中国换电行业发展白皮书：换电行业的创新与协同

2023年7月 换电行业的创新与协同--中国换电行业发展白皮书｜2023/07 换电推动新能源汽车的普及，并提供更加便捷和可靠的能源补给解决方案 关键词：技术、服务、数据 白皮书摘要 新能源汽车换电技术在无法安装充电桩的区域，以及需要迅速补能的场景中具有显著优势，尤其对于商业用途车辆，如出租车和网约车，以及封闭场景的商用车辆。 快速续航增加：通过换电，电动车辆可以在很短的时间内更换新的电池组，从而实现快速续航增加。相比传统充电需要等待几个小时，换电可以在几分钟内完成，节省了用户的等待时间。 弗若斯特沙利文（北京）咨询有限公司谨此发布《换电行业的创新与协同—中国换电行业发展白皮书》。本报告旨在分析在新能源汽车市场规模加速增长背景下，中国换电行业的发展现状、发展特点、驱动因素及未来发展趋势等。 灵活性：换电站的布局相对充电桩更加灵活，可以安装在更多地方，甚至可以在临时场景中快速搭建。这对于一些无法布设充电桩的区域或临时需求的场景非常有益。 提高车辆使用率：商用车辆如出租车和网约车，通过换电技术可以减少充电时间，提高车辆的使用率，从而增加收益和效率。 解决高速长途续航问题：对于高速长途行驶的商用车辆，换电技术可以提供一种快速增加续航里程，提升车辆的运营能力及经济效益的解决方案。 本报告从新能源汽车补能技术出发，具体对比了充电技术与换电技术，凸显了换电技术的性能优势与广阔的发展前景，分析了我国换电行业的历史背景、发展现状与趋势，以及换电行业新型应用场景，肯定了以换电为代表的新型新能源汽车补能技术在实现全球“碳中和”目标道路中的重要性。 换电产业的创新与协同发展是实现交通可持续发展的关键 关键词：跨行业合作、政策支持、生态建设 换电行业参与者可以通过与充电桩运营商、能源公司、智能网联技术提供商等行业的合作，实现资源共享和互利共赢。 合作共建充电桩与换电站：换电行业参与者可以与充电桩运营商合作，在充电桩站点附近建设换电站，为用户提供更全面的充电服务。通过充电桩与换电站的互补布局，满足用户不同场景下的充电需求，提高新能源汽车的使用便利性。 本报告所有图、表、文字中的数据均源自弗若斯特沙利文（北京）咨询有限公司，数据均采用四舍五入。 能源公司与换电技术融合：能源公司可以与换电行业参与者合作，提供优质的电力资源，支持换电站的运营和电池充电。能源公司还可以借助大数据和智能技术，优化电力调度和管理，提高能源利用效率，为换电行业提供更稳定和可靠的能源供应。 智能网联技术整合：智能网联技术可以与换电系统进行整合，通过实时监测和远程控制，优化电池充电和交换过程，提高充电效率和用户体验。智能网联技术还可以实现车辆和换电站的智能匹配，提前预测用户的需求，提高换电效率。 政府政策支持和标准制定：政府可以制定鼓励换电行业发展的政策，例如给予换电站建设补贴和税收优惠。同时，建立统一的换电标准和规范，确保不同参与者的设备和系统能够互联互通，促进产业合作和创新。 建立开放的创新生态系统：政府可以鼓励建立创新投资基金、孵化和技术交流平台，吸引各类创新企业和创业者参与换电行业的创新与协同。这将促进技术创新和合作伙伴关系的形成，推动换电行业的发展。 名词解释 换电：换电通过换电站将车辆处于亏电状态的动力电池快速更换为容量饱和的电池，并将亏电电池重新存储到换电站中进行集中充电与管理。 商业用途车：指用于商业和运营场景，主要从事营利性道路运输经营活动的电动车，主要类型包括网约车、出租车、卡车、公交车、面包车、客车、共享汽车或租赁汽车等。 底盘换电：底盘换电的原理是将整个电池组或电池模块安装在车辆底盘的特定位置上，并通过机械装置或电动机械装置实现电池与车辆的连接和拆卸。当电池能量耗尽时，车辆可以通过驶入换电站，将底盘上的电池模块与已充电好的电池模块进行交换，以便快速获取充满电的电池组。 侧方换电：也被称为侧方卡扣式换电技术，侧方换电的原理是将电池组或电池模块集成在车辆侧面的特定位置上，并通过机械装置或电动机械装置实现电池与车辆的连接和拆卸。当电池能量耗尽时，车辆可以通过侧面停靠在配备换电设备的充电桩或换电站旁，进行电池的快速更换。 分箱换电：也被称为模块化换电技术或分隔式换电技术，分箱换电的原理是将电池组分为若干个相互独立的模块或箱体，每个模块都具有自己的电池单元和管理系统。当车辆的某个模块电池能量耗尽时，可以通过特定的装置或接口，将该模块从车辆中拆卸出来，并替换为已经充好电的模块，从而实现电池的快速补充。 换电站：指为电动汽车提供电池更换服务的设施。它是新能源汽车充电基础设施的一种形式，旨在解决电动汽车充电时间较长的问题，通过快速更换电池，提供便捷的补充能源方式。 私人用途换电车：指为私人个体或家庭使用的换电车，采用底盘换电技术或其他形式的换电技术，通过更换电池来实现能源补给。这些车辆主要用于私人出行或家庭使用，满足个人或家庭的日常交通需求。 新能源汽车：新能源汽车是指使用新能源技术作为动力源的汽车。