起風(fēng)了——換電模式的前世今生

6月6日，國(guó)家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部、商務(wù)部三部委石破驚天地再一次力推了一把新能源汽車發(fā)展--《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)》，這份文件的重要程度基本上可理解成為新能源汽車后補(bǔ)貼時(shí)代定下了主旋律。當(dāng)天晚上我們看了一下圈里的動(dòng)態(tài)，大致是這樣的：

從基本面上來(lái)看，這是全國(guó)范圍消化產(chǎn)能的促進(jìn)文件，對(duì)所有行業(yè)內(nèi)大大小小公司都算的上是利好，另一個(gè)方面燃油車國(guó)六的切換，兩者疊加，錦上添花。但是這個(gè)端午節(jié)絕大多數(shù)車企樁企都是忐忑地過(guò)了個(gè)節(jié)，總結(jié)起來(lái)一句話，人無(wú)遠(yuǎn)慮必有近憂。

中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策驅(qū)動(dòng)往市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)換軌的過(guò)程中未來(lái)的路到底怎么走，這份文件字字珠璣，從能源補(bǔ)充角度來(lái)看有幾個(gè)點(diǎn)值得關(guān)注。

從政策全文有關(guān)于新能源汽車產(chǎn)業(yè)部分的邏輯來(lái)看，主要從鼓勵(lì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)上下游繼續(xù)研發(fā)、推動(dòng)降本增效和完善能源補(bǔ)充體系、提高新能源汽車市場(chǎng)應(yīng)用兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行行業(yè)引導(dǎo)。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。因此我們覺(jué)得有必要把換電模式前世今生展現(xiàn)給大家。

01 悲情夏嘉曦和他的Better Place

2007年沙伊·夏嘉曦提出了純電動(dòng)汽車的換電技術(shù)，隨后在以色列創(chuàng)立了一家名為Better Place的換電公司，2013年換完8.5億美金融資后，夏嘉曦和他的BetterPlace夢(mèng)轟然倒下。即使當(dāng)時(shí)估值一度達(dá)到空前的22.5億美元，但是看不到希望的換電模式被資本無(wú)情拋棄。

夏嘉曦的野心和Betterplace的遺產(chǎn)

創(chuàng)立初期，夏嘉曦預(yù)見到動(dòng)力電池續(xù)航里程這一直接影響消費(fèi)者購(gòu)買欲望的關(guān)鍵零部件短期內(nèi)不會(huì)有飛躍式提升，要解決里程焦慮最直接的辦法是形成如同燃油車燃料補(bǔ)給一樣的能源補(bǔ)給效率。而電動(dòng)汽車新興產(chǎn)業(yè)所孕育的能源補(bǔ)充市場(chǎng)將直接顛覆現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)和消費(fèi)方式，在這樣一個(gè)市場(chǎng)定位設(shè)定下，夏嘉曦大膽的離開了SAP。

Betterplace成立一年后，以色列第一個(gè)“換電站”成立，先和日產(chǎn)后和雷諾簽訂提供10萬(wàn)輛Fluence ZE電動(dòng)車的合作協(xié)議(但實(shí)際訂單不到1%)。Better Place在以色列初始司機(jī)750人，換電服務(wù)收費(fèi)包含電池租金和換電費(fèi)用。雖然硬件成本和電池維護(hù)成本，消費(fèi)者和企業(yè)教育成本在當(dāng)時(shí)都高得讓人無(wú)法理解，但是夏嘉曦沒(méi)有任何猶豫，在丹麥、美國(guó)繼續(xù)燒錢，但是受制于當(dāng)時(shí)車企對(duì)于新能源汽車發(fā)展還存在較大疑問(wèn)，而用戶端換電模式便利性和使用成本和傳統(tǒng)燃油車相比沒(méi)有特別大的差距，BetterPlace直到關(guān)張時(shí)在全球范圍內(nèi)僅僅推出了幾千輛車而已。

