新能源汽车发展多年，产量和销量一直在高速增长，但电池这一关键技术却未取得实质性突破，车主对续驶里程的焦虑问题也没有得到很好的解决。燃油车加一次油的时间在5min以内，而电动汽车慢充一般需要6～8h，快充也需要至少30min，排队的情况下时间更长，严重影响车主的用车体验。此外，快充会降低电池的使用寿命，增加用车成本。

    换电方案研究方向确定

1.换电模式

    新能源汽车换电模式是指通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电、统一配送，并在电池配送站内对电动汽车进行电池更换服务或者集电池的充电、物流调配以及换电服务于一体。此模式可以实现车电分离，车主可以采取电池租赁的方式降低整车的购买成本，并且可以解决充电时间过长的问题。但是电池的更换必须使用设备，车辆设计需要考虑换电的结构，还要考虑换电场地的要求。

2.换电方案选择

换电模式作为近年来广受关注并持续优化和改善的新能源汽车能源补给方式，其优点和缺点都较为明显。现阶段市场上主要的换电方式有底盘换电、前舱/尾部换电和侧围换电三种[2]。

1）底盘换电是指从底盘下部拆下原有电池包并更换新电池包的方式，该方案主要应用在轿车、SUV、MPV及轻型物流车领域，目前主要是北汽、蔚来汽车、特斯拉等采用。此种方案易实现，更换电池用时较短，自动化程度高，但需要新建固定换电站，新增换电设备，现有换电投入较高。

2）前舱/尾部换电是指将电池包布置在车前舱/尾部，通过打开前舱盖/后背箱的方式拆除并更换新的电池包，该方案主要应用在轿车领域，目前主要是力帆、时空等采用。此方案不需要新建换电举升机构，通过手工操作机械臂实现换电，换电成本低，但需要两人协同操作，耗时较长，效率低下。

3）侧围换电是指将电池包从侧面拆下并更换新的电池包，该方案主要应用在客车和货车领域，目前主要是新时空、电巴、许继等采用。此方案中电池布置为合理，但侧围需要开口，影响整车外观。

通过各种换电方案的对比发现，底盘换电不占用车辆使用空间，不影响整车造型，是目前可行性较高的方案。基于此，本文拟采用卡托式的电池包固定装置，通过便携式坡道或轮胎千斤顶将车辆抬高后，使用换电小车在车身底部进行换电的方案，改善现有底盘换电方案设备精度要求高、投入成本高、换电场地固定的缺陷，满足车主随时随地、快捷换电的需求。

换电方案设计

新能源汽车换电包括旧电池包拆装、电池包转运及新电池包装配三个主要环节。为了保证各个环节之间能够无缝衔接，需要综合考虑电池包设计、电池转运机构设计、电池拆除与装配设计。下面以某款车型参数为例，对换电方案进行详细阐述。

1.换电流程

换电设计流程如下：前期准备，安装简易坡道/千斤顶→车辆开上坡道，拉手刹，拆除中间段→电池举升小车进入电池底部并上升拖住电池包→拆除电池包→电池举升小车带着旧电池包下降并离开车辆→电池举升小车运载新电池包进入车辆底部并上升→安装新电池包→电池举升小车撤离→车辆驶离换电区域。

2.换电电池包设计

现有的新能源汽车电池包主要通过螺栓联接在底盘下部，固定时需要使用专用工具，且螺栓固定需要满足一定的力矩要求。在换电模式下，若采用自动化设备，成本较高，若采用人工拆装，时间较长，而且经常拆装螺栓会导致螺栓失效，存在安全隐患。