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撰寫 | 張梓鍵 審校 | 梁婉玲
一、引言
新能源汽車最大的問題就是續航能力不足。目前，主流的解決方案是通過加大電池容量、研發電池新材料等在“做文章”，但電池容量過大顯然會增加新能源汽車的總重、或導致汽車在行駛過程中發生安全問題。國內造車新勢力——蔚來汽車，另辟蹊徑，探索“換電模式”的解決方案。
手機剛問世時，需配合使用充電器充電；后出現手機的“機身-電池”分離，把電池從機身內單獨脫離出來充電或更換，再置入機身實現為手機供電。直到蘋果手機的出現，又把機身和電池重新“摁”在一起，變回“一體化設計”。
圖1 手機“機電”分離
圖2 手機一體式充電
同樣的，新能源汽車是通過電力驅動的，當然少不了“充電”才能跑得更遠。新能源汽車雖然這些年取得不錯的發展，駕駛體驗有了極大的提高，但是“里程焦慮”仍是新能源汽車發展的核心難題。
新能源汽車“沒電”了，便無法繼續前行，必須找到“充電”的的地方。但目前，驅動新能源汽車前行的“電”不好找，而且充電等待的時間也不短。如特斯拉“超充V3”充滿75kwh的電池需45分鐘，而燃油車加滿一缸燃料僅需幾分鐘。
若想解決新能源汽車的續航問題，達到燃油車的能源效率，最便捷的解決方案就是像過去手機的“機電”分離，即直接換電池。
“換電”具有明顯的優勢。在現有技術下，幾分鐘內完成電池更換的速度，甚至能媲美燃油車加油的效率；而且，在更換電池過程中，換電站需時刻檢測電池狀態，能關注并增強電池系統的安全性。
“換電”并非蔚來在新能源汽車領域的首創。
特斯拉也曾為用戶提供過換電服務，但因當地各種設施配置跟不上、供應價格過高、用戶體驗差等原因而舍棄。燃油汽車曾面臨的里程焦慮，在普及加油站后得以解決；可見，若想解決新能源汽車續航焦慮的最好方法就是，建立一個隨時續航的補給網（換電站）。
但新能源汽車換電站的推廣和普及，需要大量投資、基礎建設和完備的供應鏈做保障。特斯拉等單一廠商若想以“一己之力”實現“遍地換電站”，可謂是難度極大。
困于現狀，目前新能源汽車領域中還在堅持研究“換電”技術的開拓者寥寥無幾。深耕”換電“的中國蔚來汽車，在其中就顯得“一支獨秀”。相比于其他廠商，蔚來并不在單次的續航里程上硬磕，而是投入巨大的研發成本，在“換電”技術上布局了1200多項專利，全國范圍內已建設135多座換電站，覆蓋69個城市，為客戶提供了超過80萬次的換電服務。
新能源汽車換電站已成為國家新基建的重要組成部分，還被寫入2020年兩會的政府工作報告中。可見，中國在建設換電站方面，具有完善的基礎設施和天然優勢。
二、蔚來換電專利分析
從2016年起，蔚來汽車便開始在“換電”技術領域布局專利申請，喊出了“不怕都市節奏快，因為我們換電更快”的響亮口號。蔚來換電站每次換電都會進行三電自檢，確保整車和電池始終處于最佳狀態，滿電出發也僅需一首歌的時間。
下面，我們將簡單介紹幾個蔚來汽車的“換電黑科技”！
1、換電平臺、換電站以及換電方法
申請日：20200624
公開號：CN111634207A
申請人：武漢蔚來能源有限公司
本發明提供一種換電平臺、換電站以及換電方法，所述換電平臺包括駐車機構、容置機構和開合機構，容置機構設置在駐停于駐車機構上的車輛的下方并具有開口，開合機構設置在容置機構上，其中，當開合機構處于開啟狀態時可開啟容置機構的開口，當開合機構處于閉合狀態時，可關閉容置的開口，并使開合機構與駐車機構構成車輛通行路徑以供車輛駛入或駛離駐車機構。
通過將車輛通行路徑的承重功能整合設計于開合機構上，可以降低換電平臺其他設備的承重設計難度。
圖4 換電平臺、換電站以及換電方法
2、模塊化的換電站
申請日：20190523
公開號：CN210760327U
權利人：上海蔚來汽車有限公司
本實用新型公開了一種模塊化的換電站。所述換電站包括若干個區域模塊，所述區域模塊包括：電池區，所述電池區包括使電池沿橫向放置的第一倉位和使電池沿縱向放置的第二倉位；作業區，所述作業區具有定位車輛的車輛平臺以及對電池進行改向使得電池沿所述橫向或所述縱向定位的移動臺。
模塊化的系統提供了高度的靈活性。
圖5 模塊化換電站
3、一種電路系統及換電站
申請日：20200706
公開號：CN212486192U
權利人：武漢蔚來能源有限公司