BetterPlace 的窮途末路放在現(xiàn)在來(lái)看更像是生不逢時(shí)，畢竟目前新能源汽車產(chǎn)業(yè)整體環(huán)境不可同日而語(yǔ)。但是BetterPlace 給后人留下了完整的底盤換電技術(shù)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生的價(jià)值無(wú)法估量。

Better Place 換電站和換電示意圖

02 國(guó)家電網(wǎng)的階段性任務(wù)

863計(jì)劃—國(guó)產(chǎn)換電技術(shù)的開端

2006年，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)尚處于萌芽狀態(tài)。國(guó)家電網(wǎng)響應(yīng)國(guó)家號(hào)召啟動(dòng)電動(dòng)汽車項(xiàng)目啟動(dòng)，而當(dāng)時(shí)浙江電網(wǎng)是落實(shí)其該項(xiàng)目的重中之重，當(dāng)時(shí)浙江電網(wǎng)參與該項(xiàng)目的第一項(xiàng)目負(fù)責(zé)人是聶亮先生(國(guó)內(nèi)換電模式市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域第一人)，2010年其團(tuán)隊(duì)開發(fā)完成了中國(guó)首臺(tái)可上牌的純電動(dòng)汽車，并完成了基礎(chǔ)換電技術(shù)的儲(chǔ)備，同年聶亮負(fù)責(zé)建設(shè)智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)浙江工程。與換電先驅(qū)BetterPlace不同，國(guó)家電網(wǎng)在弄明白了底盤換電技術(shù)后，發(fā)展了一套標(biāo)準(zhǔn)箱換電的技術(shù)，在杭州用眾泰朗悅和海馬普力馬車型+高箱體標(biāo)準(zhǔn)箱完成500臺(tái)純電動(dòng)換電型出租車試點(diǎn)，并在該項(xiàng)目中首次提出并驗(yàn)證了“車電分離，里程計(jì)費(fèi)”的商業(yè)模式。

國(guó)家電網(wǎng)在杭州試點(diǎn)的換電站和標(biāo)準(zhǔn)箱換電

可以說(shuō)當(dāng)時(shí)換電技術(shù)基本上已成體系，而試點(diǎn)效果來(lái)看，滿意度頗高，后來(lái)的國(guó)網(wǎng)組織的京滬行更是為換電發(fā)展點(diǎn)了一把火。更有意思的是。2010年8月，國(guó)家電網(wǎng)加入“中國(guó)企業(yè)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，并擔(dān)任充電與服務(wù)專業(yè)委員會(huì)主任委員。當(dāng)時(shí)國(guó)電電網(wǎng)確定了自己智能充換電運(yùn)營(yíng)模式的基本思路，即換電為主，插充為輔，集中充電，統(tǒng)一配送。也就是說(shuō)國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展方向是換電站，而非充電站。在配合上述發(fā)展思路是國(guó)網(wǎng)還儲(chǔ)備了電池均衡，電池自動(dòng)化更換設(shè)備，電池梯次利用等先進(jìn)技術(shù)。這些極具前瞻性的探索和預(yù)研為萌芽中的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)奠定了扎實(shí)理論基礎(chǔ)，指明了技術(shù)發(fā)展的大方向，建立了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路程和思想體系。時(shí)至今日，這些技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，尤其是底盤換電模式及標(biāo)準(zhǔn)電池箱技術(shù)，已成為國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的主流。但是國(guó)網(wǎng)確在2013年-2014年期間由于企業(yè)主要任務(wù)方向的變化，暫停了新能源汽車換電這一項(xiàng)目。我們查詢了相關(guān)歷史信息發(fā)現(xiàn)除了企業(yè)主要任務(wù)的轉(zhuǎn)變之外，無(wú)法調(diào)和的和車企之間的矛盾也是阻擋其換電模式的發(fā)展因素之一，畢竟沒(méi)有車企愿意成為國(guó)網(wǎng)的附屬，而當(dāng)時(shí)國(guó)家發(fā)改委某處長(zhǎng)曾表示：“國(guó)網(wǎng)應(yīng)該擺正自己的位置，以更開放的態(tài)度，配合車企發(fā)展電動(dòng)汽車。”而國(guó)網(wǎng)在換電模式的一意孤行，不僅不利于其穩(wěn)固自己在電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)的地位，更有可能制約電動(dòng)汽車的發(fā)展。換言之產(chǎn)業(yè)鏈無(wú)法打通成為了國(guó)網(wǎng)換電模式擱淺的最大因素。另一方面當(dāng)時(shí)的國(guó)家政策比如補(bǔ)貼，新能源汽車大環(huán)境等仍然相對(duì)較弱，因此國(guó)網(wǎng)雖然跑通了換電的商業(yè)模式，但是受制于體制因素?zé)o法打通產(chǎn)業(yè)鏈形成商業(yè)生態(tài)，暫停換電站項(xiàng)目成了必然結(jié)局。

