的蔚来，则是底盘换电的领军企业，该企业已与国际能源巨头荷兰皇家壳牌集团、中石化签署战略合作协议。

表1 中国专利数量前十的申请人或专利权人

国内2005—2021 年专利申请数量趋势变化如图1所示。换电站的专利申请数量处于逐年攀升的态势。某种程度上，也意味着换电站具有一定的市场潜力，并越来越受到人们的认可。综合各方面的考虑，申请量的变化情况与当时推行的政策、技术水平以及国民对换电技术的关注度息息相关。根据图1，在2009 年之前，相关专利申请数量并不多。即便当时引入了相关概念，但公众对换电技术的认知度尚且不够，受限于当时的技术水平，新能源电动汽车的发展仍困难重重，因此，当时从事相关研究的人员并不多。2017 年以后，随着换电技术获得长足发展以及环保观念逐渐深入人心，换电技术领域专利申请数量快速增加，换电站进入了快速发展阶段。尽快采取换电技术是新能源汽车发展的重中之重，可以预期的是，在电动汽车商业化的当前，其申请量也会继续较大[3]。

图1 2002—2021 年换电站相关专利申请数量趋势变化图

4 研究热点及发展趋势

通过前文对换电技术的相关专利数量的研究和分析，能够发现换电技术具有巨大潜力，下面介绍目前换电技术以及换电站的研究热点和发展趋势。

4.1 研究热点

目前国内的换电站仍处于起步阶段，国民对其关注度及重视度逐渐增加。随着新能源汽车保有量近年来不断增加，换电站研究具有十分可观的发展前景。

4.1.1 延长电池寿命

充电模式相对于换电模式而言仍存在很多问题，不能够及时结束充电或者长时间缺电等问题都是充电模式的痛点。充电线质量和电流强度等诸多因素也会影响充电效率，甚至存在一定安全隐患。汽车的动力电池放置于底盘的位置，换电技术并不能够很方便进行补能，因此不得不采用充电桩进行充电。换电站的出现是电动汽车摆脱了这种两难的境地。换电站可根据具体需求在相应地点设置适宜数量的储备电池，采用慢充的方式对电池进行充电，避免强电流或高电压对电池带来的损害。也避免了资源的不合理安置带来的资源浪费。当车辆处于缺电状态时，到换电站立刻更换电池即可。此外，更换下的电池会统一检测其安全性，一旦发现问题及时通知相关人员进行必要的保养或替换，提高其安全系数。在一定程度上，可以延长电池的使用寿命。

4.1.2 解决续航里程问题

截至2021 年年底，全国新能源汽车保有量达到784 万辆，然而目前全国的充电桩保有量仅262 万个，车桩比约为3.3 ∶1。由此可见，现有充电桩数量并不能完全满足人们的需求。充电模式下汽车的充电速度比较慢，即便目前已出现了快速充电的方式，但充电时间也要20～120 min。除此之外，快充是采用高强电流给电池进行充电，某种程度会损坏电池。换电站恰恰可以弥补充电桩的供不应求的问题，也能实现快速补充能量。换电站的建设应当由专业人员组建的团队全权负责，只有这样，才能确保换电站长期稳定使用。综上所述，换电技术才是目前电动汽车补能的最优解决方案[4]。

4.1.3 降低成本，提高效率

在充电模式下，车与电是紧密相连、息息相关的一个整体；在换电模式下，车与电是完全独立的两部分。“车电一体”的充电模式使得以往的购车成本大大提高，而“车电分离”的换电模式则满足人们降低购置成本的基本需求。

与此同时，换电模式较于充电模式，其补能效率大大提升。耗时长、效率低是充电模式的通病，换电模式则很好地解决了这一问题，仅仅1～3 min 的时间就可以使得汽车电量达到100%，换电所需时间差不多与车辆加油相当，极大地节省了时间，并提高了新能源汽车的使用效率。不仅极大地满足车主短时高效补能的需求，也缓解了目前新能源汽车车主的“充电焦虑”。

4.2 发展趋势

国家政策是行业发展的风向标，对换电模式的发展起着决定性作用。为了满足国民的需求，同时随着环保观念的深入，国内的换电技术及换电站政策也经历了一系列转变。2013 年之前，我国推行“换电为主，插电为辅”的政策，一直到2019 年主导政策慢慢倾向于“换电为辅，快充兼慢充为主”。2020 年4 月，重新提及并高度重视换电政策，并特别强调“换电车辆”不受补贴前售价30 万元限制。现今，各地区推进换电模式的积极性普遍高涨，蔚来、东风等著名车企纷纷选择换电技术新赛道，引领新能源汽车走向全新的时代。由此可见，换电技术前景可期[5]。

5 结束语

文章首先对换电技术进行了简单阐述，接着分析了国内外新能源汽车换电模式的发展现状，浅析了换电站相关专利在国内的申请情况，并指出研究热点，对近年的相关换电政策进行了简单列举，分析了其发展趋势。目前，政府不断推行换电技术及设立换电站，使得换电技术进入了飞速发展阶段，巩固了新能源汽车在我国汽车行业的重要地位。未来，相关领域需要不断引进先进技术、加大对基础设施的建设，同时应大力鼓励研发新型换电技术，以紧跟时代的发展。