我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)充換電模式的比較分析

自2008年起，我國就已經(jīng)開始在純電動客車領(lǐng)域開展換電模式的推廣，但受限當(dāng)時政策環(huán)境、技術(shù)水平、成本因素和市場規(guī)模，換電模式并沒有大規(guī)模推廣。隨著換電技術(shù)進(jìn)步、換電站建設(shè)成本降低、換電標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，以北汽新能源、蔚來汽車、力帆等為代表的企業(yè)開始加大換電模式的研究和推廣，在同一品牌、少數(shù)車型、特定應(yīng)用場景情況下，換電模式可作為充電模式的補(bǔ)充，也可能成為后補(bǔ)貼時代推動我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新商業(yè)模式之一。

但受限于跨品牌、多車型、電壓平臺等的通用性，以及換電站建設(shè)、運(yùn)營成本相比充電站高，產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，迄今尚未有可盈利的商業(yè)模式。

另外，電池包高壓接口頻繁插接存在能量損耗，特別是采用液冷系統(tǒng)的電池包對換電結(jié)構(gòu)是個巨大的考驗(yàn)，頻繁插拔，勢必會帶來極大的安全隱患。換電模式對電池系統(tǒng)的耐久性、安全性影響一直是主要汽車企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

一、換電模式發(fā)展情況

1、國外發(fā)展情況

在國外，丹麥、以色列、澳大利亞和加拿大等國率先推廣使用換電模式，其中最具代表性的是總部設(shè)在美國加州的Better Place公司。該公司在首先與以色列政府合作，投資6億美金在以色列建成了38個換電站和少量充電樁。公司相繼與丹麥、澳大利亞、加拿大、日本等國合作，大力推行旗下的換電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)項(xiàng)目。但在2013年5月，在巨額的建站成本和極低回報(bào)率的情況下，Better Place公司宣布破產(chǎn)，其相應(yīng)的換電業(yè)務(wù)也宣告終止。

2014年，美國電動車制造商特斯拉總裁埃隆·馬斯克在其公司的設(shè)計(jì)室演示了其耗時僅90秒的換電技術(shù)，但僅在其第一款車型“Models”的設(shè)計(jì)中既支持插充也支持換電的模式，其后續(xù)車型并沒有換電模式的設(shè)計(jì)。

截至目前，世界主要汽車制造商基本沒有采用換電模式，插充仍是主流。

2、國內(nèi)發(fā)展情況

國內(nèi)新能源汽車從2009年起步建設(shè)充換電基礎(chǔ)設(shè)施，國網(wǎng)、普天新能源、南方電網(wǎng)在建設(shè)充電站的同時，也建設(shè)了少數(shù)換電站作為應(yīng)用嘗試。其中，國網(wǎng)更是確定了智能充換電運(yùn)營模式的基本思路，提出了“換電為主、插電為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”的建設(shè)模式。普天新能源同國家電網(wǎng)公司一樣，經(jīng)歷了從“整車銷售、電池租賃、充換兼容、智能管理、刷卡消費(fèi)”到“整車租賃、智能管理、刷卡消費(fèi)”的演化。換電模式受到電池標(biāo)準(zhǔn)化困難、投資高昂、車企意見不統(tǒng)一等原因且換電站投資巨大，最終國家電網(wǎng)、普天新能源和南方電網(wǎng)皆放棄換電模式。

目前，國內(nèi)新能源汽車中電動汽車的能源供給方式主要以充電樁充電模式為主，截至2019年3月，國內(nèi)充電樁的數(shù)量已達(dá)92萬個，車樁配比為3.4:1，較2015年5萬個樁服務(wù)50萬輛新能源汽車的情況有了極大的改變。

截至目前，北汽新能源已投放了超過12,000余輛換電出租車并累計(jì)建站139座，其中在北京市配套建成換電站100座，已運(yùn)營換電站34座。蔚來汽車已銷售超過15000輛充換電兼容的乘用車并累計(jì)在全國城市及高速建成并投入運(yùn)營120余座換電站。力帆盼達(dá)已投放約6000輛分時租賃車并建成30余座能源站（含集中式能源站、分布式能源站）。

汲取了Better Place公司和美國特斯拉的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，國內(nèi)換電模式出現(xiàn)了一些新的跡象。首先在出租車、網(wǎng)約車等專用運(yùn)營車輛領(lǐng)域開展了商業(yè)化探索，后向營運(yùn)型車輛擴(kuò)展，并有可能推向個人用車。

