商用車產業是我國汽車產業的重要組成部分，也是我國工業體系的支柱之一，從2016年開始，國務院、國家發改委、工業和信息化等部門陸續印發了支持、規范商用車行業的發展政策。
2020年后，由于疫情的影響以及“碳中和”和“碳達峰”的目標，傳統商用車的銷量持續走低。2022年開始，新能源商用車銷量呈現上升態勢，并且新能源輕客、微卡和重卡銷量同比實現翻番增長。
針對新能源商用車的能源補給方面，我國電動車充電基礎設施建設已經取得了長足進展，截止2021年12月底，公共充電樁保有量從2019年底的52萬臺增長到了115萬臺，實現了規模翻番。
換電方式是另一解決里程焦慮的能量補給手段，不過目前電動汽車換電的網絡規模遠小于充電樁，迄今為止應用該模式的企業也為數不多。充電樁是大部分汽車廠商選擇的電能補給方式，且普及程度遠遠大于換電站，但是在能源補給速度方面遠遠不及換電站。
近年來，國家先后出臺了一系列的政策支持換電站的發展，如下表1所示：截止目前，商用車換電站已經取得了長足的發展，換電時長大大縮短，目前可以達到3-6分鐘實現一次換電。在國家政策的支持下，換電行業，特別是換電安全要求正逐漸走向標準化。換電企業在逐步增加，商業模式逐漸成熟。隨著換電站技術的發展，傳統換電站模式已經被逐漸取代，換電站逐漸進入無人值守的智能化時代。瀚川智能董事會秘書章敏曾向《科創板日報》記者表示，“公司未來將在汽車板塊、電池設備板塊以及充換電業務板塊持續進行研發投入。同時，換電站的無人值守是公司重要研發方向之一。”瀚川智能董事長蔡昌蔚表示，“現在自動化、智能化的技術水平已經很高了，無人值守是必然趨勢。”同時還提出，相較于有人值守，無人值守無非是增加一些自動化、智能化功能，這部分增加的成本不多，但無人值守一年省下幾十萬元人工費是很可觀的。協鑫能科在2021年提出的換電站的發展規劃中包括：提供換電站及換電站核心部件的研發、設計等一體化解決方案，通過開展廣泛的合作推動“換電站共享化”及換電站無人值守。2023年協鑫能科的換電產品協鑫電港推出“線上值守”智能云平臺（如下圖1所示），采用物聯網傳感設備收集數據，對站端運行統籌、實時監控，加上故障派工系統、遠程IP對講、24小時客服電話渠道，以四重保障機制確保對站端故障作出快速響應。2023年6月8日，在2023第九屆中國國際電動汽車充換電產業大會上，博眾精工科技股份有限公司（下稱“博眾精工”）充換電事業部總經理吳小平在接受包括經濟觀察網在內的媒體采訪時表示：“未來隨著技術的發展，在換電站自我恢復功能、預維護功能實現后，可能3~5年就可以實現全部無人值守。同年6月7日至9日，博眾精工在“第二屆上海國際充電樁及換電站展覽會”上，攜商用車、乘用車系列充換電站以及充電樁、智能站控系統、云平臺系統、商用車電池箱參展，上述智能站控系統以及云平臺系統為實現無人值守提供了技術支持。實現換電站無人值守需要多項技術的協同支持，通過圖2展示換電流程對各項技術進行簡要介紹：進站識別階段，涉及到的關鍵技術包括：車牌識別、人臉識別或者電池類型識別。博眾精工在自主研發的站控及云平臺系統上搭載車牌智能識別，全程無需下車，友好便捷。
停車引導階段，主要是能夠對車輛進行導航使得車輛能夠準確的停在換電位置。停車引導涉及到的關鍵技術包括：車輛定位以及車輛位置校正。目前這兩項技術專利布局的數量較少，申請人也比較分散。例如上海融青新能源科技有限公司公開的專利CN115497319A，涉及一種換電車輛的引導換電方法，當換電車輛進入換電通道后，實時監測換電車輛在換電通道內的位置信息，根據實時監測的位置信息和預置的換電區域位置信息，實時計算換電車輛的方位調整信息，以便引導用戶將車輛精確停靠至換電區域位置。又例如，博眾精工公開的專利CN115626086A，涉及一種車輛定位裝置，包括：第一定位組件和第二定位組件；第一定位組件用于承載車輛的前輪或后輪，能夠獨立于第二定位組件沿第一方向滑動；第二定位組件用于推動車輛的前輪或后輪沿與第一方向垂直的第二方向滑動；由此，能夠有效增加車輪輪距方向換電通道的尺寸，并且能夠引導電動汽車自動泊車系統自動泊車。
電池運轉階段，在車輛停穩后，可以通過換電機器人（或者搬運設備）將車輛上的虧電電池轉運到電池倉進行存儲，并將電池倉中的滿電電池轉運到相應位置，以便將電池裝載到車輛上。博眾精工商用車換電機器人裝備設置有視覺檢測裝置，并搭載R軸旋轉機構，柔性快速完成電池包自動吊取，從而實現換電時電池的自動運轉。為了實現電池的自動運轉，主要涉及到的技術包括：搬運設備自動化控制技術以及自動化倉位配置技術。其中，搬運設備自動化控制技術用于實現電池的拆裝和搬運，具體的，包括：電池包定位和電池倉定位。對于電池包定位技術，目前已經布局的專利主要涉及激光定位手段和圖像識別手段，其中在圖像識別方向上布局的專利數量多于激光定位方向。