安科瑞 馬香霞
隨著新能源汽車保有量上升，新能源汽車充換電設施需求量同步增加敢辩。由于我國土地尿背、電力資源相對緊張，隨著車輛保有量繼續(xù)增加橡伞，換電模式有望成為對充電模式的良好補充盒揉，具備廣闊的中長期發(fā)展前景。蔚來是換電領域的先行者兑徘，已經(jīng)在全國建成3000多家換電站刚盈，如今動力電池供應商寧德時代也殺入換電領域，寧德時代在換電站方面的規(guī)劃目標是要達到1萬座嘹征。短期來看蓄梯，2027年的目標是3000座。相信隨著各類技術和標準的日益成熟纸靠，進入換電領域的企業(yè)也會越來越多游推。
圖1 蔚來充換電站NIO House
1. 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誓读、集中充電胳雁、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或者本身就集電池的充電伞让、物流調配康逝、以及換電服務于一體的電站。換電站主要包含定位系統(tǒng)停濒、換電系統(tǒng)菲恢、運維系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)衣右、安全系統(tǒng)和物流系統(tǒng)锁孟。其中換電系統(tǒng)是換電站的核心，由換電平臺但荤、碼垛機罗岖、升降機構、鎖止機構腹躁、連接器等組成桑包。換電系統(tǒng)?也是電動汽車換電技術的重要組成部分，其主要功能是從電動汽車上卸下虧電電池纺非，將其運送到電池倉中充電哑了，同時從電池倉中獲取滿電電池并安裝到電動汽車上，完成換電工作烧颖。
2. 換電系統(tǒng)的應用場景
換電系統(tǒng)主要應用于商業(yè)運營車和私家乘用車弱左，特別是在需要快速補能的高頻使用場景中效果顯著窄陡。例如，重型卡車的能源管理系統(tǒng)通過智能化拆火、自動化手段提高換電效率跳夭，優(yōu)化能源利用，降低運營成本?叶奈。
●新能源車企：車企建設換電站可以更好地服務于用戶湃儒，比如蔚來已經(jīng)在全國范圍內(nèi)建成3000多座換電站，蔚來系車主換電非常便捷尸惭，這也成為蔚來的主要競爭力之一氯摆。
●共享電動車領域?：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男磅。通過在不同區(qū)域布置換電站點峡冻，用戶可以方便地將電動車停靠在站點上蜂澄，進行電池更換最奸，從而實現(xiàn)長時間的使用。
●物流配送領域?：在物流配送領域墨攻，電動車成為了一種重要的交通工具溶绢。換電模式的應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打吱，無需等待充電時間，提高了配送效率翠霍。
●城市公共交通領域?：電動公交車锭吨、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，快速恢復電力寒匙，提高了運營效率零如。
●虛擬電廠領域：在換電站形成一定的規(guī)模后也可以參與虛擬電廠運營，通過谷電峰用锄弱、需求響應等方式獲取利潤考蕾。蔚來已經(jīng)開始在換電站布設V2G充電模塊以便更好的實現(xiàn)電網(wǎng)的需求響應。
3. 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会宪。相比傳統(tǒng)的充電方式肖卧，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掸鹅。此外塞帐，換電系統(tǒng)還可以通過標準化設計，使得不同品牌和型號的電動汽車能夠共享同一套換電設施巍沙，提高了設施的利用率和兼容性?葵姥。
優(yōu)點：
快速補能?：換電過程通常在幾分鐘內(nèi)完成荷鼠，提高了能源補給效率。
?電池養(yǎng)護?：通過集中充電和統(tǒng)一管理献舍，有助于延長電池壽命逛指。
助力電池回收：標準化的電池便于回收處理，降低回收成本苟及，提高資源循環(huán)效率骤转。
缺點：
技術標準不統(tǒng)一：不同車企的電池規(guī)格和接口存在差異，導致?lián)Q電設備難以通用超瞧，增加建設和運營成本甜脖。
高建設運維成本：換電站的建設和運維成本高，包括設備購置迈竖、場地建設和變配電設施改造廊畔、運維等。
技術迭代影響：隨著電池技術的進步脖煮，換電技術的優(yōu)勢可能會被削弱贬奢，如超充技術的發(fā)展可能會縮短充電時間。
4. 換電系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)
然而蜀骗，換電系統(tǒng)也面臨一些挑戰(zhàn)悦追，如投資成本高、電池標準化不統(tǒng)一等問題?限寞，比如以下幾方面：
建設運維成本高昂?：換電站的建設和維護需要大量的資金投入忍啸，包括設備購置、場地租賃履植、變配電設備计雌、人員培訓等。相對建設成本玫霎，后期的運維成本居高不下也給運營商帶來較大的壓力凿滤，包括換電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)的運維管理庶近。
普及率有限?：目前市場上能夠提供換電服務的站點數(shù)量相對較少且分布不均翁脆，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?鼻种。
技術標準不統(tǒng)一?：不同車企之間的換電標準不統(tǒng)一反番，導致?lián)Q電站的普及和應用范圍受限。車輛的結構普舆、電池的外形和封裝如果不統(tǒng)一恬口，就無法實現(xiàn)換電?。
?安全性問題?：動力電池會有衰減速痹，如果不能保證電池狀態(tài)統(tǒng)一裂蝉，就會帶來安全隱患绳练。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?虑庇。
