卜德明，王娜

新機遇下我國新能源汽車換電模式發(fā)展前景分析*

卜德明，王娜

（中國汽車技術(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電方式，具有補電速度快、自動化水平高、集成度高等優(yōu)點，可大大降低消費者里程焦慮。還可實現(xiàn)“車電分離”銷售，解決消費者購車成本高的難題。由于受到換電標準不統(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。隨著財政補貼退坡，換電模式重新引起政府部門和行業(yè)企業(yè)重視。文章重點研究了換電模式技術(shù)路線、應用現(xiàn)狀和技術(shù)優(yōu)勢，分析了新的機遇下?lián)Q電模式的發(fā)展空間和市場前景。

新機遇；新能源汽車；換電模式；市場前景

引言

新能源汽車是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一[1]，國家大力支持新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后出臺了一系列支持政策。經(jīng)過十余年發(fā)展，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)成果豐碩、成績斐然，年產(chǎn)銷均突破百萬輛，位居世界第一。2019年新能源汽車保有量達381萬輛，占汽車總量的1.46%，與2018年底相比，增加120萬輛，增長46.05%。其中，純電動汽車保有量310萬輛，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100萬輛，呈快速增長趨勢[2]。

在新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，續(xù)駛里程短和充電時間長成為限制其發(fā)展的問題和瓶頸，減弱了新能源汽車對傳統(tǒng)燃油車的競爭優(yōu)勢。為解決這一問題，除了提高電池性能、降低整車電耗外，政府大力支持和推動充電基礎設施建設，建設了大量慢充充電樁、快充充電樁、充電站等充電基礎設施，提高了用戶充電便利性，有效緩解了里程焦慮。根據(jù)中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟統(tǒng)計，截止2019年10月，全國充電基礎設施累計數(shù)量為114.4萬臺[3]，車樁比為3.32:1，仍遠遠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間長、充電難的問題。

換電模式作為一種新能源汽車補電方式，通過更換電池，可以快速為新能源汽車補電。換電時間與燃油車加油時間相當，大幅縮短補電時間，增加消費者使用便利性，緩解消費者里程憂慮。2019年6月6日，國家發(fā)展改革委等三部門聯(lián)合發(fā)布《推動重點消費品更新升級暢通資源循環(huán)利用實施方案（2019-2020 年）》，文件中特別提到要借鑒公共服務領(lǐng)域換電模式和應用經(jīng)驗，鼓勵企業(yè)研制充換電結(jié)合、電池配置靈活、續(xù)駛里程長短兼顧的新能源汽車產(chǎn)品[4]?？梢钥闯鰮Q電模式成為國家政府主管部門鼓勵發(fā)展的方向，若得到大規(guī)模推廣應用，可有效解決新能源汽車充電時間長、里程焦慮的問題。

目前，國內(nèi)新能源汽車換電站建設速度慢、布局城市少、運營數(shù)量少、兼容車型少。面對新的發(fā)展機遇和市場形勢，如何快速推動換電模式應用，需要系統(tǒng)研究和分析新能源汽車換電模式的發(fā)展前景和市場空間，更好促進換電模式發(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集中式充電站對大量電池集中存儲、集中充電、統(tǒng)一配送，并在站內(nèi)對新能源汽車進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電方式。

1.1 國外換電模式發(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營的公司。該公司開發(fā)了一套完整的純電動汽車底盤換電技術(shù)，并進行了商業(yè)化推廣，為客戶提供純電動汽車換電服務[5]。由于硬件成本和電池維護成本投資較大，且受制于當時汽車生產(chǎn)企業(yè)對發(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)燃油車相比沒有大的優(yōu)勢，Better Place無法實現(xiàn)盈利，最終破產(chǎn)。

