2023高效安全换电技术研究报告

汽车安全沙盒监管技术录清单系列研究（第一期） 中国汽研 CAERI 高效安全换电技术 研究报告 政研咨询中心 咨询部 2023年6月 汽车安全沙盒监管技术目录清单系列研究 摘要 高效安全换电技术 我国汽车安全沙盒监管制度是在后市场阶段对汽车前沿技术进行深度安全测试的机制，是对传统监管方式的有益补充。沙盒监管将被动监管转化为主动监管，通 过这种方式有利于将前沿技术引发的质量安全问题纳入监管范围，防范化解风险较好地平衡技术创新与安全风险的关系。该制度采用目录清单制，综合考量创新性、安全性、应用与标准情况等，遵选出35项新技术与新功能，作为首批沙盒监管技术 目录清单。 换电技术作为新能源汽车核心补能方式之一，近年来受政策推动、需求拉动、 技术提升等因素，实现快速发展。业内将2022年定义为“换电元年”，而换电模式尚存在诸多风险与问题，如接口、部件、电气等失效风险，同时面临标准难统一、地域发展不均衡等困境，这些制约着换电模式实现规模化发展。 我国汽车安全沙盒监管首批录清单将换电技术纳入其中，为换电模式搭建了 创新与监管平台，有助于该产业健康稳定发展。根据技术发展趋势与市场需求， 键式自动换电、组合式换电、V2S/S2G等技术或将成为换电领域进入沙盒监管的技 术方向。本研究报告将从换电产业政策、市场、技术等角度开展分析，并提出相关 思考与发展建议。 沙盒 汽车安全沙盒监管技术目录清单系列研究高效安全换电技术 汽车安全沙盒监管技术目录清单（试行） 汽车安全沙盒监管首批自录清单共遵选出35项新技术与新功能。其中新技术共21项，涵盖智能网联汽车车辆关键技术、信息交互关键技术、基础支撑关键技术与新能源技术。新功能共14项，涉及基础功能、辅助驾驶、自动驾驶三大类。 高效安全换电技术求属于新技术清单中的新能源技术。目前，换电技术主要面向乘用车与重卡商用车两大领域。其中，乘用车采用底盘式换电方式为主，重卡商用车以顶吊式换电方式为主： 新技术清单（21项） 智能网联汽车车辆关键技术智能网联汽车信息交互关键技术 车用操作系统 知技术 预期功能安 智能算法 直连通信技术车路融合环境感 技术车载5G传输技术 智能网联基础支撑关键技术新能源 高精度地图数据高精定位系统350kW以上大功 采集技术家充电技术 高效安全换电 技术 无线充电技术固态电池技术 纳离子电池技术无钻电池技术 包结松CTF CTC等）新技术无线BMS技术 技术技术 车端数据脱车载芯片技术车载液态储乳 新功能清单（14项） 基础功能类辅助驾驶类自动驾驶类 NOAHPAALKSAVF TIA 城市自动 KABSD自动 汽车安全沙盒监管技术目录清单系列研究高效安全换电技术 ，充电与换电两种模式共存，共同促进我国新能源汽车产业 发展 新能源车型已渗透到生活中的方方面面，大到公共出行、物流运输等商业运营场景，小到个人使用等私家车场景，但采用充电模式下的电动车往往伴有充电时间较长、购置成本高、旧车残值率低、电池衰减等问题。尽管电池与快充技术不断发展，但在固态电池、氢燃料电池等技术尚未成熟与普及之际，仅采用充电模式无法满足用户在特殊场景对新能源车辆的使用需求，特别是商业化运营场景，需要保证足够的运行里程，并尽可能地降低购置成本。换电模式相对于充电模式，能在一定程度上缓解用户痛点，具备5分钟内完成补能、降低购车成本、有效提升运营里程、 激新能源二手车交易等优势。近年来，我国加强对换电模式的政策支持、换电技 术逐步成熟，换电车型保有量与换电站数量呈现快速增长的趋势，换电模式在私家车场景与商业运营场景开始普及。 实现5分钟内补能车电分离降低购车成本提高有效运营里程 解决 方案降低电池使用成本刺激新能源二手车交易统一管理电池安全可靠 降低空使率提升使用频次 里程 充电购置 焦虑时间成本 用户长高 痛点 旧车电池使用 残值衰减效牢 低低 使用家用载客环卫场景 矿山港口公交3 汽车安全沙盒监管技术目录清单系列研究高效安全换电技术 ，充电与换电两种模式共存，共同促进我国新能源汽车产业 发展(续) 我国新能源汽车产品由纯电动汽车（BEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）增程式电动汽车（REEV）和燃料电池汽车（FCEV）组成。