?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鍵枫昏。目前，這些問題還沒有得到很好的解決?光丢。
政策支持不足?：雖然政府在推動充電設施建設方面發(fā)揮了重要作用旋蝎，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?。
5. 換電站的供配電系統(tǒng)及智能化要求
通過數(shù)字化平臺實現(xiàn)對換電站供配電系統(tǒng)的智能化管理可以幫助運營商提高管理效率镰掐，節(jié)約運維成本孕序。換電站變配電系統(tǒng)通常采用箱式變電站，由高壓室炸诚、變壓器室和低壓室三個獨立小室組成递市，用電容量一般在630kVA~1250kVA之間，根據(jù)換電站的規(guī)模而定碗屏，如圖2所示唁情。
圖2 換電站箱變典型一次圖
圖3 換電站箱式變電站
換電站箱變運維智能化對相關電氣、非電氣參數(shù)有相關要求甫匹，比如蔚來對箱式變電站電氣參數(shù)甸鸟、接點溫度、變壓器室和高低壓室內(nèi)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測要求見表2-1兵迅。
表1 箱式變電站數(shù)字化監(jiān)測要求
6. 換電站數(shù)字化監(jiān)控和運維解決方案
6.1 設備配置及組網(wǎng)方案
根據(jù)需求現(xiàn)場箱式變電站配置安科瑞微機保護裝置抢韭、諧波檢測裝置、多功能儀表恍箭、無線測溫傳感器篮绰、無功補償控制器和智能電容補償裝置等，通過RS485總線接入設置在智慧測控柜內(nèi)的智能網(wǎng)關ANet-2E4SM季惯，最后通過4G上傳至換電站運維管理平臺，設備配置圖見圖4臀突，現(xiàn)場設備組網(wǎng)結構圖見圖5勉抓。
圖4 換電站箱式變電站智能裝置配置
圖5 現(xiàn)場設備組網(wǎng)結構圖
6.2 設備選型表
表3.2-1 蔚來充換電站箱變智能化設備選型表
6.3 智能網(wǎng)關及平臺
箱變運行數(shù)據(jù)通過ANet-2E4SM智能網(wǎng)關采集后，可以按照換電站運管平臺要求的數(shù)據(jù)格式上傳融入運管平臺候学。智能網(wǎng)關采用嵌入式系統(tǒng)藕筋，具備本地數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲呕摹、邏輯判斷蒂抒、協(xié)議轉換、斷點續(xù)傳二搀、數(shù)據(jù)加密先兆、協(xié)議定制等功能肢箕，可以無縫對接運管平臺。安科瑞也可以為運營方建設專業(yè)的箱變運維管理平臺爵例。
安科瑞Acrelcloud-1000電力運維平臺也可以滿足箱變運維管理功能牲支，平臺可同時接入數(shù)以千計的用戶變電站數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所電氣參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)豌淹，包括電流電壓功率窥血、開關狀態(tài)、變壓器溫度措坐、環(huán)境溫濕度牢辣、浸水、煙霧拣播、視頻晾咪、門禁等信息，有異常發(fā)生10s內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號诫尽。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務到指定人員手機上禀酱，并通過北斗定位跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán)，提高運維效率牧嫉，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并做消缺處理剂跟。
圖3.3-1 AcrelCloud-1000電力運維平臺界面
6.3.1. 電力監(jiān)測
運維平臺通過4G網(wǎng)絡采集箱變配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括電流電壓功率電能和開關狀態(tài)等數(shù)據(jù)酣藻，掌握箱變實時和歷史數(shù)據(jù)曹洽。
6.3.2. 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，并形成日報辽剧、月報送淆、年報表，通過同比環(huán)比分析比較怕轿，便于用戶計算運營成本偷崩。
6.3.3. 異常報警
箱變電流、電壓撞羽、功率欣挠、開關狀態(tài)、變壓器負荷率和繞組溫度蚀攘、電氣接點溫度怕枣、環(huán)境溫濕度、煙霧嘴略、浸水庸既、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)出報警信息技熊。
6.3.4. 運維管理
可幫助用戶制定巡檢計劃倾莽，記錄巡檢發(fā)現(xiàn)的缺陷，并派發(fā)消缺工單锤距，查看巡檢軌跡定位和消缺搶修進度巡软，反饋任務進度等，閉環(huán)運維管理流程脸夜。
6.3.5. 用戶報告
運維平臺自動生成用戶用電及運行診斷報告菌劲，對配電系統(tǒng)運行情況提供周期性診斷報告，總結配電系統(tǒng)存在的問題子姜，提出改進建議祟绊。
另外平臺還具備需求響應、策略控制哥捕、柔性動態(tài)調節(jié)牧抽、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控遥赚、電能質量分析扬舒、需量分析、設備臺賬等管理功能凫佛，幫助用戶更高效的管理地理分散讲坎、數(shù)量眾多的箱變，提高供電可靠性和設備使用壽命愧薛，降低運維成本和用電成本晨炕。