例如，上海融青新能源公開的專利CN115416622A，涉及激光定位技術，當換電車輛達到換電區域時，設置在換電機器人上的三個激光測距傳感器分別檢測其與換電車輛上虧電電池包的間距，換電站根據每個激光測距傳感器的間距信息，判斷換電機器人是否與虧電電池包完全對齊；當判斷換電機器人未與虧電電池包完全對齊時，換電站調整換電機器人的位置。又例如，奧動新能源公開的專利CN114872581A，涉及圖像處理方法，具體的，圖像采集模塊采集電池包，解鎖過程中快換支架上鎖基座的第一實際位置；定位判斷模塊，根據第一實際圖像和第一標準圖像（預先存儲的換電設備位于換電位置時采集的包括鎖基座的圖像）判斷換電設備是否位于換電位置。對于電池倉定位技術，主要是通過在換電設備上安裝定位元件，并通過定位元件實現對電池倉的定位。例如CN113932713A公開了一種電池倉的定位方法，具體的，利用電池轉運設備上的定位元件和電池倉上的參照對象，先通過電池轉運設備以第一速度快速行駛以使定位元件作用于參照對象，實現對電池倉進行粗定位，然后再通過電池轉運設備以第二速度反向移動以使定位元件逐漸靠近參照對象，直至定位元件與參照對象之間沿電動汽車的行駛方向的距離位于誤差允許的范圍內，實現對電池倉的精定位。針對自動化倉位配置技術，主要包括自動選取待取用的滿電電池的倉位以及虧電電池需要存放的倉位。為了實現上述功能，目前已布局的專利技術包括：空倉位自動配置、滿電電池倉位自動配置、設置緩存倉位等。針對滿電電池倉位以及空倉位自動配置技術，從目前專利布局來看，主要考慮基于電池狀況、倉位的使用情況及倉位壽命確定滿電電池倉位或空倉位。例如許繼電氣股份有限公司的專利CN106183864B公開了基于電池狀態、倉位狀態和電池類型選擇滿電電池倉位。又例如博眾精工的專利CN111806292B公開了根據當前電池包的狀態信息和各倉位的狀態信息，確定當前電池包的放置倉位。此外，設置緩存倉的目的主要包括兩個方面：第一方面提升電池轉運過程中的安全性；第二方面，提升換電效率。例如，博眾精工公開了專利CN111301357A，設置的緩存倉包括暫存虧電電池的第一緩存位和暫存滿電電池的第二緩存位，堆垛機從電池倉獲取滿電電池并存至第二緩存位，或從第一緩存位獲取虧電電池并存至電池倉，提升了換電效率。又如CN110386010B通過電池周轉方法指引充電倉能夠在換電過程中及時地將問題電池送出充電倉，同時還能滿足在換電過程中對電池的頻繁定位需求，提高了充電倉中對電池的對位精度，大大減小了NG狀況發生。
換電完成、準備出站階段，主要是檢測車輛是否符合出站標準，以及進行費用的結算。其涉及的技術包括車輛檢測和費用自動結算。對于費用自動結算技術，目前主要從提升費用計算的合理性以及提高結算效率方向進行專利布局。吉利汽車公開的專利CN114897522A通過預付費的方式提高結算效率。上海玖行公開的專利CN112102566A根據所述換電量、所述行駛回饋電量和所述應急補電量進行計費，提升了計費的合理性。
換電站安全監控貫穿換電的整個流程，主要涉及換電站設備故障監控和應急處理，以及換電站設備、場地的安全監控。蔚來在安全監控方面采用先進的3D視覺識別技術自動識別生命體誤入換電工作區域，確保換電過程安全；其公開的專利CN114373157A，通過對換電站中目標對象進行實時監控和對進入臨界場景中的目標對象的運動進行預測，能夠較可靠地保證目標對象在換電過程的安全。
除了上述介紹的核心技術外，為了提升無人值守換電的換電效率、降低運營成本、提升用戶的使用體驗，還涉及以下配套技術。例如，為了進一步降低運營成本，可以進行換電站能量儲備分析。例如專利CN111137168B將換電時段劃分為非谷電期和谷電期，在不同的時期，按照換電需求量和已滿電電池的數量，對電池進行充電。盡可能利用谷時段進行充電，降低用電成本。為了進一步提升用戶體驗，減少用戶排隊等待的時間，還提出了預約換電技術，例如專利CN113459870A根據換電車輛的服務請求，確定目標換電站，進一步的查找并鎖定對應的目標電池包，確保用戶預約換電成功并到站后有可換電池包，以及車輛在退網時能夠歸還原車電池包。
通過上述的分析可知，換電站的無人值守，可以將操作流程自動化，由計算機系統全自動控制整個換電流程，從而提高工作效率。并且無人值守無需工作人員到現場操作，減少了人力成本，節省了大量的人事開支。通過無人值守的安全監控，可以對各項數據進行實時監控和分析，及時發現隱患，并自動采取措施進行處理，從而保證換電站的安全性和穩定性。總之，換電站的無人值守具有多種優勢，不僅減少了人工投入，降低運營成本，提高生產效率，還能夠提高換電的安全性以及設備運行的可靠性。由此實現換電站的無人值守，是換電站運營方向追求的終極目標。
作者：品源知識產權管理咨詢有限公司 詹新玲
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