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“換電技術(shù)在我國的首次嘗試是從商用車開始的?!?/strong>
來源:IPRdaily中文網(wǎng)(iprdaily.cn)
作者:孫晶晶
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- 令人意想不到的是,汽車換電技術(shù)構(gòu)思早在1981年就出現(xiàn)了。
- 換電技術(shù)在我國的首次嘗試是從商用車開始。
- 換電站作為儲能系統(tǒng)的組成部分,未來前景廣闊。
電動汽車具有能源清潔、無噪聲污染、智能化程度高等特點,是我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略方向;但電動汽車?yán)m(xù)航里程短、充電時間長的問題仍是制約其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸,為了解決充電速度慢、充電樁難尋等一系列問題,汽車換電技術(shù)應(yīng)運而生。
技術(shù)產(chǎn)業(yè)化是以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動,進(jìn)而培育發(fā)展,形成可持續(xù)性發(fā)展的新產(chǎn)業(yè),最終變革社會-技術(shù)體制的轉(zhuǎn)型過程。
目前汽車換電技術(shù)已經(jīng)基本形成產(chǎn)業(yè),根據(jù)工信部對2022年一季度工業(yè)和信息化發(fā)展情況介紹來看[1],換電模式的車型累計產(chǎn)量接近4萬輛,同比增長了82%。
然而汽車換電技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化的過程中,并不是一帆風(fēng)順的,讓我們通過專利情報來一窺汽車換電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的歷程。
圖1 汽車換電技術(shù)重要結(jié)點技術(shù)路線圖
令人意想不到的是,最早的汽車換電專利出現(xiàn)于1981年,由Marion V.Gwyn提出的名為電動車電池更換系統(tǒng)的美國專利(專利號:US4450400A)。在該篇專利中,其描述了換電的基本原理:一種用于在一分鐘或更短的最短時間內(nèi)更換電動車輛中的電池的系統(tǒng)。其說明書數(shù)中描述“車廂升降機結(jié)構(gòu)設(shè)置在電池充電站的前面,以在充電站和停放的固定車輛之間傳送選定的電池。車輛和充電站設(shè)有滾輪支撐單元,所述滾輪支撐單元適于承受電池重量,并允許將單個電池手動推和/或拉到前述電梯或從前述電梯移出。該系統(tǒng)能夠在非常短的時間內(nèi),例如大約一分鐘內(nèi),將基本上放電的電池從車輛上移除并用完全充電的電池替換?!?/p>
該專利不僅公開了換電技術(shù)的初步思想:替換電池單元,還公開了采用升降機構(gòu)進(jìn)行電池替換。
很難想象在上世紀(jì)80年代,一位發(fā)明家就提出了電動汽車的換電技術(shù),并申請專利,而此時電動汽車還并未形成產(chǎn)業(yè),此時的燃油氣汽車也才發(fā)展了不過百年。彼時大眾汽車推出了第二代帕薩特系列車型,也就是為我國消費者所熟知的桑塔納車型。人們還在燃油汽車的消費熱潮中,并未預(yù)見電動汽車的出現(xiàn),更別提電動汽車換電技術(shù)了。因此,當(dāng)時該技術(shù)的提出并沒有在汽車領(lǐng)域引起波瀾,很快就被大家淡忘了。
圖2 1981年第二代帕薩特(PASSAT B2)(即桑塔納系列車型)(來自網(wǎng)絡(luò))
換電技術(shù)的首次商業(yè)應(yīng)用,始于2009年,據(jù)首次換電技術(shù)的提出過去了30年。在當(dāng)年的硅谷指數(shù)年會上,以色列人夏嘉曦曾雄心勃勃地宣稱“你的座駕開進(jìn)充電站那間精致的‘電池屋’,一只電動手會將備好的電池?fù)Q到你車上。新電池能支持你至少160公里的車程?!边@個概念也獲得了雷諾-日產(chǎn)聯(lián)盟的青睞。佳境公司(Better Place)2010年底推出一款四門中型電動轎車——Fluence ZE。然而,2013年,這家專門開發(fā)充換電技術(shù)的跨國公司向以色列法院申請破產(chǎn)。原計劃銷售10萬輛采用換電模式的FLUENCE ZE電動車,最終卻只賣出1400輛。換電模式的早期嘗試宣告失敗。
從專利情報中,我們也可以一窺其貌,2009年9月15,佳境公司(Better Place GmbH)向我國知識產(chǎn)權(quán)局提交了一篇名為用于操作電動車輛的系統(tǒng)和方法發(fā)明專利(公開號:CN102164773A),該專利只是其在全球其他8個國家布局的專利之一。該公司共在我國布局12件專利,涉及換電方法、換電電池車輛對準(zhǔn)系統(tǒng)、換電小車、換電站、換電站部署等。
圖3 佳境公司電動汽車換電技術(shù)專利布局圖
佳境公司倒下的第二個月(2013年),特斯拉創(chuàng)始人伊隆·馬斯克在美國發(fā)布了可在93秒內(nèi)完成的“換電技術(shù)”。2015年初,特斯拉在加州超級充電站附近的第一個換電站試運行,但響應(yīng)者寥寥。由于高昂的收費,換電技術(shù)又一次商業(yè)化的嘗試失敗了。
過去換電模式之所以未能實現(xiàn)大規(guī)模推廣,主要在于費用。據(jù)行業(yè)人士透露,一個換電站最早期的成本在800萬元,即使是現(xiàn)在,建設(shè)換電站及電池的成本也接近500萬元,屬于重資產(chǎn)運行模式,一旦出現(xiàn)閑置,分分鐘貼錢,更別談盈利了。而早期的兩次嘗試,均是將換電的成本分?jǐn)傇谲囍魃砩希瑢儆赥O C模式,所以費用很難降下來,如果首次嘗試為TO B模式,情況又會如何呢?
