我国新能源汽车换电模式发展研究与建议.docx

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1、我国新能源汽车换电模式发展研究与建议摘要：目前，我国新能源汽车主要采用以充电为主的补能方式,但新能源汽车用户因充电桩存在充电时间较长、分布不均匀等一系列问题，里程和充电焦虑仍较为严重。换电模式由于具有补能效率更高、辅助电网错峰配电、便于电池闭环管理等优势，经过多年探索，已进入快速发展阶段。基于此背景，本文对换电模式发展历程、市场情况、技术发展态势进行了梳理，总结了换电模式优势及存在问题，并提出了发展建议。关键词：换电模式；市场情况；技术发展态势；优势及存在问题；发展建议一、换电站基本概述（一）换电站概念换电站是对大量电池进行集中存储和集中充电，并提供电动汽车电池更换服务的能源站。换电站采取换电

2、方式，将汽车和电池分离，电动汽车不通过充电，而是直接更换电池进行补能，以满足续航里程要求。换电站结构可分为换电系统、充电系统、换电平台及控制系统等四部分。换电系统主要由换电机器人、加解锁平台、码垛机、锁止机构组成，作用是从电动汽车上卸下亏电电池，将亏电电池转移至电池仓充电，并同时从电池仓内获取已经充满电的电池，安装至车辆内完成换电工作。换电机器人是换电系统最重要的设备之一，加解锁平台可实现车辆电池包的更换与加解锁功能，码垛机主要完成电池的运输和交换，锁止机构主要完成锁止、分离等操作。充电系统实现充放电功能，通常情况下采用交流慢充方式。在充电系统中，电池箱体对安全防护、锁止/解锁等技术要求较高。

3、充放电功率一般为10kW60kW,充电电压一般为200V500V换电平台由换电仓和停车底座组成，实现车辆的停放与定位。现阶段有两类换电平台，一类是下沉式定位平台，主流换电站均采用该类换电平台，但存在土建结构设计麻烦、建设周期长、需另行增加排水措施、无法搬迁等问题；另一类是将车辆利用顶升装置抬起，但由于汽车悬架的存在，顶升装置设计要求较高。换电模式下，车辆定位需要达到较高的精度，如果停车定位不准确，车辆定位难以顺利完成，可能影响后续换电工作。控制系统负责站内设备间的协同控制，以及与车辆/用户通信。控制系统接收来自车辆/用户的电池更换请求，并控制换电平台执行换电操作。控制系统涉及车载RFID（电子

4、标签）识别、车牌识别等技术。（二）换电模式产业链整体架构换电模式产业链上游由电池、硬件平台、充换电系统等供应商组成，分别负责提供动力电池、换电设备和软件系统等；中游换电运营商主要有整车制造商、电池制造商和能源企业等，负责换电运营维护；下游主要由用户和电池回收企业构成。现阶段，商用车和出租车等B端用户（商家用户）已逐渐倾向购买换电版车型。随着换电技术不断发展，换电时间已大幅度下降至90秒左右。换电站开始引入自动化技术，不用安排专门的工作人员。换电过程也正朝着标准化方向发展,未来将实现换电站对多种车型换电。二、换电模式发展历程（一）国外换电站发展情况2007年起，国外企业推出了换电站，但是应用推广

5、效果并不理想。同年，以色列的沙伊夏嘉曦推出了纯电动汽车换电技术，成立了换电企业BetterPlace,一年后在以色列建立了第一座换电站，并与雷诺汽车签订了合作协议。但是该换电站的建设需要投入大量资金，前期购置电池成本较高，且当时市场需求较小，实际订单仅有1%,难以支撑项目运营，BetterPIaCe最终于2013年破产清算。同年，特斯拉提出90秒快换技术，但因成本较高，兼容性较差，难以满足用户需求，两年后特斯拉放弃了该技术。至此，国外再无换电站企业。（二）国内换电站发展情况国内换电模式发展可分为三个阶段：20062011年，换电技术储备与商业模式探索阶段。国家电网在2006年开始组织电动汽车充