其中，纯电动汽车、插电式 混合动力汽车、增程式电动汽车3类为主流产品，占新能源汽车市场99%以上，纯电 动汽车在新能源汽车市场中份额最高，占比超过75%。纯电动汽车能量补给方式有充电和换电两种，当前，2种补能方式共存，共同促进及保障我国新能源汽车产业的可持续发展。 换电模式指运用集中型充电站，对大量电池进行集中存储、集中充电与统一配 送，并在换电站内对电动汽车进行电池更换、电池充电与物流调配等工作于一体的模式。换电模式包括底盘换电、分箱换电与顶吊式换电等。 新能源汽车 插电式混合动力纯电动增程式燃料电池 市场份额：99% 充电模式换电模式 直流快充交流慢充无线感应充底盘换电分箱换电顶吊式换电 4 汽车安全沙盒监管技术目录清单系列研究高效安全换电技术 二、支持政策密集出台，换电安全标准率先公布，换电模式迎来快速发展期 产业政策方面，根据产业与技术发展情况，我国充换电产业政策主要经历三个阶段。2013年以前，是新能源汽车产业发展起步阶段，鉴于电池能量密度 低、充电速度慢等因素，为了提升补能效率，以换电为主，充电为辅开展示范 2013-2019年，是新能源汽车产业快速发展阶段，电动车型保有量迅速提升，同 时高能量密度电池与快充技术不断成熟受换电车型与换电站标准难统一、车型少与投入成本高等因素，政策转变为以充电为主，换电为辅开展示范。2019年之后，进入新能源汽车产业发展成熟期，考虑补贴退坡、车电分离模式、商用运营车辆需求等，针对换电模式的支持政策密集出台，涵盖了地方试点应用，安全要求、标准化等方面，充换电并行快速发展。业内将2022年定义为“换申元年”，在政策推动、资本注入、技术提升、需求增长的背景下，换电模式迎 来新机遇。 2013年以前2013-2019年2019年以后 换电模式主导充电模式主导充换电并行快速发展 动力电池能量密度低、充 ：因标准不统一、换电车型少、 考虑补贴退坡、新型销售模 电速度慢、换电效率高， 投入成本高等问题，充换电 式（车电分离）、商用运营 充换电政策以换电为主， 政策转变为以换电模式为辅， 车辆换电需求等，重新支持 充电为辅开展示范 充电模式为主 换电政策 以换电为主，充电为辅开 ：支持政策密集出台，换电模 展示范 式获得市场关注并快速发展 《关于开展节能和新能源 《关于加快电动汽车充电基 《关于启动新能源汽车换电 汽车示范推广试点工作的 础设施建设的指导意见》 模式应用试点工作的通知》 通知》 《电动汽车充电基础设施发 《电动汽车换电安全要求》 《关于开展私人购买新能 展指南（2015-2020）》 《2022年汽车标准化工作 源汽车补贴的通知》 《关于“千三五”新能源汽 要点》 《关于扩大公共服务领域车充电基础设施奖励政策及.. 节能与新能源汽车示范推加强新能源汽车推广应用的 广工作的通知》通知》 5 汽车安全沙盒监管技术目录清单系列研究高效安全换电技术 二、支持政策密集出台，换电安全标准率先公布，换电模式迎 来快速发展期（续） 换电作为新能源汽车的核心补能方式之一，其安全性不容忽视，2021年国家标 准化管理委员会发布GB/T40032-2021《电动汽车换电安全要求》。该标准根据换电 过程与换电车辆使用中常出现的问题，涉及换电接口、部件、外部环境、电气接触 失效等风险，有针对性地提出了类电动换电车辆的安全要求、试验方法与检验规 则。 《电动汽车换电安全标准》颁布对我国换电产业发展具有里程碑式的意义，该 标准是换电领域中的首个基础通用类国家标准，填补了国家标准空白，解决了无标 准可依的紧迫问题。 