3、換電的實(shí)現(xiàn)形式

國內(nèi)采用換電模式的主要有四家企業(yè)：北汽新能源，蔚來汽車、重慶力帆、浙江時空電動。北汽和蔚來的換電模式是底盤換電，北汽主要應(yīng)用在出租車上、蔚來主要面向私人乘用車；時空是側(cè)方換電，主要運(yùn)用在網(wǎng)約車、出租車、物流車上；力帆采用的分箱換電模式，主要用在分時租賃車上。

北汽出租車-底盤換電

蔚來私人乘用車-底盤換電

時空電動分時租賃-側(cè)方換電

力帆盼達(dá)分時租賃-分箱換電

4、換電形式對比

二、早期換電模式失敗原因分析

早期，以色列新能源汽車公司Better Place、美國新能源汽車公司Tesla、中國國家電網(wǎng)、普天新能源、南方電網(wǎng)等企業(yè)均嘗試過換電模式，但都以失敗告終，主要原因是前期一次性投入大和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善。

第一，前期建站投入大。換電站建設(shè)投入一次性成本較大，包括場地需求、車輛技術(shù)改造、電池儲備、換電設(shè)施建設(shè)、能源站建設(shè)等，成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于充電樁建設(shè)。企業(yè)需要投入巨額資金，而且當(dāng)時新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模小，大多數(shù)換電站利用率不高，投資回報(bào)周期太長，導(dǎo)致?lián)Q電模式最終失敗。

第二，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善。換電模式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)涉及車輛的制造路線、電池制造技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、能源補(bǔ)給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、國家智能電網(wǎng)建設(shè)、城市規(guī)劃、車輛準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)修改等一系列問題。各車企均有不同的設(shè)計(jì)理念，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，車的規(guī)格不同，電池位置和規(guī)格尺寸千差萬別，換電站難以兼容多種車型及跨品牌車輛。

三、換電模式應(yīng)用領(lǐng)域分析

換電模式目前主要應(yīng)用于公交車、出租車、物流車、分時租賃等營運(yùn)車輛領(lǐng)域。北汽新能源等企業(yè)正積極探索私人領(lǐng)域的可行性，蔚來汽車的換電車輛則主要應(yīng)用于私人領(lǐng)域。

第一，目前主要應(yīng)用于營運(yùn)車輛領(lǐng)域。目前換電模式主要適用于公交車、出租車、物流車、分時租賃等營運(yùn)車輛領(lǐng)域。一是公交車、出租車、物流車、分時租賃等營運(yùn)車輛是定制車型，品牌相對集中、電池規(guī)格相對一致、標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，對動力電池壽命和維護(hù)要求高，符合換電模式技術(shù)要求。二是運(yùn)營車輛對運(yùn)營效率要求很高，普通充電導(dǎo)致運(yùn)營效率低下，換電企業(yè)通過構(gòu)建能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，大幅提高運(yùn)營車輛效率，易形成可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式。

第二，私家車領(lǐng)域的應(yīng)用可能成為新趨勢。換電模式的目標(biāo)群體主要是對車輛運(yùn)營效率和使用壽命要求較高的營運(yùn)類客戶，以及家里無停車位無法自建充電樁的私人用戶。為了給消費(fèi)者提供更加舒適的用車體驗(yàn)，部分企業(yè)如蔚來汽車、北汽新能源等都開始將換電模式推廣至私人領(lǐng)域。主要滿足三類客戶，一是在一線和二線城市無專屬停車位，充電不方便的消費(fèi)者，二是有專屬停車位，但所在的小區(qū)充電樁建設(shè)協(xié)調(diào)難度大，無法安裝專屬充電樁的消費(fèi)者；三是認(rèn)同和希望體驗(yàn)換電模式的消費(fèi)者。

四、換電模式的優(yōu)勢和不足

1、換電模式的優(yōu)勢

一是快速補(bǔ)充能源，解決里程和充電焦慮。換電模式能夠提供像燃油車加油一樣便利、快捷的換電服務(wù)，可以5分鐘快速換電，大幅減少充電時間，和燃油車類似的使用體驗(yàn)，解決消費(fèi)者“里程焦慮”、“充電等待焦慮”等問題。

二是在方便換電的情況下可以減少電池的搭載量，既能解決里程焦慮問題也可以降低車重，提高整車能效。

三是降低購買成本。消費(fèi)者在購買新能源汽車的時候，可以采取只買裸車或?qū)恿﹄姵鼗厥劢o換電運(yùn)營商的方式，從而降低購車成本，促進(jìn)新能源汽車的規(guī)模化應(yīng)用。