6、换电设施研发工作，2010年在杭州完成了500台纯电动换电型出租车试点，首次提出并验证了“车电分离，里程计费”的商业模式，该模式将电动汽车与电池分开销售，换电价格按行驶公里确定，降低了用户购车和换电成本。2011年，国家电网确定“换电为主，插充为辅，集中充电，统一配送”的智能充换电运营模式。20122018年为充电模式初步发展阶段。国务院于2012年颁布了节能与新能源汽车产业发展规划（20122020年），明确了以充电为主的发展方向。在此期间，尽管国家政策重点鼓励发展充电,但各车企并没有停止换电研发的脚步。北汽新能源开展了换电运营,并提出“擎天柱”计划开展换电运营。蔚来推出了可车电分离购买的换

7、电版ES8车型。2019年至今为换电模式快速发展阶段。2020年，换电作为新基建的重要组成部分，首次被写入政府工作报告。此后，国家推出一系列政策，鼓励开展换电模式应用，并于2021年正式启动新能源汽车换电模式应用试点工作。2023年国家发展改革委发布关于恢复和扩大消费措施的通知，明确加快换电模式推广应用，换电模式迎来了发展新局面。三、换电模式市场情况（一）换电站市场规模目前，我国新能源汽车采用以充电为主的补能方式，其中，慢充时长410小时，快充时长0.5l小时。尽管我国车桩比持续降低，但新能源汽车用户因充电时间较长、冬季续航里程缩水、充电桩分布不均匀等一系列问题，里程和充电焦虑仍较为严重。为此

8、，部分整车企业陆续布局换电业务，推出换电版车型。截至2022年底，我国换电站数量达到2000座。从市场格局来看，蔚来、奥动新能源、伯坦科技为主要的换电站建设和运营企业，其中蔚来的市场份额达到65.51%o预计到2025年，国内建设换电站数量合计将达3万余座，其中，国家电投规划4000座、蔚来规划4000座、吉利规划5000座、中国石化规划5000座、协鑫能科规划5000座、奥动新能源规划IOooO座。（二）换电站运营商运营商作为换电模式全生命周期中最重要的一环，参与企业众多,主要可以分为四类。一是以北汽、吉利、蔚来、三一、上汽、汉马为代表的整车企业。北汽新能源2011年开始研发换电技术，201

9、6年开展换电模式示范运营，2018年开始大规模推广，出租车、网约车等B端车型陆续运营。北汽新能源布局时间较早，已在20多个城市投放超3万辆换电式电动车，建成270余座换电站。蔚来主打C端（个人用户）市场，推出BaaS车电分离服务模式，并大力建设推广换电运营网络。吉利与力帆科技合资成立睿蓝汽车，主要面向B端和C端市场，已在多个城市建设了换电站。二是奥动新能源等运营商，与广汽、一汽、北汽、三一等整车企业合作，针对相关车型建设运营换电站。三是宁德时代等电池企业成立子公司专门从事换电业务。电池作为建设换电站投入最大的环节，动力电池企业参与换电运营核心优势在于可以降低电池采购价格，大幅度减少前期换电站建

10、设成本以及运营管理等方面费用，缩短建设周期。四是以中国石化、中国石油、国家电投为代表的能源央企，与整车企业和电池企业合作推行换电模式，凭借购电成本较低的优势，降低换电站运营维护成本，提高盈利水平。（三）换电站应用场景换电站按应用场景分类可分为乘用车C端换电和重卡/出租车等B端换电。C端换电推广和盈利门槛较高，仍处前期投入抢占市场阶段。私家车品牌车型众多，且电池包型号规格各异，补能需求场景和地域范围广阔，换电模式的推广需建立较为完善的换电城市网络。以蔚来为例，根据蔚来最新公布的数据，截至2022年底，蔚来在国内已布局换电站1305座，换电站日均换电近4万次，单站日均换电约30次,目前仍处于前期快

11、速铺站阶段，尚未实现盈利。标准不统一、前期需要投入大量资金、盈利难度高等问题是乘用车换电应用与推广面临的主要阻碍。整车企业中仅有蔚来率先布局并主打C端换电市场，自2017年推出ES8车型以来，其所有电动汽车均支持换电技术。2022年以来，上汽、吉利也陆续进入C端换电市场，吉利旗下睿蓝汽车相继推出睿蓝7、睿蓝枫叶80VPRO等车型。上汽集团和中国石油、中国石化等企业建立了合作关系，共同布局换电业务，依托中国石油、中国石化全国5万余座加油站网络，打造“可换电、可充电”的综合能源服务站。与C端换电相比，B端换电市场发展速度不断加快，出租车、网约车、重卡等B端换电市场进入商业化提速期。截至2022年1

