当前在优化能源结构、建设智慧城市的大背景、大主题下,换电模式获得了更强的助力、更大的空间。北汽新能源、蔚来汽车、浙江时空电动等车企以及国家电网、南方电网等能源企业都在积极布局。

图片来源:北汽新能源官网

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近日,国家标准GB/T 40032-2021《电动汽车换电安全要求》正式发布,并将于2021年11月1日实施。该标准是汽车行业在换电领域制定的首个基础通用国家标准,解决了换电模式无标准可依的问题,有助于引导企业的产品研发,保障换电车辆的安全性。《产品安全与召回》邀请起草该标准的牵头单位之一——北京新能源汽车股份有限公司(以下简称“北汽新能源”)进行深度解读。

为换电模式提供标准支撑

换电是新能源汽车能源补给的重要方式之一,可以有效缓解慢充、快充方式的使用痛点。比如慢充面临“建桩难”,无法实现大规模的全面覆盖;快充影响动力电池寿命,也会增加城市电网的配电负荷。因此换电对于提升新能源汽车使用便利性具有积极的促进作用。

近年来,随着我国新能源汽车产业化发展的不断深入,不少汽车企业推出换电车型并建设换电设施,在电动汽车换电模式上有了进一步的应用实践和成功案例。换电模式成为新能源汽车发展的新动能,推动了“车电分离”模式的尝试及运行,解决了电动汽车初次购置成本高、二手车残值低的固有问题,一定程度上促进了新能源汽车的市场化发展。

2021年以来,换电模式更是得到了国家政策的大力支持,全国两会提出要加大充换电新型基础设施的建设,换电站以新基建的概念第一次被写入政府工作报告;工信部、国家能源局也联合开展了新能源汽车换电模式应用试点工作,以促进新能源汽车换电模式创新应用。但由于换电结构和换电设备没有统一的标准,车企只能各自为战。

北汽新能源表示,采用换电模式的电动汽车在换电操作及道路行驶过程中会产生一定的冲击、振动和磨损,可能会引发换电系统的结构和电气安全风险。与非换电模式的电动汽车相比,换电模式的电动汽车在安全性方面具有一定的特殊性。因此,需要尽快制定换电安全标准,为换电模式提供标准支撑,引导行业合理规范发展。

全面保障换电安全性

北汽新能源指出,《电动汽车换电安全要求》从整体到局部进行系统考量,规定了可换电电动汽车所特有的安全要求、试验方法和检验规则,适用于可进行换电的M1类纯电动汽车。

具体来看,该标准依据电动汽车换电模式的工作场景,规定了换电安全性的一般要求,并在电动汽车整车和系统两个层面上,规定了整车的换电操作、道路行驶和车辆防水要求,以及动力电池包的振动、机械冲击及电气安全要求。

此外,还体现了换电模式的使用极限工况,通过整车测试和系统测试的相互配合,全面反映了换电电动汽车在机械强度、电气安全、环境适应性等方面的安全水平。

比如,该标准通过分析不同技术方案差异、车辆实际运行场景及运行数据,分别规定了5000次(卡扣式)和1500次(螺栓式)的最低换电次数要求,以确保用户在车辆设计使用寿命内换电时的机械安全。而在高压安全方面,该标准明确要求换电系统的直流电路绝缘电阻应大于100Ω/V,交流电路绝缘电阻应大于500Ω/V。

标准背后的努力

自2013年起,汽车行业一直密切关注换电模式车辆的发展动态,全国汽车标准化技术委员会电动车辆分标委(以下简称“汽标委电动车辆分标委”)一直积极组织具有换电模式的整车企业和换电设施企业开展沟通交流,并实地考察换电车型的使用、换电过程及换电站的运营。

据北汽新能源介绍,2018年11月13日,汽标委电动车辆分标委在天津召开了电动汽车换电技术及标准讨论会议,来自整车企业、部件企业、测试机构在内的20多位专家出席,讨论标准制定思路和编制原则,通过规范换电特有的安全性要求,促进换电车辆安全,保障可靠运行。

2020年1月14日,标准起草组在换电标准讨论会上介绍了项目背景、行业观点以及电动汽车换电标准体系的建设方案,并首次讨论了换电标准的编制方案。此后,各核心起草单位开始组织专家开展标准的编制工作。

2020年3月初,第一版标准草案形成。在此以前,起草组经过近10次会议讨论,北汽新能源内部经过20余次会议讨论。针对其中的关键技术指标及试验方案,起草组各单位通过分享实际运营数据、企业标准等,并经过4次会议讨论,重点对换电次数的分档、部件试验方案进行确认。2020年3月底,该标准征求意见稿形成,发送行业广泛征求意见2个月,共收到反馈意见120余条。