圖1 底盤換電技術(shù)示意圖

2013年，美國電動汽車制造商特斯拉展示了其開發(fā)的快速換電技術(shù)，換電時間縮短到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，但進一步提高了換電速度。由于特斯拉意識到底盤換電的異形電池無法跨車系車型共享、換電站兼容性低、運營效率低，以及難以整合車企資源形成通用標準的致命缺陷，很快將發(fā)展重點轉(zhuǎn)向了其超級充電樁技術(shù)Supercharger 3，戰(zhàn)略性地放棄了換電路線和模式。

1.2 我國換電模式發(fā)展歷程

我國早期主要是在北京奧運會、上海世博會和廣州亞運會期間，開展了新能源公交車換電模式示范運行項目，開發(fā)和驗證了新能源公交車換電技術(shù)。國家電網(wǎng)公司首先在新能源乘用車領(lǐng)域進行換電技術(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)運營模式[6]，完成相關(guān)技術(shù)儲備和出租車換電試點，首次提出并驗證了“車電分離，里程計費”的商業(yè)模式。

表1 我國新能源汽車換電模式發(fā)展歷程

通過我國換電模式發(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，能夠提高消費者對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用工程”階段，行業(yè)內(nèi)更關(guān)注補電效率，在乘用車和公交車換電等領(lǐng)域都做過嘗試，形成了一套完整的換電技術(shù)體系，也進行了市場驗證。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，加上標準不完善、企業(yè)積極性低等因素，使得市場轉(zhuǎn)而選擇并大力發(fā)展充電模式，并實現(xiàn)充電樁建設和運營規(guī)?；l(fā)展。但企業(yè)端并沒有停止發(fā)展換電模式，而一直在探索中進步，并且有一部分“換電模式”堅定的支持者走了下來。而現(xiàn)階段，在新能源汽車補貼逐步退坡的“后補貼時代”，市場又亟需降低整車成本、增加對傳統(tǒng)燃油車的競爭優(yōu)勢、減輕消費者的購買壓力，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，重新成為市場關(guān)注熱點。

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動力電池包進行整體更換的換電方式。整車搭載的動力電池包是一個整體，通常位于整車底部，在整車底部進行換電操作。

2.1.2電池包分箱式換電

電池包分箱式換電是對動力電池分開更換的換電方式。整車搭載多個相互分開的動力電池箱，且電池箱通常被設計成規(guī)格一致的標準電池箱，實現(xiàn)電池箱之間的互換操作。

2.1.3移動換電車換電

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

表2 換電模式技術(shù)特點

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)的一種補充，應用較少。

2.2 市場應用

目前，我國從事?lián)Q電模式運營的企業(yè)主要有奧動新能源、蔚來汽車和杭州伯坦科技。截止2019年底，奧動新能源建成換電站167座，蔚來汽車建成換電站123座，杭州伯坦科技建成換電站55 座。根據(jù)中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟統(tǒng)計，我國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，運營換電站的企業(yè)有蔚來汽車，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汽車EU快換版，使得私人用戶也可以享受到換電服務。

在公共領(lǐng)域，運營換電站的企業(yè)主要有奧動新能源、杭州伯坦。奧動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，布局運營多個換電站，主要為城市出租車等運營領(lǐng)域新能源汽車提供換電。杭州伯坦與東風汽車、大運、力帆、時空電動等企業(yè)合作，提供電動汽車電池定制服務，已在杭州、蘇州等12個城市建設換電站，主要為網(wǎng)約車、物流車、出租車等營運類電動車提供換電服務。

3 換電模式技術(shù)優(yōu)勢

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

（1）補電速度快。采用換電模式的電動汽車換電時間約1-3分鐘，與傳統(tǒng)燃油汽車加油時間相當。若采用充電樁進行充電，慢充樁充電時間大約為6-8個小時，快充樁的充電功率達到40kW以上，也需要1-2個小時才能將車輛完全充滿電。可以看出，換電站換電時間遠低于充電樁充電時間。

（2）自動化水平高。換電站采用自動化換電技術(shù)，駕駛員將車輛停在換電平臺上，工作人員通過控制機器人完成電池更換操作。駕駛員無需下車，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，整個過程需手動完成，體驗較差。