12、1月，北汽新能源累计建成换电站175座，其中，投入运营115座，为北京市3.2万辆换电出租车提供换电服务。目前，干线物流车、渣土车、牵引车、矿卡等各类用车场景均大力发展换电模式，相关产品及商业化模式已逐步被市场验证。2022年，新能源重卡销量大幅提高，换电重卡更是逐步成为新能源重卡的主流车型。2022年新能源重卡销量19312辆，同比增长157.91%,渗透率从2021年的0.56%提升至3.12%o其中，换电重卡销量9000余辆，同比增长265%,远超其他类型重卡销量。此外，在节能减排的国家政策推动下，徐工、柳工等工程机械企业研发并发布换电工程机械，例如，徐工XeH908E2堆高机主要应用于

13、港口集装箱空箱装卸、场地转运及堆垛作业，可实现3分钟快速换电，相比传统内燃堆高机，每年可节省30多万元。由于政策支持、场景适配经济性凸显、商业模式更易落地等因素，B端换电站将成为换电站加速落地的重要应用场景。B端车型与路线较为统一，换电应用范围更广，更利于推广应用。重卡使用频次高,运输负荷大，运输距离长，单车带电量大，按照现有充电技术，常见的重卡电池包（282kWh容量）充电时间为1.5小时，通过引入换电技术，能够显著缩短补能时间至35分钟，运营效率大幅提升。不同场景运营数据显示，换电模式整体油电经济性将提升10%30%换电重卡可解决充电重卡使用效率低的问题，现阶段主要应用于港口、钢厂和矿山等

14、封闭、短倒运输场景，高速公路干线等中长途运输场景。四、换电站技术发展态势（一）乘用车换电站乘用车换电站技术路线按电池安装位置可分为底盘换电、侧方换电、分箱换电。其中，底盘换电由于其换电时间短，不改变车体前后轴重量，能够保障汽车安全，已成为主流的换电方式。底盘换电由地面下的机构横向传送电池，上下升降电池实现电池安装，并通过伺服电机拧紧或松开电池锁止机构完成换电。底盘换电按电池形态分类可分为异形电池包和扁平电池包两种，其中，异形电池位于后排座位与后备箱之间的底盘上，对底盘影响较小，但会缩小后排空间；扁平电池包扁平布置在底盘上，基本不占用乘坐空间、后备箱空间和整车高度，电池包固定在换电框架上，换电框

15、架适配现有车身结构，换电时，电池包与换电框架进行整体拆装。底盘换电如图1所示。图1底盘换电示意图底盘换电技术方案中，快换电池包的更换动作分为托举和锁止。托举动作为垂直方向运动，锁止动作可分为旋转拧紧/松、前后平移两种。旋转拧紧/松动作主要通过锁止机构旋转，完成卡位、拧紧、锁止等动作。锁止点均有明显的定位槽，锁止更为可靠、准确。前后平移动作依靠底盘上的止口，完成卡位、锁止等动作，但存在锁止不容易到位、锁止松动等问题。旋转锁止和前后平移锁止机构相关参数如表Io表1旋转锁止和前后平移锁止机构性能对比评价维度旋M债止平移候止缶注.7kg1.722.8加薪镇过程托举+拧紧/松托举+前后平移Bmm用久性/

16、次1000010000不同车型适应性可采用电池包冏定孔位，车身增加固定块Y方向尺寸限制,需新增换电框架平移需要水平空间更大味浑、震动与滔振粗忸度性能高速行车过坎白哑音高速行车过坎行曝音分箱换电和侧方换电由于对空间和标准化要求较高、框架及连接件较多，应用较少。分箱换电和侧方换电如图2所示。图2分箱换电（左图）、侧方换电（右图）示意图乘用车各种换电模式优缺点如表2o表2乘用车换电模式对比换电方式底盘换皿分箱换电侧方换电从底盘卜方进行整体换电将没有电的小电池组拆卜杵换电池箱位于车体侧面进行更换优点电池在保护壳中.不容受到其它因素影响,保证了安全性:换电时间屈不改变车体前后轴垂量.有利广保障汽乍安全和运行性能电池体枳