四是調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷差，減少對電網(wǎng)沖擊和實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)。服務(wù)同樣數(shù)量的車，換電模式的充電功率只有充電模式的四分之一到二分之一，減小電網(wǎng)負(fù)荷，而且換電模式可以利用谷電為動力電池充電，避開峰時充電，減少對電網(wǎng)的沖擊，容易和電網(wǎng)融合。

五是實(shí)現(xiàn)電池閉環(huán)管理，防止廢舊電池污染環(huán)境。換電模式通過電池集中管理、梯次利用、回收利用等運(yùn)營方式，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)狀態(tài)下的可持續(xù)盈利，同時有利于電池回收，減少了電池報(bào)廢污染環(huán)境的隱患，實(shí)現(xiàn)電池效益最大化。

2、換電模式的不足

一是建站成本仍偏高。目前換電站建設(shè)投入的成本仍然較高，和充電站相比成本差異較大，主要體現(xiàn)在建設(shè)成本、電池配比成本、7*24有人值守的運(yùn)營成本上，據(jù)初步測算換電場站的投資成本及投資收益比較同等規(guī)模的充電場站并無優(yōu)勢。難以形成可持續(xù)的盈利模式。

二是電池規(guī)格難以統(tǒng)一。為了滿足用戶需求，目前國內(nèi)主銷的新能源乘用車車型近100余款，未來還會大幅增加，而換電模式可覆蓋的車型有限，其超過一個車企范圍之外很難運(yùn)行。電池總成、接口標(biāo)準(zhǔn)化問題同時涉及到了規(guī)?；?、市場化的經(jīng)濟(jì)要求，即鑒于換電站初期的巨大投入而必然要求其要保有一定數(shù)量級的用戶群體。而擴(kuò)大用戶群體最直接有效的方式就是推進(jìn)電池總成與接口的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。簡單說就是讓電動汽車的電池組與接口，做到如同現(xiàn)在燃油車的標(biāo)準(zhǔn)化燃油標(biāo)號和加油口與加油槍的通用適配。

三是電池性能差異和安全責(zé)任問題。電池包+BMS構(gòu)成完整的電池系統(tǒng)，整車開發(fā)和驗(yàn)證需要搭載電池系統(tǒng)同步進(jìn)行，確保電池系統(tǒng)性能以及安全性。如在不同的品牌車輛之間進(jìn)行換電，存在電池性能不匹配的問題，一旦發(fā)生安全性事故，責(zé)任難以界定。

四是電池壽命差異、剩余能量的差異，相同標(biāo)定的電池電量因使用過程中衰減程度不同，其剩余電量不同，影響用戶實(shí)際可用的續(xù)駛里程，且電池更換時如何計(jì)費(fèi)、計(jì)量也是難題。

五是安全風(fēng)險。場站端，從工信部2016年新能源汽車安全督查工作結(jié)果來看，以某能源換電站的檢查結(jié)果為例，其場站的電池更換現(xiàn)場存在安全警示不足現(xiàn)象，配套充電廠房內(nèi)三元電池包就地?cái)[放，存在安全風(fēng)險。車輛端，由于電池本身的重量較大，若車輛急開、急停，電池由于慣性會對車身產(chǎn)生沖擊力，對插件和車身和電池均有影響。

六是電路接口的可靠性問題。目前技術(shù)條件下可快速插拔的大電流接插件成本較高，而且可靠性也需要進(jìn)一步驗(yàn)證。實(shí)際應(yīng)用中，在環(huán)境相當(dāng)優(yōu)越的小功率UPS（室內(nèi)，功率4kW左右，電流100A左右）上快速更換模塊尚且存在著大量的接插件失靈問題。而電動汽車面對的則是實(shí)際路況下的大振動使用環(huán)境，而其電池組是500V、200A左右的組件。如此高的電壓和電流，而且還是有強(qiáng)震動的環(huán)境下，一般接插件很難承受，只能采用螺栓緊固。但是大電流的端子顯然須采用純銅或者銅合金材料，使用螺栓緊固下的端子壽命則又是一個不能忽視的問題。

七是管理問題。換電模式涉及更換出廠配置的動力電池，尤其是“車電分離”和“動力電池升級更換”將導(dǎo)致?lián)Q電電池和《公告》上動力電池不一致，難以符合現(xiàn)有管理體系相關(guān)要求。

