新機(jī)遇下我國(guó)新能源汽車換電模式發(fā)展前景分析*

卜德明，王娜

新機(jī)遇下我國(guó)新能源汽車換電模式發(fā)展前景分析*

卜德明，王娜

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

換電模式是一種新能源汽車快速補(bǔ)電方式，具有補(bǔ)電速度快、自動(dòng)化水平高、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，可大大降低消費(fèi)者里程焦慮。還可實(shí)現(xiàn)“車電分離”銷售，解決消費(fèi)者購(gòu)車成本高的難題。由于受到換電標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、換電車型少等因素限制，新能源汽車換電模式發(fā)展較為緩慢。隨著財(cái)政補(bǔ)貼退坡，換電模式重新引起政府部門和行業(yè)企業(yè)重視。文章重點(diǎn)研究了換電模式技術(shù)路線、應(yīng)用現(xiàn)狀和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，分析了新的機(jī)遇下?lián)Q電模式的發(fā)展空間和市場(chǎng)前景。

新機(jī)遇；新能源汽車；換電模式；市場(chǎng)前景

引言

新能源汽車是我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一[1]，國(guó)家大力支持新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后出臺(tái)了一系列支持政策。經(jīng)過(guò)十余年發(fā)展，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)成果豐碩、成績(jī)斐然，年產(chǎn)銷均突破百萬(wàn)輛，位居世界第一。2019年新能源汽車保有量達(dá)381萬(wàn)輛，占汽車總量的1.46%，與2018年底相比，增加120萬(wàn)輛，增長(zhǎng)46.05%。其中，純電動(dòng)汽車保有量310萬(wàn)輛，占新能源汽車總量的81.19%。新能源汽車增量連續(xù)兩年超過(guò)100萬(wàn)輛，呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)[2]。

在新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，續(xù)駛里程短和充電時(shí)間長(zhǎng)成為限制其發(fā)展的問(wèn)題和瓶頸，減弱了新能源汽車對(duì)傳統(tǒng)燃油車的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。為解決這一問(wèn)題，除了提高電池性能、降低整車電耗外，政府大力支持和推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建設(shè)了大量慢充充電樁、快充充電樁、充電站等充電基礎(chǔ)設(shè)施，提高了用戶充電便利性，有效緩解了里程焦慮。根據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，截止2019年10月，全國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量為114.4萬(wàn)臺(tái)[3]，車樁比為3.32:1，仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新能源汽車保有量，尚未從根本上解決新能源汽車充電時(shí)間長(zhǎng)、充電難的問(wèn)題。

換電模式作為一種新能源汽車補(bǔ)電方式，通過(guò)更換電池，可以快速為新能源汽車補(bǔ)電。換電時(shí)間與燃油車加油時(shí)間相當(dāng)，大幅縮短補(bǔ)電時(shí)間，增加消費(fèi)者使用便利性，緩解消費(fèi)者里程憂慮。2019年6月6日，國(guó)家發(fā)展改革委等三部門聯(lián)合發(fā)布《推動(dòng)重點(diǎn)消費(fèi)品更新升級(jí)暢通資源循環(huán)利用實(shí)施方案（2019-2020 年）》，文件中特別提到要借鑒公共服務(wù)領(lǐng)域換電模式和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，鼓勵(lì)企業(yè)研制充換電結(jié)合、電池配置靈活、續(xù)駛里程長(zhǎng)短兼顧的新能源汽車產(chǎn)品[4]。可以看出換電模式成為國(guó)家政府主管部門鼓勵(lì)發(fā)展的方向，若得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，可有效解決新能源汽車充電時(shí)間長(zhǎng)、里程焦慮的問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)新能源汽車換電站建設(shè)速度慢、布局城市少、運(yùn)營(yíng)數(shù)量少、兼容車型少。面對(duì)新的發(fā)展機(jī)遇和市場(chǎng)形勢(shì)，如何快速推動(dòng)換電模式應(yīng)用，需要系統(tǒng)研究和分析新能源汽車換電模式的發(fā)展前景和市場(chǎng)空間，更好促進(jìn)換電模式發(fā)展。