03 特斯拉--無(wú)法共享的換電模式?jīng)]有未來(lái)

國(guó)網(wǎng)凍結(jié)換電模式后，美國(guó)明星企業(yè)特斯拉在2013年展示了其90秒快換技術(shù)，再一次在全世界范圍內(nèi)引爆換電話題，但是很快特斯拉將發(fā)展專向了supercharger3，從技術(shù)層面上來(lái)看，特斯拉還是沿用了Betterplace 的底盤換電思路，不過(guò)在速度上進(jìn)一步提升。但是當(dāng)”鋼鐵俠“看到底盤式換電致命缺陷—異形電池?zé)o法跨車系車型共享，換電站兼容性低，如此低的兼容性是無(wú)法提升運(yùn)營(yíng)效率的。以車企整合車企資源，形成通用標(biāo)準(zhǔn)更不現(xiàn)實(shí)。在如此復(fù)雜的換電環(huán)境下，特斯拉默默地退出來(lái)?yè)Q電舞臺(tái)。

特斯拉換電技術(shù)簡(jiǎn)圖

04 模塊分箱換電技術(shù)崛起

2014年國(guó)內(nèi)聶亮在看到打通換電體系產(chǎn)業(yè)鏈、構(gòu)造換電生態(tài)的可能后離開國(guó)網(wǎng)。同年成立杭州伯坦，并在國(guó)家電網(wǎng)換電基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)，開發(fā)出低箱版標(biāo)準(zhǔn)箱電池，相對(duì)2010年國(guó)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)箱，低箱版標(biāo)準(zhǔn)電池可以直接放置在車輛底盤(原國(guó)網(wǎng)高箱版標(biāo)準(zhǔn)箱電池需要放在車輛后座下或者車輛后備箱位置)，車輛穩(wěn)定性和安全性均大幅提升。另一方面當(dāng)時(shí)大出行業(yè)務(wù)開始發(fā)力，細(xì)分市場(chǎng)對(duì)于燃油和新能源汽車運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性關(guān)注度空前，分箱換電模式結(jié)合大出行業(yè)務(wù)完美了解決了運(yùn)營(yíng)成本和能源補(bǔ)充效率的問(wèn)題，模塊分箱換電迎來(lái)了其歷史機(jī)遇。

模塊分箱換電的標(biāo)準(zhǔn)充電柜和標(biāo)準(zhǔn)箱電池

那么模塊分箱是基于什么原理來(lái)運(yùn)作的呢?首先標(biāo)準(zhǔn)箱主要尺寸是完全一致，但是根據(jù)動(dòng)力電池技術(shù)迭代，能量密度可以不斷提升，目前以單箱15KWH為主(見下圖)。根據(jù)車型需求在車輛底盤布置不同數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)箱動(dòng)力電池，(乘用車布置2/4塊、物流車可以布置6塊甚至8塊)，由于在設(shè)計(jì)初期箱體大小一致，換電站對(duì)于所有使用標(biāo)準(zhǔn)箱的車型不論由哪個(gè)主機(jī)廠制造都可以進(jìn)行換電，完成了換電站換電設(shè)備和車型兼容，充電設(shè)備對(duì)標(biāo)準(zhǔn)箱兼容，以及流通電池循環(huán)利用這三個(gè)限定換電模式發(fā)展的問(wèn)題。