換電技術(shù)在我國的首次嘗試恰好是從商用車開始的。2004年,北京電巴科技有限公司申請了能夠換電的電動公交系統(tǒng)專利(公告號:CN1261319C),自此拉開了我國企業(yè)汽車換電技術(shù)的序幕。據(jù)該專利的摘要記載:“一種電動公交系統(tǒng),包括裝備有卡式電池組和車載控制系統(tǒng)的電動公交車,設(shè)置于固定地點給電池組充電的充電站以及卡式電池組裝卸裝置,當(dāng)所述電動公交車需要更換卡式電池組時,所述裝卸裝置取下所述電動公交車上的卡式電池組,并將已充好電的電池組安裝到電動公交車上。”該專利披露了電動公交車換電的基本原理。
圖4北京電巴科技有限公司專利技術(shù)路線圖
2008年,借著北京奧運會的東風(fēng),電動大巴換電技術(shù)得以與世人見面,同時,北京電巴科技有限公司與北京理工大學(xué)合作申請了換電平臺、定位機構(gòu)、解鎖結(jié)構(gòu)、充電平臺等關(guān)鍵部件的相關(guān)專利。隨后在2009年,又對電池的電連接器和裝卸裝置進(jìn)行專利布局。至此,汽車換電技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——從原理到關(guān)鍵設(shè)備的專利布局基本形成。北京電巴科技有限公司隨后也發(fā)展成為上海電巴新能源科技有限公司(也就是大家所熟悉的奧動電巴),并持續(xù)致力于新能源汽車的換電產(chǎn)業(yè)。
在換電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)中,除了需要解決電池更換環(huán)節(jié)外,還需要考慮換電站的能源供給。而這部分的實現(xiàn),得益于國家電網(wǎng)的入局。早在2011年,國家電網(wǎng)就提出“換電為主、插電為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”方式,鼓勵集中充電統(tǒng)一管理。
2010年,國家電網(wǎng)及下屬公司提交的專利申請(公開號:CN101950998A)也恰恰印證了該消息。按照國家電網(wǎng)的構(gòu)想,汽車物聯(lián)網(wǎng)、電池物聯(lián)網(wǎng)、充換電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成三級物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu),而換電站則屬于智能電網(wǎng)的一個小節(jié)點。
圖5 專利CN101950998A的附圖
電動汽車換電站除了可以滿足電動汽車的換電需求之外,還可以對電池進(jìn)行統(tǒng)一的充放電管理,具有儲能電站的功能。國家電網(wǎng)集團積極布局換電站相關(guān)專利。與換電設(shè)備生產(chǎn)或新能源汽車企業(yè)不同的是,國家電網(wǎng)側(cè)重于布局換電站中能源管理和監(jiān)測相關(guān)專利,例如換電站的運行監(jiān)控、電源管理控制等。隨著換電站儲能、梯次利用電池概念的提出,小小換電站不再是一個個獨立的個體,而是聯(lián)結(jié)在一起的儲能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),同時換電站能夠?qū)语L(fēng)電、光電等新能源,真正做到綠色清潔。
圖6 汽車換電技術(shù)相關(guān)申請人數(shù)量歷年變化趨勢
隨著換電站技術(shù)的進(jìn)步,以及整體成本的下降,政策層面的大力支持,使得資本市場對于換電模式也熱度高漲。從近十年的汽車換電技術(shù)相關(guān)申請人數(shù)量來看,越來越多的車企也加入到了汽車換電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化浪潮中,諸多車企,如蔚來、北汽新能源以及后來的吉利、上汽等。汽車換電技術(shù)已經(jīng)找到了產(chǎn)業(yè)生存的土壤。
從專利情報來看,未來,換電技術(shù)將與儲能、車聯(lián)網(wǎng)、電池物聯(lián)網(wǎng)深度融合,其產(chǎn)業(yè)化的道路仍然在繼續(xù)。
注釋:
[1]來源:工業(yè)和信息化部:一季度工業(yè)經(jīng)濟實現(xiàn)平穩(wěn)開局 工業(yè)和信息化發(fā)展取得積極成效;網(wǎng)址:https://www.miit.gov.cn/gzcy/zbft/art/2022/art_f372aff43c3148db83385ded7c685c27.html
(原標(biāo)題:從專利情報一窺汽車換電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化歷程)
來源:IPRdaily中文網(wǎng)(iprdaily.cn)
作者:孫晶晶
編輯:IPRdaily趙甄 校對:IPRdaily縱橫君
注:原文鏈接:從專利情報一窺汽車換電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化歷程(點擊標(biāo)題查看原文)
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