2020年6月9日起,起草组针对反馈意见,开展了意见处理工作,经过多次会议讨论,形成处理意见,同时针对标准文本进行了修改完善。通过广泛吸取行业建议,起草组于2020年7月20日形成标准送审稿。

2020年8月12~13日,在汽标委电动车辆分标委组织召开的2020年标准审查会上,标准送审稿顺利通过审查。按照审查会议上委员专家的建议,起草组又修改完善了标准,并于2020年9月形成标准报批稿。2021年4月30日,该标准正式发布。

群策群力 推动换电标准化

作为汽车行业首个换电安全国家标准,起草组在制定过程中遭遇了诸多难题。比如,标准的失效模式分析、标准架构的确认、关键技术指标的规定、试验方法的确认等。仅就关键技术指标一项,就需要解决换电次数、15000km过程中如何换电、系统部件的技术要求等一系列问题。

为了保证标准的科学性和合理性,在标准制定过程中,由天津汽车检测中心组织发起标准的验证活动倡议书,号召整个行业参与标准的测试验证活动。

作为换电标准的牵头单位之一,北汽新能源迅速响应,积极开展了整车道路运行试验、换电操作试验及系统部件试验,对标准要求和试验方法可行性进行了验证。不仅如此,从推动标准制定、牵头起草标准文本、提供运营数据到意见处理、审查答辩、整车及部件的试验验证等各个环节,北汽新能源都做了大量的工作。

北汽新能源认为,之所以能够牵头、深度参与换电标准的制定工作,在于自身在换电模式上的探索与布局已达10年之久。作为国内较早从事换电模式推广的整车企业,北汽新能源已经形成了从技术、产品、平台到产业链、资本链、生态圈的完整闭环,既是将换电模式带入大规模商业化运营的新能源车企,也是换电汽车服务商。截至目前,其已在北京、厦门、兰州、广州等19个城市投放2.55万辆换电式电动车,累计建成配套换电站255座,较好地满足了车辆运行需求。

有标可依 助力产业高质量发展

当前在优化能源结构、建设智慧城市的大背景、大主题下,换电模式获得了更强的助力、更大的空间。除了北汽新能源外,蔚来汽车、浙江时空电动等车企以及国家电网、南方电网等能源企业都在积极布局。

北汽新能源指出,《电动汽车换电安全要求》不仅是我国汽车行业在换电领域制定的首个基础通用国家标准,也填补了全球汽车行业在该领域的空白。

一方面解决了换电模式无标准可依的紧迫问题,有助于引导和规范汽车企业的产品研发,提升换电电动汽车的安全性,支撑新能源汽车产业健康高质量发展,也为消费者选择新能源汽车的动力增添砝码。

另一方面也向世界分享中国换电模式的经验,对于全球新能源产业健康高质量发展以及中国新能源汽车产品走出去都具有积极意义。

为消费者创造更好的体验

北汽新能源从2011年左右就开始着手换电技术的预研,2014-2016年进行换电产品的开发和验证,2016-2018年开始探索换电模式的示范运营,实现商业化运作,自2018年以来,已进入大规模运营推广阶段。

在技术方面,北汽新能源已掌控车辆定位系统、快换连接系统、底盘换电系统、电池全生命周期管理技术、快换电池箱、换电网络运营管理等多项关键技术。尤其是拥有“识别能力”的动力电池评估技术,基于大数据分析的电池追溯、监控、评估及运营的一体化网络平台,可通过车辆充电数据与快速检测数据实现对退役动力电池的快速评估,评估时间<0.5小时,评估精度>90%。

此次牵头、深度参与换电标准的制定工作,也让北汽新能源收获颇多。

首先,贡献自身积累的技术经验、运营数据等,转化为国家标准,以自身行动践行社会责任,推动换电行业健康发展。其次,在标准制定过程中,广泛吸收行业各家单位的意见,可以提高标准的科学性及可应用性。第三,标准发布后,按照标准提出的技术要求框架完善自身企业标准,在换电车辆开发中提出更严格的技术指标要求,提高自身产品质量,为消费者创造更好的使用体验。

积极参与标准制定

北汽新能源自成立起一直积极参与汽车行业相关标准的制定工作。截至2021年5月,北汽新能源参与制定国家、行业、团体标准近百项,其中已发布标准52项(国家标准32项,行业标准7项,团体标准13项),制定中的标准50余项,包括电动车辆整车、电机电池等关键零部件、充电、电磁兼容、碰撞、功能安全、自动驾驶、信息安全等技术领域。

北汽新能源表示,将继续秉持开放共享合作的态度,积极参与标准的制定工作,提高企业自身产品质量,提高产品市场认可度,共创健康的行业发展环境。

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