05 國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段換電情況盤點(diǎn)

國(guó)內(nèi)換電技術(shù)發(fā)展路徑圖如下

主流換電技術(shù)：模塊分箱、底盤換電，圖示如下：

值得注意的是，目前兩種換電模式全自動(dòng)路線的模式略有不同，模塊分箱換電主要采用六軸機(jī)器人，底盤換點(diǎn)主要采用RGV，大致是下面這個(gè)樣子的。

六軸機(jī)器人全自動(dòng)換電

RGV全自動(dòng)換電

市場(chǎng)應(yīng)用方面：底盤換電有北汽 蔚來(lái) 新楚風(fēng)等在應(yīng)用，模塊分箱換電有東風(fēng)，眾泰，力帆，大運(yùn)康迪等在應(yīng)用，投放車輛數(shù)和實(shí)際運(yùn)營(yíng)里程數(shù)，模塊分箱略占優(yōu)勢(shì)。

06 怎么比較上述兩種換電技術(shù)

我們認(rèn)為，單一從實(shí)際推廣布局層面(如基礎(chǔ)裝備投資、換電能力、場(chǎng)地要求及建設(shè)速度等)來(lái)比較上述兩種換電技術(shù)還不夠客觀。原因如下：

裝備層面：分箱換電還可以選擇人工或者半自動(dòng)或者全自動(dòng)換電模式，投資強(qiáng)度可以根據(jù)實(shí)際情況選擇，而底盤換電則只能全自動(dòng)換電，因此它在在實(shí)際推廣層面資金要求更高，投資靈活度受限。但是如果按照全自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，用RGV或者用六軸機(jī)器人裝備成本差距并不大。

場(chǎng)地拓展層面：底盤換電可以用集裝箱式快速布局，落地速度略快，但是部分城市不允許集裝箱內(nèi)作業(yè)(比如廣州)。因此在政策合規(guī)層面來(lái)說(shuō)，對(duì)于分箱換電和底盤換電場(chǎng)地建設(shè)要求基本是一致的。

換電能力層面：全自動(dòng)狀態(tài)下基本差距不大都可以達(dá)到日均250次左右的換電能力。但是這個(gè)方面有一個(gè)指的關(guān)注的點(diǎn)，根據(jù)公開數(shù)據(jù)，相同換電能力的的換電站，模塊分箱換電站擁有充電倉(cāng)格位雖然更多，但是換算可換電車輛數(shù)，也僅僅是比底盤換電略多或者持平(我們認(rèn)為未來(lái)評(píng)估換電能力不能僅僅依靠換電速度這一單一角度，因?yàn)閾Q電能力取決于站能能源補(bǔ)給即充電倉(cāng)格位數(shù)量，在這個(gè)角度上一般模塊分箱換電站同級(jí)擁有120格位而底盤換電換電站為28個(gè)格位，但是模塊分箱換電站平均一臺(tái)車需要消耗4個(gè)格位的模塊電池，因此120格位也就是一次性30臺(tái)車的換電能力，與28個(gè)格位的整體墊底盤換電站暫時(shí)差距不大)因此從上述三個(gè)方面，兩種模式差距不大甚至沒(méi)有差距，因此僅僅從這三點(diǎn)是沒(méi)有辦法進(jìn)行比較的。

隨著推動(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)這一文件的下發(fā)，在鼓勵(lì)換電模式發(fā)展的基本面下，對(duì)電池模塊化和電池的梯次利用提出了要求，因此哪一種模式能夠兼容更多車型車輛、更好的銜接電池梯次利用前后端、更能夠適應(yīng)未來(lái)汽車制造模塊化發(fā)展才是更為重要的著眼點(diǎn)。