本實用新型涉及使用和維護二次電池或二次半電池的方法及裝置技術領域，具體涉及一種電路系統及換電站。電路系統與多個供電件連接，用于輸電并對供電件充電，電路系統包括負載線路、供電線路、供電控制組件和控制系統，負載線路與用電負載連接；供電線路一端與負載線路連接，另一端與至少一個供電件連接；供電控制組件連接在供電線路中，控制供電線路的接通，并使供電件能夠向用電負載輸電；控制系統與供電控制組件電氣連接，控制供電控制組件的啟停。
換電站安裝有電路系統時，換電站的換電工作不會因為停電而失去換電工作能力，仍然可以為電動汽車進行換電工作，可避免因換電站停電對換電工作的影響，用戶體驗效果更好。
圖6 一種電路系統及換電站
4、換電執行器、標準化換電平臺和標準化換電站
申請日：20190515
公開號：CN210881736U
權利人：上海蔚來汽車有限公司
本實用新型公開了一種換電執行器、標準化換電平臺和標準化換電站。所述換電執行器，用于換電平臺對車輛電池的更換操作，其包括：支撐部，所述支撐部的一端固定地連接在所述換電平臺上，臂部，所述臂部的一端與所述支撐部的另一端可轉動地連接，腕部，所述腕部設置在所述臂部的另一端上，其中所述腕部具有操作裝置，所述操作裝置配備有對至少一種車輛電池進行加鎖和/或解鎖操作的不同的鎖工具。
本實用新型可提供兼容多種車型的電池的換電作業的服務。
圖7 換電執行器、標準化換電平臺和標準化換電站
5、電池傳輸系統、換電站及換電方法
申請日：20200824
公開號：CN111959341A
權利人：武漢蔚來能源有限公司
本發明提供一種電池傳輸系統、換電站及換電方法，所述電池傳輸系統包括第一傳輸機構和第二傳輸機構，其中，當第一傳輸機構和第二傳輸機構處于對接位置時，第一傳輸機構的第一承載結構與第二傳輸機構的通道結構垂直對齊，以便于第一傳輸機構的第一承載結構相對于機構本體升降時，第一承載結構可穿過通道結構，而使第一承載結構的承載面沿水平方向高于或低于第二承載結構的承載面，從而提供電池在第一傳輸機構與第二傳輸機構之間接駁。
本發明可以減小或消除第一傳輸機構和第二傳輸機構之間的接駁區域，以滿足換電站小型化的發展需求。
圖8 電池傳輸系統、換電站及換電方法
三、總結
1、相比于充電，換電的優勢更為顯著，僅需一首歌時間的極速補能體驗，甚至能媲美燃油汽車的加油效率。
2、蔚來汽車另辟蹊徑，探索換電技術，擁有1,200項換電專利，其換電站更是榮獲2019紅點產品設計大獎。
3、截至2020年6月28日，換電站數量擴充至135座，分布59個城市 。蔚來累計換電單量已超過58萬單，換電滲透率近50%。
4、政策背景：
a）2020年兩會政府工作報告，換電站首次被納入新基建范疇。
b）財政部、工業和信息化部、科技部和發展改革委下發的《關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》提出，“2021-2022年，原則上保持技術指標總體穩定。支持’車電分離’等新型商業模式發展，鼓勵企業進一步提升整車安全性、可靠性，研發生產具有先進底層操作系統、電子電氣系統架構和智能化網聯化特征的新能源汽車產品”。但“新能源乘用車補貼前售價須在30萬元以下（含30萬元），為鼓勵’換電’新型商業模式發展，加快新能源汽車推廣，換電模式車輛不受此規定”。
隨著換電站建設的推進，也許未來真的就像蔚來專利上描述的那樣，新能源車能通過換電達到燃油車的能源效率。
參考文獻
1、特斯拉8年前放棄的技術，蔚來還在堅持，為啥？https://tech.sina.cn/csj/2020-07-09/doc-iirczymm1498891.d.html?from=wap
2、蔚來汽車官方https://www.nio.cn/
3、為什么現在的手機都不能拆卸電池？這2個原因很扎心！https://www.sohu.com/a/400077924_489987
4、珠海國資向法拉第未來投資20億 賈躍亭造車夢延續？https://finance.sina.cn/stock/ssgs/2021-01-27/detail-ikftssap1199555.d.html?oid=4068692548992252&vt=4&cid=80775&node_id=80775
5、蔚來中國落戶合肥，70億元融資只是第一步https://finance.sina.com.cn/roll/2020-04-30/doc-iircuyvi0733655.shtml
6、蔚來汽車「換電模式」是不是賭贏了？https://www.zhihu.com/question/390211801