1 換電模式發(fā)展歷程

新能源汽車換電模式是一種通過(guò)集中式充電站對(duì)大量電池集中存儲(chǔ)、集中充電、統(tǒng)一配送，并在站內(nèi)對(duì)新能源汽車進(jìn)行電池更換或者集電池充電、物流調(diào)配、以及換電功能于一體的一種新能源汽車快速補(bǔ)電方式。

1.1 國(guó)外換電模式發(fā)展歷程

早在2007年，以色列Better Place公司成為世界上第一家從事新能源汽車換電模式運(yùn)營(yíng)的公司。該公司開(kāi)發(fā)了一套完整的純電動(dòng)汽車底盤換電技術(shù)，并進(jìn)行了商業(yè)化推廣，為客戶提供純電動(dòng)汽車換電服務(wù)[5]。由于硬件成本和電池維護(hù)成本投資較大，且受制于當(dāng)時(shí)汽車生產(chǎn)企業(yè)對(duì)發(fā)展新能源汽車還存在較大顧慮，新能源汽車數(shù)量極少，同時(shí)換電模式在用戶端的便利性、使用成本和傳統(tǒng)燃油車相比沒(méi)有大的優(yōu)勢(shì)，Better Place無(wú)法實(shí)現(xiàn)盈利，最終破產(chǎn)。

圖1 底盤換電技術(shù)示意圖

2013年，美國(guó)電動(dòng)汽車制造商特斯拉展示了其開(kāi)發(fā)的快速換電技術(shù)，換電時(shí)間縮短到90秒。從技術(shù)上看，特斯拉的快速換電技術(shù)仍是基于Better Place 的底盤換電技術(shù)路線，但進(jìn)一步提高了換電速度。由于特斯拉意識(shí)到底盤換電的異形電池?zé)o法跨車系車型共享、換電站兼容性低、運(yùn)營(yíng)效率低，以及難以整合車企資源形成通用標(biāo)準(zhǔn)的致命缺陷，很快將發(fā)展重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了其超級(jí)充電樁技術(shù)Supercharger 3，戰(zhàn)略性地放棄了換電路線和模式。

1.2 我國(guó)換電模式發(fā)展歷程

我國(guó)早期主要是在北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)和廣州亞運(yùn)會(huì)期間，開(kāi)展了新能源公交車換電模式示范運(yùn)行項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證了新能源公交車換電技術(shù)。國(guó)家電網(wǎng)公司首先在新能源乘用車領(lǐng)域進(jìn)行換電技術(shù)研究，提出了“換電為主、插充為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式[6]，完成相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備和出租車換電試點(diǎn)，首次提出并驗(yàn)證了“車電分離，里程計(jì)費(fèi)”的商業(yè)模式。

表1 我國(guó)新能源汽車換電模式發(fā)展歷程

通過(guò)我國(guó)換電模式發(fā)展歷程可以看出，在新能源汽車推廣的不同時(shí)期境遇截然不同。初期選擇換電的原因在于效率高，能夠提高消費(fèi)者對(duì)新能源汽車的接受度，特別是在“十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程”階段，行業(yè)內(nèi)更關(guān)注補(bǔ)電效率，在乘用車和公交車換電等領(lǐng)域都做過(guò)嘗試，形成了一套完整的換電技術(shù)體系，也進(jìn)行了市場(chǎng)驗(yàn)證。中期則由于換電投入成本太高、換電車輛少、兼容車型少等缺點(diǎn)，加上標(biāo)準(zhǔn)不完善、企業(yè)積極性低等因素，使得市場(chǎng)轉(zhuǎn)而選擇并大力發(fā)展充電模式，并實(shí)現(xiàn)充電樁建設(shè)和運(yùn)營(yíng)規(guī)模化發(fā)展。但企業(yè)端并沒(méi)有停止發(fā)展換電模式，而一直在探索中進(jìn)步，并且有一部分“換電模式”堅(jiān)定的支持者走了下來(lái)。而現(xiàn)階段，在新能源汽車補(bǔ)貼逐步退坡的“后補(bǔ)貼時(shí)代”，市場(chǎng)又亟需降低整車成本、增加對(duì)傳統(tǒng)燃油車的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、減輕消費(fèi)者的購(gòu)買壓力，于是換電模式所支持的裸車售賣、電池租賃等商業(yè)模式被視為新能源汽車行業(yè)發(fā)展的重要路徑之一，重新成為市場(chǎng)關(guān)注熱點(diǎn)。