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

（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，可對換下的虧電電池包及時充電。同時額外配置一定數(shù)量的動力電池，滿足多輛電動汽車換電需要。此外，換電站還對所有站內(nèi)電池進行安全監(jiān)控、一致性均衡等，集聚化程度較高。

（5）安全性更高。換電模式將充電過程從車端集中到換電站內(nèi)，統(tǒng)一對電池進行充電，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)，電池溫度一旦超過安全限值，監(jiān)控系統(tǒng)就會報警，進而提前干預，預防火災發(fā)生。

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

4 換電模式市場環(huán)境

換電模式高度依賴純電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時與充電模式功能相同，形成競爭機制?，F(xiàn)有充電模式市場規(guī)模大、用戶廣，對換電模式形成壓制作用，而換電模式雖然目前市場規(guī)模較小，但市場風向的改變?yōu)閾Q電模式的發(fā)展帶來了新的生機。

（1）純電動汽車產(chǎn)業(yè)市場空間廣闊，為換電模式帶來機遇。近年來，以純電動汽車為主的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，2015年至2019年的年復合增長率為42.33%，進入產(chǎn)業(yè)成長期。而充電樁等基礎設施的建設數(shù)量遠遠低于新能源汽車保有量，無法滿足用戶充電需求。

（2）現(xiàn)有換電站市場規(guī)模較小，未來市場迎來發(fā)展良機?，F(xiàn)階段從事?lián)Q電站建設和運營企業(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，主要由奧動新能源、北汽新能源、杭州伯坦和蔚來汽車等幾家企業(yè)進行建設和運營，目前總體規(guī)模尚小，總體數(shù)量約有700 座。

圖2 純電動汽車銷量及增長示意圖

（3）基于換電模式的車電分離銷售將降低純電動汽車售價，增加對傳統(tǒng)燃油車的價格競爭力。財政補貼退坡，動力電池價格尚未降到市場預期，使得純電動汽車售價居高不下，增大了消費者的購買壓力。換電模式的車電分離售賣將大大降低整車的購買價格，增強市場競爭力。自2019年6月份新能源汽車財政補貼退坡實施以來，換電模式熱度陡增，在政策市場的雙導向指引下，迎來了新的發(fā)展時機。

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

5 結(jié)論

充電基礎設施不完善仍是限制我國新能源汽車快速發(fā)展的重要因素之一，隨著我國新能源汽車產(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充充電樁充電時間長、利用率低、操作不方便等短板，更好滿足消費者方便、經(jīng)濟和快捷的補電體驗。發(fā)展換電模式、開發(fā)支持換電的新能源汽車也已引起國家有關(guān)部門重視，并出臺了相關(guān)支持政策。這表明，面對新的發(fā)展機遇，換電模式具有良好的未來空間和市場前景。

[1] 國務院.國務院關(guān)于印發(fā)“十二五”國家戰(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.全國私家車保有量首次突破2億輛66個城市汽車保有量超過百萬輛[EB/OL].https://www.mps.gov.cn/n2254314/ n6409334 /c6852472/content.html, 2019-1-8.

[3] 中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟.2019年10月全國電動汽車充電基礎設施運行情況[EB/OL].http://www.evcipa.org.cn/,2019 -11-11.

[4] 國家發(fā)展改革委,生態(tài)環(huán)境部,商務部.推動重點消費品更新升級暢通資源循環(huán)利用實施方案(2019-2020年)[Z]. 2019-06-03.

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

[6] 高賜威,吳茜.電動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)模式是純電動汽車在石油短缺和低碳經(jīng)濟下快速發(fā)展的解決方案[J].經(jīng)濟視角,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

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1671-7988(2021)06-11-04

卜德明（1989-），男，碩士、工程師，就職于中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，研究方向為新能源汽車電驅(qū)動控制、新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策。

政府間國際科技創(chuàng)新合作重點專項（2018YFE0105100）。