3、換電模式未來前景分析

（1）在特定應(yīng)用場景下的換電模式初步具備推廣應(yīng)用條件

一是換電技術(shù)在出租車、分時租賃車、網(wǎng)約車等專用運(yùn)營車輛已經(jīng)開始商業(yè)應(yīng)用。北汽新能源、力帆的換電站已經(jīng)在一定范圍內(nèi)經(jīng)過市場檢驗(yàn)，蔚來汽車的換電站也正陸續(xù)投入市場。各企業(yè)換電所用動力電池均需經(jīng)過國家強(qiáng)檢機(jī)構(gòu)檢測合格，確保所更換電池安全可靠。此外換電站安全標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指標(biāo)也需要滿足一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，確保換電技術(shù)可靠、安全。

二是換電標(biāo)準(zhǔn)不斷完善。目前，全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、中國電力企業(yè)聯(lián)合會標(biāo)準(zhǔn)化中心等正牽頭制定一系列的電動汽車換電標(biāo)準(zhǔn)。涉及術(shù)語、規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工驗(yàn)收、快換電池箱、電池系統(tǒng)接口、換電站、運(yùn)行服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)行管理、服務(wù)管理、換電車輛安全性及評價方法等（見附表）。此外，工信部也于2017年7月發(fā)布推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T34013-2017《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》和GB/T 34014-2017《汽車動力蓄電池編碼規(guī)則》。

三是整車企業(yè)主動推動換電模式。北汽新能源、力帆、蔚來汽車等企業(yè)已經(jīng)開始發(fā)力換電模式，其中北汽新能源和力帆的換電車輛主要用于出租車和分時租賃市場，蔚來汽車的換電車輛主要面向私人領(lǐng)域。此外，一汽、東風(fēng)、長安、吉利、廣汽、奇點(diǎn)、國金、領(lǐng)途等企業(yè)也都在進(jìn)行換電模式的技術(shù)儲備。

（2）充電為主、換電為輔互為補(bǔ)充發(fā)展

目前充電基礎(chǔ)設(shè)施不完善仍然是阻礙我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題之一，建樁難、用樁難等問題依然存在，能源補(bǔ)充方式的不便捷抑制了消費(fèi)者的需求，減緩了新能源汽車市場的發(fā)展。未來新能源汽車能源補(bǔ)充方式將呈現(xiàn)多樣化和場景化，隨著350kW以上的大功率充電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，充電的能源補(bǔ)給效率也將達(dá)到燃油車加注汽油的效率，充電和換電均有各自面臨的一系列問題，但總體來看，充電模式所面臨的問題更容易被解決，也正在被解決。另一方面，換電模式在特定應(yīng)用場景下也有進(jìn)一步探索和發(fā)展的空間，將有可能成為充電模式的補(bǔ)充。

五、換電模式政策及標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

1、為推動新能源汽車的快速發(fā)展，國家在充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面給予了一定的支持：

--國務(wù)院：《關(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見 》國發(fā)辦【2015】 73號，“以獨(dú)立占地的城市快充站、換電站和高速公路服務(wù)區(qū)配建的城際快充站為補(bǔ)充，形成電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施體系”

--財(cái)政部：《關(guān)于“十三五”新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施獎勵政策及加強(qiáng)新能源汽車推廣應(yīng)用的通知》財(cái)建【2016】7號，“2016－2020年，中央財(cái)政將繼續(xù)安排資金對充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、運(yùn)營給予獎補(bǔ)，最高封頂2億元，應(yīng)當(dāng)專門用于支持充電設(shè)施建設(shè)運(yùn)營、改造升級、充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)等相關(guān)領(lǐng)域”。

--四部委：《關(guān)于印發(fā)電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020）年的通知》國發(fā)能源【2015】1454號，“2015-2020年全國需要新建公交車充換電站3848座，出租車充換電站2462座，專用車充電站2438座，公務(wù)車與私家車專用充電樁430萬個，城市公共充電站2397座，分散式公共充電樁50萬個，城際快充站842座”。

--四部委：《提升新能源汽車充電保障能力行動計(jì)劃》發(fā)改能源〔2018〕1698號，“繼續(xù)探索出租車、租賃車等特定領(lǐng)域電動汽車換電模式應(yīng)用”。

--發(fā)改委：《關(guān)于印發(fā)綠色產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄（2019年版）的通知》發(fā)改環(huán)資〔2019〕293號，要求各地出政策支持充電、換電、加氫和加氣設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營，充電、換電并列。

2、換電標(biāo)準(zhǔn)體系不斷完善，截至目前已發(fā)布相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)26項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)18項(xiàng)，為換電模式的推廣應(yīng)用奠定了一定基礎(chǔ)，電動汽車換電標(biāo)準(zhǔn)體系附表如下：