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專利分析下的汽車換電站建設(shè)

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專利分析下的汽車換電站建設(shè)

【摘要】文章利用專利分析的手段,從宏觀與微觀的角度梳理?yè)Q電站建設(shè)技術(shù)的發(fā)展情況,總結(jié)換電站建設(shè)規(guī)律,重點(diǎn)介紹了具有快速部署能力的換電站建設(shè)和模塊化換電站建設(shè),提出在后續(xù)建設(shè)中,繼續(xù)提升電站的結(jié)構(gòu)集成能力,關(guān)注換電站內(nèi)部空間的利用率和換電裝置的工作效率。

【關(guān)鍵詞】換電站;建設(shè);專利分析

1引言

換電技術(shù)是指通過(guò)電池更換的方式實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的能量補(bǔ)充,同時(shí)實(shí)現(xiàn)替換電池的統(tǒng)一管理、存儲(chǔ)與充電,具有充能速度快,效率高的特點(diǎn)[1]。換電技術(shù)的推廣應(yīng)用依托于換電站建設(shè)[2],本文依托專利分析技術(shù),針對(duì)電動(dòng)汽車換電站發(fā)展歷程進(jìn)行分析,總結(jié)換電站建設(shè)發(fā)展規(guī)律,實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)換電站建設(shè)的目的。

2換電站建設(shè)相關(guān)專利快速發(fā)展,具有較大市場(chǎng)潛力

換電站相關(guān)專利發(fā)展經(jīng)歷了萌芽期、初步發(fā)展期及快速發(fā)展期三大階段(見(jiàn)圖1),2008年之前換電站建設(shè)技術(shù)處于探索階段,專利申請(qǐng)量較小;2009年起,在國(guó)家鼓勵(lì)以充換電方式進(jìn)行新能源汽車充能的背景下,換電站建設(shè)技術(shù)得到初步發(fā)展,專利申請(qǐng)量得到一定提升;2017年以來(lái),隨著乘用車領(lǐng)域換電技術(shù)的推廣及換電模式充能速度快等特點(diǎn)的凸顯,我國(guó)換電站建設(shè)領(lǐng)域?qū)@焖偬嵘M(jìn)入快速發(fā)展期。

3換電站建設(shè)向集成化小型化路線發(fā)展,提升快速部署能力與換電效率為重點(diǎn)設(shè)計(jì)方向

本文針對(duì)不同時(shí)期換電站相關(guān)專利,從三個(gè)維度十個(gè)指標(biāo)進(jìn)行典型專利篩選,歸納出換電站建設(shè)的技術(shù)發(fā)展路線,總結(jié)其發(fā)展規(guī)律。評(píng)分體系如下:①技術(shù)維度四個(gè)指標(biāo)(被引證頻次、同族專利個(gè)數(shù)、技術(shù)先進(jìn)性、保護(hù)范圍);②法律維度兩個(gè)指標(biāo)(技術(shù)穩(wěn)定性、運(yùn)營(yíng)情況);③其他維度四個(gè)指標(biāo)(合享價(jià)值度、申請(qǐng)人重要性、權(quán)利要求數(shù)量、說(shuō)明書(shū)頁(yè)數(shù))。通過(guò)對(duì)不同時(shí)期換電站技術(shù)相關(guān)專利的篩選評(píng)分,本文篩選10個(gè)換電站建設(shè)技術(shù)發(fā)展路線圖(見(jiàn)圖2)。總體來(lái)看,我國(guó)換電站建設(shè)發(fā)展規(guī)律為:從集中化、大型換電站向簡(jiǎn)約化、小型換電站發(fā)展,提升換電站的快速部署能力、提升換電站的空間利用率與工作效率為主要設(shè)計(jì)方向。

4換電站建設(shè)典型專利方案解讀

4.1早期換電站建設(shè)