車型兼容角度來(lái)看，換電模式最終不應(yīng)該是限定性的能源補(bǔ)充場(chǎng)景，而應(yīng)該是開源型的能源補(bǔ)充方式，因?yàn)閾Q電站的最基礎(chǔ)、最基本的建設(shè)目的是作為公共基礎(chǔ)設(shè)施方便大眾出行使用，否則為什么享受補(bǔ)貼?目前以北汽、蔚來(lái)等車企主導(dǎo)的底盤換電，由于各自車企的電池相對(duì)于其他主機(jī)廠都是異性電池，換電站點(diǎn)或電池是無(wú)法通用的。但是東風(fēng)、奇瑞、大運(yùn)、眾泰等企業(yè)采用模塊分箱換電這一思路基于標(biāo)準(zhǔn)箱電池，使得換電站在不同車企車型間可以共用，電池可以共享大大提高了站點(diǎn)和電池兩個(gè)方向的利用率，因此從這個(gè)層面來(lái)說(shuō)，顯然模塊分箱換電更適合當(dāng)下“共享經(jīng)濟(jì)”這一概念，同時(shí)是對(duì)社會(huì)資源的集約使用。

從動(dòng)力電池的循環(huán)利用角度來(lái)看，目前業(yè)內(nèi)的主流的設(shè)計(jì)思路如下：

動(dòng)力電池梯次利用直觀圖

從梯次利用角度來(lái)看，首先要降低每一次降級(jí)使用過(guò)程中的改造成本，否者便難以落地。從頂層設(shè)計(jì)角度來(lái)看，首先要將電池的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，其次應(yīng)該是相對(duì)重量和體積更小的電池(因?yàn)槿绻琅f停留在現(xiàn)階段絕大多數(shù)車型的整體異型電池這個(gè)方向的話，在B段和C段是無(wú)法直接使用的)，只有在這兩個(gè)前提下，電池的全生命周期開發(fā)才能最大化，而在用戶一端的動(dòng)力電池的平均使用成本才會(huì)更低。

因此在電池循環(huán)利用角度反觀底盤換電和分箱換電，顯然通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)箱體系搭建的分箱換電更貼合政策和國(guó)情。但是在車企角度上，整體底盤式換電對(duì)整車車身底盤改動(dòng)更小，技術(shù)層面相對(duì)更容易實(shí)現(xiàn)；而模塊分箱換電技術(shù)對(duì)車身底盤改動(dòng)和設(shè)計(jì)周期都要求更高。但是很有意思的是接受標(biāo)準(zhǔn)箱分箱換電體系車企的竟然遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于底盤式換電這一模式的車企(實(shí)際投放的可換電車輛總數(shù)中分箱換電體系車輛也超過(guò)底盤換電)，可以說(shuō)很多汽車生產(chǎn)企業(yè)是“舍近求遠(yuǎn)”在做換電，顯然很多車企在這一層面不想做玩票，而是站的更高、看的更遠(yuǎn)的一種選擇則。

07寫在最后

2016年6月5日，中國(guó)鐵塔以50億資本成立能源公司的率先入局動(dòng)力電池梯次利用末端市場(chǎng)，使得模塊分箱換電車企和換電技術(shù)公司使用的標(biāo)準(zhǔn)箱電池具備了規(guī)?；┒耸褂玫目赡?相對(duì)于異形電池)，動(dòng)力電池梯次利用完整度進(jìn)一步提升，而電池梯次利用產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，動(dòng)力電池的平均使用成本進(jìn)一步降低，將間接降低新能源汽車消費(fèi)成本，從產(chǎn)業(yè)鏈角度來(lái)看，是不是意味著模塊化的電池將更有市場(chǎng)?

這個(gè)問(wèn)題我們交給時(shí)間，但是對(duì)于前期堅(jiān)守?fù)Q電的企業(yè)來(lái)說(shuō)，2019年6月，起風(fēng)了。

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