2 換電模式發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 技術(shù)路線

目前，換電模式技術(shù)路線主要有三種，分別是電池包整體式換電、電池包分箱式換電和移動(dòng)換電車換電。

2.1.1電池包整體式換電

電池包整體式換電是對(duì)動(dòng)力電池包進(jìn)行整體更換的換電方式。整車搭載的動(dòng)力電池包是一個(gè)整體，通常位于整車底部，在整車底部進(jìn)行換電操作。

2.1.2電池包分箱式換電

電池包分箱式換電是對(duì)動(dòng)力電池分開(kāi)更換的換電方式。整車搭載多個(gè)相互分開(kāi)的動(dòng)力電池箱，且電池箱通常被設(shè)計(jì)成規(guī)格一致的標(biāo)準(zhǔn)電池箱，實(shí)現(xiàn)電池箱之間的互換操作。

2.1.3移動(dòng)換電車換電

移動(dòng)換電車換電是指采用車輛先將滿電電池運(yùn)送至需要換電的車輛處，再進(jìn)行電池更換的換電方式。

表2 換電模式技術(shù)特點(diǎn)

電池包整體式換電和電池包分箱式換電是一種固定式換電，移動(dòng)換電車則是非固定式換電。乘用車領(lǐng)域主要采用電池包整體式換電和電池包分箱式換電，商用車領(lǐng)域主要采用電池包分箱式換電。移動(dòng)換電車換電作為電池包整體式換電和電池包分箱式換電技術(shù)的一種補(bǔ)充，應(yīng)用較少。

2.2 市場(chǎng)應(yīng)用

目前，我國(guó)從事?lián)Q電模式運(yùn)營(yíng)的企業(yè)主要有奧動(dòng)新能源、蔚來(lái)汽車和杭州伯坦科技。截止2019年底，奧動(dòng)新能源建成換電站167座，蔚來(lái)汽車建成換電站123座，杭州伯坦科技建成換電站55 座。根據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，我國(guó)換電站保有量排名前五位的城市分別為北京市120座、廣東省59座、福建省17座、浙江省13座、江蘇省12座[7]。

在私人領(lǐng)域，運(yùn)營(yíng)換電站的企業(yè)有蔚來(lái)汽車，為旗下ES8、ES6提供換電，主要用戶為私人用戶。2019年7月，北汽新能源也面向私人用戶推出了具有換電功能的純電動(dòng)汽車EU快換版，使得私人用戶也可以享受到換電服務(wù)。

在公共領(lǐng)域，運(yùn)營(yíng)換電站的企業(yè)主要有奧動(dòng)新能源、杭州伯坦。奧動(dòng)新能源與北汽新能源緊密合作，已在北京、廣州、廈門、蘭州等城市，布局運(yùn)營(yíng)多個(gè)換電站，主要為城市出租車等運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域新能源汽車提供換電。杭州伯坦與東風(fēng)汽車、大運(yùn)、力帆、時(shí)空電動(dòng)等企業(yè)合作，提供電動(dòng)汽車電池定制服務(wù)，已在杭州、蘇州等12個(gè)城市建設(shè)換電站，主要為網(wǎng)約車、物流車、出租車等營(yíng)運(yùn)類電動(dòng)車提供換電服務(wù)。

3 換電模式技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與充電樁充電模式相比，換電模式具有較多優(yōu)勢(shì)[7]，在補(bǔ)電速度、自動(dòng)化程度、集成度等方面優(yōu)勢(shì)明顯，具體在以下方面。

（1）補(bǔ)電速度快。采用換電模式的電動(dòng)汽車換電時(shí)間約1-3分鐘，與傳統(tǒng)燃油汽車加油時(shí)間相當(dāng)。若采用充電樁進(jìn)行充電，慢充樁充電時(shí)間大約為6-8個(gè)小時(shí)，快充樁的充電功率達(dá)到40kW以上，也需要1-2個(gè)小時(shí)才能將車輛完全充滿電。可以看出，換電站換電時(shí)間遠(yuǎn)低于充電樁充電時(shí)間。

