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北汽新能源李玉军:北汽新能源在换电领域的实践与思考

  • 01-11
  • 来源:电车资源

在电动化、智能化、网联化革命带动下,传统的汽车产业供应链正在重塑,中国电动汽车发展进入结构调整期。以“把握形势 聚焦转型 引领创新”为主题的2020中国电动汽车百人会论坛于1月10-12日在钓鱼台国宾馆隆重召开。

北汽新能源李玉军:北汽新能源在换电领域的实践与思考

在10日下午举办的电动汽车基础设施论坛上,北京新能源汽车股份有限公司工程研究院常务副院长李玉军发表了主题演讲,以下为演讲主要内容:

大家下午好!下面跟各位汇报一下北汽新能源过去在换电领域做的一些实践和思考。大概分四个方面:

换电经历了几波,这是第一波,当时有各类企业都在探讨,Batter Place曾经融资到7.5亿美金的市场规模,后来因经营的问题没有走下去,包括特斯拉也发布了90秒换电的技术路线,还有像国家电网在2012、2013年也在探索换电这条路,但是实际上现在我们总结还是有一些制约的因素,导致没有持续下去,比如第一个电池的寿命,这里有能量密度,还有技术水平等等,那个时候电动车续航里程也就是150公里左右,现在做的换电已经翻到了300,甚至400,有可能到500公里。另外就是换电设施,Batter place为代表的成本太高,用户规模比较小,网络经济很难形成。

技术变化发生了什么?第一,续航里程,比如早期的EV150就150公里,现在已经到了300公里,去年上市的新车有的已经超过了650公里,这是一个最大的变化。另外一个循环寿命,还有电池的价格,我觉得这里还是比较明显的,2013年在大概4000块钱,至少2020年能达到800块钱,这是一个新的摩尔定律。保有量也是在节节攀升,所有这些技术、规模、市场的变化也促成了一种新的模式诞生,包括它存在的价值和意义。

这是第二波,各种技术路线百花齐放,大家都看好或者觉得这是一个希望,做换电,像像北汽跟蔚来的底盘换电,还有力帆分箱换电等等。政策也有一些消息,比如工信部在《2021—2035年产业规划》里面明确将换电作为一种基础设施,是一种能源补给的方法,发改委、北京市,现在北京市的出租车实际上是在逐年换成换电的,等等这些利好的政策也在推行。换电能给我们带来什么、能解决什么。先看看慢充,第一个问题是时间长,第二个是占地面积也很大,刚才阙总也讲了效果,实际上也是制约了盈利的重要因素,与此同时,快充对电池寿命的影响还是很大的,尤其是运营车辆,如果做到5年50万公里或者6年60万公里是非常难的,另外充电安全。我这里拿了2019年的一个数据,在发生热失控的比例中75%是在充电环节,因此我们觉得换电应该是破解这些难题的其中一条技术路线。

接下来跟大家汇报一下北汽新能源过去差不多10年,一直在做换电,第一个Saab93,那个是Batter Place的方案,我们也做了评估,那个时候大概是120公里,里程比较短,与此同时我们也开发了自己的错齿机构,大概在2010年。在2015年推出了EU220,这个是面向产业化的,这里列了换电的安全、换电的时间,我们也在研究功能安全、信息安全以及架构的搭建,同时小批量示范的时候我们也推出了EU260,厦门、北京有一些。在这里我们重点研究了智能充电,研究了电池安全的预防、预测的技术。EU300是2018年推出的,在广州、兰州、北京以及各个地方有相应的培育。我们大概经历了近10年的产品迭代,我们从换电的机构,连接插件,到车型、到运营网络,实际上一代一代经历了大概四代。

2017年推出来“擎天柱计划”,我们有一个远大的梦想,但是这里也有一些指标,比如100亿、1000个服务城市、3000多个站,到2020年,现在还没到2020年,我们做了一部分,提出了一些,但是我们感觉2020年会提速,市场推广的速度会有很大的提升。我们为什么要做“擎天柱”,最核心的是我们要通过车和换电站将能源的各个节点连在一起,我们所谓的能源物联网,通过换电站链接在一起。有11个城市,现在已经到了1.6万辆,还有160座城,3.3亿公里,单车最长的到70万公里,这个在可靠性、经济性方面,我们通过这11个城市得到了有效的验证。

因为我是研究院出来的,接下来跟各位汇报一下我们觉得现在换电的核心的东西,目前北汽有授权专利是232项,发明专利32项,国家起草发布的国家标准6项,行业标准5项。今年也拿到了“中国汽车工业科技”二等奖,当时也是梳理了一些,但是随着这半年的进步又增加了一些换电的技术,从左到右,我们也是一个技术的沿革,第一代要研究换电的可靠性,我以前跟很多专家交流的时候,专家就讲这个换电可靠吗?以前的大巴是不是一转弯掉电了等等。所以第一个事是要快速、要可靠,接下来就是电池的寿命的管理,或者智能充电,这个是保证了运营车辆换电经济模型是否能够成立的最关键的东西,后面我们有一个统计数据,可以跟大家报告一下,通过换电,通过慢充代替快充,有效地延长了电池的寿命,目前看,从厦门的数据来看,30-40%还是很容易做到的。

接下来是基于大数据分析的数字孪生,这个是恰恰在换电站能够很有效地做的,我们的目标是这个换电站的某一个充电机在早上8点和晚上5点的充电策略是不一样的,我们的目标是SOH90和SOH80的电池包充电的策略也是不一样的,通过这个技术来提高电池的使用寿命。还有一个就是换电的技术路线,制约换电普及的最大问题就是标准化问题,探索如何做标准化。

