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撰写 | 张梓键 审校 | 梁婉玲
一、引言
新能源汽车最大的问题就是续航能力不足。目前，主流的解决方案是通过加大电池容量、研发电池新材料等在“做文章”，但电池容量过大显然会增加新能源汽车的总重、或导致汽车在行驶过程中发生安全问题。国内造车新势力——蔚来汽车，另辟蹊径，探索“换电模式”的解决方案。
手机刚问世时，需配合使用充电器充电；后出现手机的“机身-电池”分离，把电池从机身内单独脱离出来充电或更换，再置入机身实现为手机供电。直到苹果手机的出现，又把机身和电池重新“摁”在一起，变回“一体化设计”。
图1 手机“机电”分离
图2 手机一体式充电
同样的，新能源汽车是通过电力驱动的，当然少不了“充电”才能跑得更远。新能源汽车虽然这些年取得不错的发展，驾驶体验有了极大的提高，但是“里程焦虑”仍是新能源汽车发展的核心难题。
新能源汽车“没电”了，便无法继续前行，必须找到“充电”的的地方。但目前，驱动新能源汽车前行的“电”不好找，而且充电等待的时间也不短。如特斯拉“超充V3”充满75kwh的电池需45分钟，而燃油车加满一缸燃料仅需几分钟。
若想解决新能源汽车的续航问题，达到燃油车的能源效率，最便捷的解决方案就是像过去手机的“机电”分离，即直接换电池。
“换电”具有明显的优势。在现有技术下，几分钟内完成电池更换的速度，甚至能媲美燃油车加油的效率；而且，在更换电池过程中，换电站需时刻检测电池状态，能关注并增强电池系统的安全性。
“换电”并非蔚来在新能源汽车领域的首创。
特斯拉也曾为用户提供过换电服务，但因当地各种设施配置跟不上、供应价格过高、用户体验差等原因而舍弃。燃油汽车曾面临的里程焦虑，在普及加油站后得以解决；可见，若想解决新能源汽车续航焦虑的最好方法就是，建立一个随时续航的补给网（换电站）。
但新能源汽车换电站的推广和普及，需要大量投资、基础建设和完备的供应链做保障。特斯拉等单一厂商若想以“一己之力”实现“遍地换电站”，可谓是难度极大。
困于现状，目前新能源汽车领域中还在坚持研究“换电”技术的开拓者寥寥无几。深耕”换电“的中国蔚来汽车，在其中就显得“一支独秀”。相比于其他厂商，蔚来并不在单次的续航里程上硬磕，而是投入巨大的研发成本，在“换电”技术上布局了1200多项专利，全国范围内已建设135多座换电站，覆盖69个城市，为客户提供了超过80万次的换电服务。
新能源汽车换电站已成为国家新基建的重要组成部分，还被写入2020年两会的政府工作报告中。可见，中国在建设换电站方面，具有完善的基础设施和天然优势。
二、蔚来换电专利分析
从2016年起，蔚来汽车便开始在“换电”技术领域布局专利申请，喊出了“不怕都市节奏快，因为我们换电更快”的响亮口号。蔚来换电站每次换电都会进行三电自检，确保整车和电池始终处于最佳状态，满电出发也仅需一首歌的时间。
下面，我们将简单介绍几个蔚来汽车的“换电黑科技”！
1、换电平台、换电站以及换电方法
申请日：20200624
公开号：CN111634207A
申请人：武汉蔚来能源有限公司
本发明提供一种换电平台、换电站以及换电方法，所述换电平台包括驻车机构、容置机构和开合机构，容置机构设置在驻停于驻车机构上的车辆的下方并具有开口，开合机构设置在容置机构上，其中，当开合机构处于开启状态时可开启容置机构的开口，当开合机构处于闭合状态时，可关闭容置的开口，并使开合机构与驻车机构构成车辆通行路径以供车辆驶入或驶离驻车机构。
通过将车辆通行路径的承重功能整合设计于开合机构上，可以降低换电平台其他设备的承重设计难度。
图4 换电平台、换电站以及换电方法
2、模块化的换电站
申请日：20190523
公开号：CN210760327U
权利人：上海蔚来汽车有限公司
本实用新型公开了一种模块化的换电站。所述换电站包括若干个区域模块，所述区域模块包括：电池区，所述电池区包括使电池沿横向放置的第一仓位和使电池沿纵向放置的第二仓位；作业区，所述作业区具有定位车辆的车辆平台以及对电池进行改向使得电池沿所述横向或所述纵向定位的移动台。
模块化的系统提供了高度的灵活性。
图5 模块化换电站
3、一种电路系统及换电站
申请日：20200706
公开号：CN212486192U
权利人：武汉蔚来能源有限公司