序号安全失效类别安全失效分析 1因接口问题和机构问题无法换电 2接口和机构因换电损坏 3接口和机构在行车中出现故障 接口接图和机构腐蚀 冷却液泄露致电气接口绝缘故障换电时电气接口出现电弧 车辆变形/电池箱松动/脱落 部件换电机构零部件松动/脱落/损坏 6密封损坏/漏水漏液/异物 10涉水/清洗/浸水失效 11外部环境高低温环境不耐受 12雪冰/灰尘/空气污染环境不耐受 13换电后车电无法实现互联互通 14电气电气接触不良/瞬断 15电气接触电阻增加/温升增加 16IP防护等级IP防护等级不足 数据来源：国家标准化管理委员会 6 汽车安全沙盒监管技术目录清单系列研究高效安全换电技术 三、换电车型销量持续增长，商用车换电车型渗透率持续提升 换电车型销量持续增长，整体增速放缓。2022年，我国新能源换电汽车销量 20.7万辆，相比2021年增长29%。其中，乘用车换电车型销量增速放缓，2022年同比增长22%。商用车换电车型增速提高，2022年同比增长118%。主要源于相比私家车使 用场景，换电模式能更加有效地满足商用运营场景使用需求。市场渗透率方面，商 用车换电车型渗透率持续提升.2022年增长至10.4%。2023年Q1阶段，新能源换电车型共销售约4万辆.同比增长18%。随着各地方换 电政策的持续落地与换电技术的逐步成熟，换电车型销量与规模有望进一步提升。 类别2021年2022年 乘用车15万18.3万 乘用车增速↑172%122% 乘用车渗透率4.5%3.6% 商用车1.1万2.4万 商用车增速75%1118% 商用车渗透率5%10.4% 合计销量16.1万20.7万 合计增速↑162%129% 合计渗透率4.6%3.9% 数据来源：国家统计局，GGII 7 汽车安全沙盒监管技术目录清单系列研究高效安全换电技术 三、换电车型销量持续增长，商用车换电车型渗透率持续提升 (续) 重卡换电是商用车电动化的重要组成。根据2023年Q1阶段的数据统计，换电重 卡销量占比已突破新能源重卡大盘的50%，其中以率引车、自卸车为主。重卡使用场景主要包括封闭场景，如港口、矿山等：短途运输场景，如接驳、货运等；干线中长途运输场景，如高速公路、长途运输等。重卡车型采用换电模式，不仅提高运营效率，同时带来更低的使用成本优势。 类别 2022年 2023年Q1 换电重卡销量 12431 3482 新能源重卡大盘 25477 6795 搅拌车 5% 自卸车 26% 车型占比 其他专用车 0% 牵引车 换电重卡占比49%51%69% 数据来源：国家统计局，GGII 汽车安全沙盒监管技术目录清单系列研究高效安全换电技术 四、换电站建设加速，主要分布东南沿海等经济发达地区 随着国内换电车型保有量提升，与之相匹配的换电站建设加速。根据公开数据， 截至2022年12月，全国换电站保有量为2103座，同比增长50%。换电站集中分布在经 济较为发达的地区，北京、广东、浙江、江苏和上海，以上城市换电站数量占整体 的50%以上。 3500152%160% 3000+ 3000140% 2500120% 2103 88%88% 2000 79% 100% 140650%%08 150055% 1000 19% :43%60% 55940% 500 4857107 192297 20% 0% 201520162017201820192020202120222023E 换电站保有量增速 北京289 广东248 浙江239 江苏170 上海132 吉林103 山东76 四川71 湖北66 河北62 050100150200250300350 ■分省份换电站数量（TOP10） 数据来源：中国充电联盟 9 汽车安全沙盒监管技术目录清单系列研究高效安全换电技术 四、换电站建设加速，主要分布东南沿海等经济发达地区（续） 通过统计业内多家企业公布的换电站建设规划，保守预估2023年我国换电站数 量有望突破3000座。综合主机厂广、电池制造商、运营商等发布的换电站建设规划测算，预计2025年我国换电站总量有望突破万座。 当前，我国新能源换电车型（部分车型