这是目前北汽新能源换电的整个地盘换电的最重要的思路,我们总结叫多约束、柔性系统,实际上它就有点向动力总成一样,不要把它做成刚性的,通过动力总成的思路解决电池包跟车箱连接的问题,左右各8个连接点,实际上是16点超约束的系统,通过柔性系统也解决了电池包使用过程中、制造过程中的差异,保障了它的简单、可靠。这是我们在电池寿命或者是在经济性研究的几个方面:

1.电芯,我们提出“三低一高”,低温的充电性能、充电的倍率、能量密度,我可以降低,但是我要的是一个很高的循环寿命,来降低单次或者单位里程上的电池成本;

2.五维智能充电模型,这个模型就是通过时间、电压、SOV等等各个参数来做到智能的充电;

3.换电的运营,电池的一致性管理、主被动的均衡、电池的调度等等,提高电池的使用寿命。

右图是厦门出租车大数据统计的数据,是EU220那款车,它的循环SOH,充电跟换电的比较有大概30%左右的提高。

数字孪生,这个主要是以安全为目的,就是常规的检测方法实际上很难检测到电池包的小概率的问题,比如充电等等,通过数字孪生建立云模型,提高电池的预测能力,目前我们用的是几个参数,一个是电压、温度、绝缘、内阻、容量域的稳定性算法等等,来建立每一个电池包的数字模型,通过运营过程中数据的迭代和自学习来提高电池安全的预测。与此同时,实际上SOH也是很重要的指标,它的精度好坏决定了我的充电策略。

基于运营效率的换电技术。右图是某一个城市整个6年周期内运营的成本构成分析,我们可以肯定构成中,电费大概占了40%多,电池跟换电站也占了将近35%,还有人工成本也很高,基于这三个柱子,我们如何把它消下去?我们就研究了一下这边的五个技术。无人值守这个技术能够用的话,在人工成本上会有大大降低。电池主要是通过液冷智能充电、人车协同来提高电池的寿命,这样的话把电池的成本,包括换电站也要降下去。五维安全是最基本的,要做换电站,安全是我们的底线。

这是我们的愿景、我们的想法,我们想做标准化。我现在的想法就是做50度的电池包,有可能是A级车到B级车,350公里到420公里都行,不同的车用不同的过渡支架来实现车的个性或者差别性的问题,当然这个需要大家一起努力,我们从技术层面上先抛出来。

商业模式。北汽新能源过去这几年一直在探索,但是这里我们定义的思路就是这样的,第一阶段客户就是出租车、网约车,这个客户的几个画像特点是什么?里程长、频率高,能够保障网络的使用效率,接下来再去做物流车或者对私,这是我们的总体思路。

大家都在提车电分离,是不是能做成?我们也在探索,尤其补贴退坡以后,电车和油车的价差怎么补充?电车应该低于油车,同样级别车的情况下。但是电池成本谁来承担?这也是很重要的,我们的思路就是要重构价值链,就是要把电池放在第一次用户使用的链接中。刚刚跟各位专家汇报的,我们现在研究的电池延长寿命、梯次利用,最核心的就是通过延长它的使用寿命做价值的重构,如果仅仅是原来的1500次循环、1200次循环没法重构,在车上已经用完了,怎么重构?车电分离之后做车跟电池包的双寿命管理,延长电池的寿命,在第二阶段、第三阶段、梯次的时候来重后它的价值。

这个在研究,包括换电服务商。换电里有四方利益,这四方哪一方不赚钱这个产业就很难往下维持。第一是电池,如果真正做车电分离,电池谁来拥有?怎么保障?另外,电池还有一个最大的特点,随着使用,残值的状态是在变的,不像一个车,怎么估?另外一个运营方,还有车辆的运营方,最后是车辆持有方等等,怎么把这四方做重构,最核心的问题,车电分离我个人认为是电池租赁方不赚钱,如果让它赚钱,其他的就好弄了。

跟各位专家汇报一下,我们的1.0是2017年推出来,2020年我们会继续践行“擎天柱”2.0,我们要做一个升级版,因为现在我们有主体,我们有一个“蓝谷智慧能源”,有一个主体来践行2.0的方案,要继续往下走。这是蓝谷能源的价值,每块价值最大,让每位用户畅行无忧,重点是把“擎天柱”2.0做透。

过去做了这么多年,今天大家都在,我也提几点建议:1.技术产品方面,我们觉得要做车电分离,要做价值重构,不能像以前仅仅是一个换电站,它应该是一个能源符合的综合体,车要做V2G也得储能,如果做成储能就可以为电动车的V2G提供一个载体,包括电池的梯次利用。因为换电站本来就是用电大户,把梯次下来的电池放在旁边做储能,是不是也能实现?这样节省人员的运营成本、节省了场地的成本、节省了电源部分的成本,作为一个能源综合体有可能实现电源价值的最大化。

这是我们的奋斗目标,电池一定要标准化,哪怕就搞两个,一个50度电,一个60度电,大家一起来努力,应该有可能解决这个问题。现在各家路线都不一样,通用性、互换性很难,是不是能够通过标准方面来测算或者探索这方面的内容。

产业方面,车电分离之后,最核心的东西就是电池运营商不赚钱,如何挖掘和培育电池运营这个产业,大家把它做起来,车电分离就能达到。另外就是上一次辛部长做换电调研的时候,很多都在提车电分离,不能没有电池,卖车卖不了,怎么做到车电分离?这些细则也需要探讨。另外一个实际上现在充电,充电是有补贴的,换电实际上也是一种能源补给设施,目前还没有,我相信各位专家也在一起努力,把换电也能纳入到补给的措施里面。

我的汇报完了,谢谢大家。


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