本实用新型涉及使用和维护二次电池或二次半电池的方法及装置技术领域，具体涉及一种电路系统及换电站。电路系统与多个供电件连接，用于输电并对供电件充电，电路系统包括负载线路、供电线路、供电控制组件和控制系统，负载线路与用电负载连接；供电线路一端与负载线路连接，另一端与至少一个供电件连接；供电控制组件连接在供电线路中，控制供电线路的接通，并使供电件能够向用电负载输电；控制系统与供电控制组件电气连接，控制供电控制组件的启停。
换电站安装有电路系统时，换电站的换电工作不会因为停电而失去换电工作能力，仍然可以为电动汽车进行换电工作，可避免因换电站停电对换电工作的影响，用户体验效果更好。
图6 一种电路系统及换电站
4、换电执行器、标准化换电平台和标准化换电站
申请日：20190515
公开号：CN210881736U
权利人：上海蔚来汽车有限公司
本实用新型公开了一种换电执行器、标准化换电平台和标准化换电站。所述换电执行器，用于换电平台对车辆电池的更换操作，其包括：支撑部，所述支撑部的一端固定地连接在所述换电平台上，臂部，所述臂部的一端与所述支撑部的另一端可转动地连接，腕部，所述腕部设置在所述臂部的另一端上，其中所述腕部具有操作装置，所述操作装置配备有对至少一种车辆电池进行加锁和/或解锁操作的不同的锁工具。
本实用新型可提供兼容多种车型的电池的换电作业的服务。
图7 换电执行器、标准化换电平台和标准化换电站
5、电池传输系统、换电站及换电方法
申请日：20200824
公开号：CN111959341A
权利人：武汉蔚来能源有限公司
本发明提供一种电池传输系统、换电站及换电方法，所述电池传输系统包括第一传输机构和第二传输机构，其中，当第一传输机构和第二传输机构处于对接位置时，第一传输机构的第一承载结构与第二传输机构的通道结构垂直对齐，以便于第一传输机构的第一承载结构相对于机构本体升降时，第一承载结构可穿过通道结构，而使第一承载结构的承载面沿水平方向高于或低于第二承载结构的承载面，从而提供电池在第一传输机构与第二传输机构之间接驳。
本发明可以减小或消除第一传输机构和第二传输机构之间的接驳区域，以满足换电站小型化的发展需求。
图8 电池传输系统、换电站及换电方法
三、总结
1、相比于充电，换电的优势更为显著，仅需一首歌时间的极速补能体验，甚至能媲美燃油汽车的加油效率。
2、蔚来汽车另辟蹊径，探索换电技术，拥有1,200项换电专利，其换电站更是荣获2019红点产品设计大奖。
3、截至2020年6月28日，换电站数量扩充至135座，分布59个城市 。蔚来累计换电单量已超过58万单，换电渗透率近50%。
4、政策背景：
a）2020年两会政府工作报告，换电站首次被纳入新基建范畴。
b）财政部、工业和信息化部、科技部和发展改革委下发的《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》提出，“2021-2022年，原则上保持技术指标总体稳定。支持’车电分离’等新型商业模式发展，鼓励企业进一步提升整车安全性、可靠性，研发生产具有先进底层操作系统、电子电气系统架构和智能化网联化特征的新能源汽车产品”。但“新能源乘用车补贴前售价须在30万元以下（含30万元），为鼓励’换电’新型商业模式发展，加快新能源汽车推广，换电模式车辆不受此规定”。
随着换电站建设的推进，也许未来真的就像蔚来专利上描述的那样，新能源车能通过换电达到燃油车的能源效率。
参考文献
1、特斯拉8年前放弃的技术，蔚来还在坚持，为啥？https://tech.sina.cn/csj/2020-07-09/doc-iirczymm1498891.d.html?from=wap
2、蔚来汽车官方https://www.nio.cn/
3、为什么现在的手机都不能拆卸电池？这2个原因很扎心！https://www.sohu.com/a/400077924_489987
4、珠海国资向法拉第未来投资20亿 贾跃亭造车梦延续？https://finance.sina.cn/stock/ssgs/2021-01-27/detail-ikftssap1199555.d.html?oid=4068692548992252&vt=4&cid=80775&node_id=80775
5、蔚来中国落户合肥，70亿元融资只是第一步https://finance.sina.com.cn/roll/2020-04-30/doc-iircuyvi0733655.shtml
6、蔚来汽车「换电模式」是不是赌赢了？https://www.zhihu.com/question/390211801