我國(guó)早期的換電站建設(shè)以服務(wù)公交車的大型換電為主,采用側(cè)部換電的方式對(duì)電動(dòng)公交進(jìn)行換電服務(wù)。2008年服務(wù)北京奧運(yùn)會(huì)的電動(dòng)公交換電站是典型方案,對(duì)應(yīng)專利公開(kāi)號(hào)為CN101284524A[3]。該換電站方案(見(jiàn)圖3左側(cè)),包括換電設(shè)備T、待換電車輛B以及電池存儲(chǔ)充電架。換電設(shè)備位于換電車輛與電池充電架之間,換電裝置T通過(guò)機(jī)械手將電池取出,并通過(guò)轉(zhuǎn)盤T5將電池旋轉(zhuǎn)至充電架一側(cè),換電裝置T通過(guò)導(dǎo)軌T2進(jìn)行移動(dòng),將缺電電池移動(dòng)并放至充電架中的空閑位置,同時(shí)取出充電架中的滿電電池運(yùn)送至換電車處,經(jīng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)后安裝至車輛B。該方案中,換電設(shè)備位于車輛與充電架之間,需要通過(guò)沿電池架縱向移動(dòng),對(duì)場(chǎng)地需求大,導(dǎo)致?lián)Q電站總體占地面積較大(見(jiàn)圖3右側(cè))。

4.2具有快速部署能力的換電站建設(shè)

早期換電站建設(shè)對(duì)場(chǎng)地需求大,建設(shè)成本高,不利于換電技術(shù)的大規(guī)模推廣。北京理工大學(xué)聯(lián)合上海電巴在專利CN102259639A[4]中提出了集成在集裝箱中的快捷換電站建設(shè)方案。該方案中(見(jiàn)圖4),電池充電架設(shè)置在集裝箱中,通過(guò)集裝箱沿長(zhǎng)度方向的開(kāi)口,實(shí)現(xiàn)電池的取放,同時(shí)在集裝箱中設(shè)置換電裝置存儲(chǔ)區(qū)域。使用該方案進(jìn)行換電站部署時(shí),將具有充電架、動(dòng)力電池及換電裝置的集裝箱移動(dòng)至目標(biāo)地點(diǎn)后,僅需在集裝箱外側(cè)建立供換電裝置運(yùn)行的軌道,即可進(jìn)行換電作業(yè),大大提升了換電站建設(shè)的便捷程度。

4.3模塊化換電建設(shè)

隨著我國(guó)換電技術(shù)的發(fā)展,換電技術(shù)發(fā)展的方向逐漸向乘用車領(lǐng)域發(fā)展。面向乘用車的換電站在快速部署能力與換電效率需求方面得到提升。蔚來(lái)汽車有限公司針對(duì)乘用車換電需求,在CN106043246A[5]中提出一種模塊化小型換電站建設(shè)方案(見(jiàn)圖5),進(jìn)一步解決了換電站建設(shè)占地面積大、需要土建、難以運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題。在該方案中,換電站整體裝置由電池集裝箱與換電集裝箱兩部分構(gòu)成。換電車輛進(jìn)行換電時(shí),將車固定在換電集裝箱內(nèi)的換電平臺(tái)區(qū)域,換電平臺(tái)中設(shè)有舉升設(shè)備,能夠?qū)④囕v進(jìn)行舉升,為換電裝置在車輛底部進(jìn)行電池更換留下足夠空間。同時(shí),換電集裝箱與電池集裝箱相鄰并相互連通,使換電裝置能夠在兩個(gè)集裝箱內(nèi)穿梭,實(shí)現(xiàn)缺電電池與滿電電池的轉(zhuǎn)運(yùn)。在無(wú)需土建的情況下完成換電站的建設(shè),使換電站的位置可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活布置和擴(kuò)展部署,推動(dòng)了換電模式的發(fā)展。

5結(jié)語(yǔ)

換電模式的推廣依賴換電站的大規(guī)模建設(shè),建議在后續(xù)的建設(shè)發(fā)展中,繼續(xù)提升換電站的結(jié)構(gòu)集成能力,關(guān)注換電站內(nèi)部的空間利用率與換電裝置的工作效率,實(shí)現(xiàn)具有快速部署能力的高效換電站建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1]高賜威,吳茜.電動(dòng)汽車換電模式研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2013,37(4):891-898.

[2]嚴(yán)勤,曾潔.電動(dòng)汽車的充電模式及充電設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式研究[J].電力大數(shù)據(jù),2018,21(1):39-42.

[3]北京理工大學(xué).電動(dòng)車動(dòng)力電池組快速更換系統(tǒng):CN101284524A[P].2008-10-15.

[4]北京理工大學(xué),上海電巴新能源科技有限公司.一種可移動(dòng)一體式車載動(dòng)力電池快換系統(tǒng):CN102259639A[P].2011-11-30.

[5]蔚來(lái)汽車有限公司.一種小型自動(dòng)化換電站:CN106043246A[P].2016-10-26.

作者:劉桂金 申華磊 李福輝 單位:東平一建建筑有限公司

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