（2）自動(dòng)化水平高。換電站采用自動(dòng)化換電技術(shù)，駕駛員將車輛停在換電平臺(tái)上，工作人員通過(guò)控制機(jī)器人完成電池更換操作。駕駛員無(wú)需下車，全程不參與即可完成換電。若采用充電樁充電，駕駛員需要自行操作，將充電槍從充電樁取下連接在車輛上進(jìn)行充電，待充電結(jié)束后，再將充電槍從車上取下放回充電樁，整個(gè)過(guò)程需手動(dòng)完成，體驗(yàn)較差。

（3）電池壽命延長(zhǎng)。換電站通常采用慢充策略，集中控制進(jìn)行低功率充電，并對(duì)電池進(jìn)行均衡、優(yōu)化，保證電池一致性，有利于延長(zhǎng)電池的使用壽命。

（4）集成程度高。換電站占地面積較小，通常為30 m2-70m2。除換電外，還具有充電等功能，可對(duì)換下的虧電電池包及時(shí)充電。同時(shí)額外配置一定數(shù)量的動(dòng)力電池，滿足多輛電動(dòng)汽車換電需要。此外，換電站還對(duì)所有站內(nèi)電池進(jìn)行安全監(jiān)控、一致性均衡等，集聚化程度較高。

（5）安全性更高。換電模式將充電過(guò)程從車端集中到換電站內(nèi)，統(tǒng)一對(duì)電池進(jìn)行充電，避免了分布式充電樁安全性不一致所產(chǎn)生的影響，有效提高充電安全性，24小時(shí)監(jiān)控值守，并建有數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)和消防隱患排查系統(tǒng)，電池溫度一旦超過(guò)安全限值，監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，進(jìn)而提前干預(yù)，預(yù)防火災(zāi)發(fā)生。

（6）建設(shè)速度快。換電站可快速部署，不需要過(guò)多土建工程，采用撬裝式、集裝箱結(jié)構(gòu)，1-3天即可完成建設(shè)部署，滿足在城市中布局和建站要求。

4 換電模式市場(chǎng)環(huán)境

換電模式高度依賴純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)與充電模式功能相同，形成競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。現(xiàn)有充電模式市場(chǎng)規(guī)模大、用戶廣，對(duì)換電模式形成壓制作用，而換電模式雖然目前市場(chǎng)規(guī)模較小，但市場(chǎng)風(fēng)向的改變?yōu)閾Q電模式的發(fā)展帶來(lái)了新的生機(jī)。

（1）純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)空間廣闊，為換電模式帶來(lái)機(jī)遇。近年來(lái)，以純電動(dòng)汽車為主的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，2015年至2019年的年復(fù)合增長(zhǎng)率為42.33%，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)期。而充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新能源汽車保有量，無(wú)法滿足用戶充電需求。

（2）現(xiàn)有換電站市場(chǎng)規(guī)模較小，未來(lái)市場(chǎng)迎來(lái)發(fā)展良機(jī)。現(xiàn)階段從事?lián)Q電站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)企業(yè)數(shù)量少，總體規(guī)模較小。換電站在經(jīng)歷2009年到2012年的快速發(fā)展后，于2013年至2019年發(fā)展較為緩慢，主要由奧動(dòng)新能源、北汽新能源、杭州伯坦和蔚來(lái)汽車等幾家企業(yè)進(jìn)行建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，目前總體規(guī)模尚小，總體數(shù)量約有700 座。

圖2 純電動(dòng)汽車銷量及增長(zhǎng)示意圖

（3）基于換電模式的車電分離銷售將降低純電動(dòng)汽車售價(jià)，增加對(duì)傳統(tǒng)燃油車的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。財(cái)政補(bǔ)貼退坡，動(dòng)力電池價(jià)格尚未降到市場(chǎng)預(yù)期，使得純電動(dòng)汽車售價(jià)居高不下，增大了消費(fèi)者的購(gòu)買壓力。換電模式的車電分離售賣將大大降低整車的購(gòu)買價(jià)格，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。自2019年6月份新能源汽車財(cái)政補(bǔ)貼退坡實(shí)施以來(lái)，換電模式熱度陡增，在政策市場(chǎng)的雙導(dǎo)向指引下，迎來(lái)了新的發(fā)展時(shí)機(jī)。

（4）公共領(lǐng)域需求集中度高，換電模式市場(chǎng)潛力巨大。對(duì)于網(wǎng)約、出租、城配、公交、物流等公共領(lǐng)域細(xì)分市場(chǎng)的快速高效安全的能源補(bǔ)充需求，換電站高效的能源補(bǔ)充方案是最佳解決辦法。這一細(xì)分市場(chǎng)中，僅移動(dòng)出行能源補(bǔ)充的細(xì)分市場(chǎng)規(guī)模就超500 多億，隨著網(wǎng)約出租等的電動(dòng)化政策越來(lái)越密集，換電站在未來(lái)大有可期。

5 結(jié)論

充電基礎(chǔ)設(shè)施不完善仍是限制我國(guó)新能源汽車快速發(fā)展的重要因素之一，隨著我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，新能源汽車保有量不斷提高，為換電模式創(chuàng)造了發(fā)展空間。與充電模式相比，換電模式可以有效補(bǔ)充充電樁充電時(shí)間長(zhǎng)、利用率低、操作不方便等短板，更好滿足消費(fèi)者方便、經(jīng)濟(jì)和快捷的補(bǔ)電體驗(yàn)。發(fā)展換電模式、開(kāi)發(fā)支持換電的新能源汽車也已引起國(guó)家有關(guān)部門重視，并出臺(tái)了相關(guān)支持政策。這表明，面對(duì)新的發(fā)展機(jī)遇，換電模式具有良好的未來(lái)空間和市場(chǎng)前景。

[1] 國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的通知[Z].2012-7-9.

[2] 蔣菱楓.全國(guó)私家車保有量首次突破2億輛66個(gè)城市汽車保有量超過(guò)百萬(wàn)輛[EB/OL].https://www.mps.gov.cn/n2254314/ n6409334 /c6852472/content.html, 2019-1-8.

[3] 中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟.2019年10月全國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行情況[EB/OL].http://www.evcipa.org.cn/,2019 -11-11.

[4] 國(guó)家發(fā)展改革委,生態(tài)環(huán)境部,商務(wù)部.推動(dòng)重點(diǎn)消費(fèi)品更新升級(jí)暢通資源循環(huán)利用實(shí)施方案(2019-2020年)[Z]. 2019-06-03.

[5] 杜劍,謝東,吳濤,等.國(guó)外電動(dòng)汽車戰(zhàn)略及充換電業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].華中電力,2012, 25(1): 96-102.

[6] 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.

[7] 蘇浩.換電商業(yè)模式是純電動(dòng)汽車在石油短缺和低碳經(jīng)濟(jì)下快速發(fā)展的解決方案[J].經(jīng)濟(jì)視角,011(4):49-50.

Analysis of Development Prospects for China New Energy Vehicles Battery-swapping Mode under the New Opportunity*

Bu Deming, Wang Na

( China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd, Tianjin 300300 )

Battery-swapping mode is a fast way to supply power for new energy vehicles. It has the advantages of fast power supply speed, high level of automation, high integration and so on.It can greatly solve the consumers’ mileage anxiety. In addition, it can realize the separation of vehicles and batteries sales, can slash the consumer purchase cost. But it still develops slowly because of the factors such as inconsistent standards and few battery-swapping model vehicles. With the decline of finance subsidies, battery-swapping mode gets attention of government and some enterprises again. The paper mainly studies the technical route、application status and advantages, analyzes the develop space and market prospects of battery-swapping model under the new opportunity.

New opportunity; New energy vehicles; Battery-swapping mode; Market prospects

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.06.004

U463.63+3

A

1671-7988(2021)06-11-04

U463.63+3

A

1671-7988(2021)06-11-04

卜德明（1989-），男，碩士、工程師，就職于中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司，研究方向?yàn)樾履茉雌囯婒?qū)動(dòng)控制、新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策。

政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專項(xiàng)（2018YFE0105100）。