新能源汽车采用电能、氢能等为主要能量来源，以实现更环保和可持续的交通方式。 电池梯次利用：电池梯次利用是指将已经使用过一段时间的电池从一种应用场景转移到另一种应用场景，以延长电池的使用寿命和价值。这种做法可以最大程度地发挥电池的性能，提高其经济效益和环境可持续性。 第一章—— 中国换电技术概述 核心洞察： 01 换电：实现汽车快速补能 02 03 换电：实现新能源汽车快速补能 换电行业的创新与协同--中国换电行业发展白皮书｜2023/07 新能源汽车补能方式主要包括充电模式和换电模式 新能源汽车补能方式分为两种，即充电模式和换电模式，其中换电模式按其换电地理位置可分为固定换电（换电站）和移动换电（换电服务车），按换电方式可分为底盘换电、侧方换电、分箱换电，目前底盘换电为市场主流换电模式。 电动汽车换电模式是指通过集中型充电站对大量电池集中存储、充电、统一配送，并在换电站内对电动汽车进行电池更换服务。换电模式通过将新能源汽车的电池进行更换，以满足车主的续航需求，是一种将车和电池分离进行补能的模式。不同于充电桩充电模式，换电模式可以降低用户初始购车成本，节省车主的补能时间。 换电行业的创新与协同--中国换电行业发展白皮书｜2023/07 集中充电，统一配送的电池补给模式 换电模式采用集中充电，统一配送的电池补给模式 中国电动汽车换电服务架构由集中充电站、换电站、换电服务用户、电池回收企业、储能系统等部分组成。所有的换电用电池包都统一集中储存、充电然后运送至各区域的换电站供电动载具更换电池，换电站采用慢充给电池包充电。退役后的动力电池由电池回收企业统一回收，部分满足储能系统性能要求的动力电池进入储能系统的电池组部分。换电模式下，更换下的电池可以以慢充方式充电，有助于提高动力电池的生命周期。 换电行业的创新与协同--中国换电行业发展白皮书｜2023/07 各换电企业的换电模式和应用场景不尽相同 随着换电技术不断进步，换电形式和应用场景不尽相同 新能源汽车换电模式按照电池更换的方式可主要分为整包换电（即底盘换电）和分包换电（即侧方换电和分箱换电）。分箱换电采用模块化的标准电池，可实现多种车型的兼容和换电的标准化。采用分箱换电的换电站成本相对低，但换电耗时较长，主要从前端、后端进行电池替换。整包换电相对分箱换电更换速度更快，但受制于电池包形状、大小不统一的问题，标准化难度较大。下列表格例举了各换电模式对比： 换电行业的创新与协同--中国换电行业发展白皮书｜2023/07 行业发展初期（2012-2019年） 中国新能源换电市场进入行业探索初期 •换电模式最早由以色列Better Place公司在2007年推出，但受重资产问题、电池资产管理问题、下游需求不足、缺乏统一标准等问题，最终导致过度破产。中国换电模式自2011年正式引入，2008年北京奥运会新能源公交车换电示范性项目中，中国已开始第一次尝试换电模式补能。2011年至2014年，多地相继推出公交领域的换电示范性项目，2014年后B端乘用车开始参与换电。 换电行业的创新与协同--中国换电行业发展白皮书｜2023/07 快速发展阶段（2020-未来） 中国新能源换电进入快速扩容期 •随着示范项目的成功探索、国家新能源战略明确，新能源汽车行业爆发确立下游B、C端需求，电池技术的进步，市场进入快速扩容期。2020年新能源汽车行业迎来快速发展期，C端乘用车需求快速增长，换电模式的总体需求进一步增加。 换电行业：旧伤与生机并存 换电行业的创新与协同--中国换电行业发展白皮书｜2023/07 旧伤：多重因素制约，换电模式商业化受到考验 换电模式尚未具备整体盈亏平衡之条件 中国换电行业整体处于政策助推的起步阶段，现阶段服务主要面向以网约车、出租车、重卡等为主的有中高频换电需求的商业用途换电车，私人用途换电车领域的换电服务因初期投入大、标准化不足、设备利用率低等问题尚未具备整体盈亏平衡条件。 重资产运营 •换电模式前期投入大，资金回收周期长、电站维护成本较高，难以大规模铺设 行业标准化程度低 换电站适配车型局限，使用频次较低，难以形成规模效应 电站和电池包标准化不统一 换电服务多应用于网约车、出租车等高频次补能场景 存在出租车、网约车和换电系统配套出售的模式解决和适配问题 上网电价波动 •换电模式单次换电收费构成为电费加服务费，相较比较稳定的服务费部分，电费部分受上网电价波动而波动，考虑到现阶段新能源电价逐渐下降的趋势，可能导致单次换电费用有一定程度下降 换电行业的创新与协同--中国换电行业发展白皮书｜2023/07 换电行业的创新与协同--中国换电行业发展白皮书｜2023/07 各国政策加码，换电未来可期 各主要国家尤其是中国针对换电领域出台多项举措 国家标准委、发改委、能源局、国务院等国家机构相继发布政策与通知，支持并鼓励换电模式的创新应用，同时加快换电基础设施和配套设施的建设，加快换电服务、行业的推广。保持换电模式下的新能源汽车补贴，保障下游对换电服务的需求。在大力推行的同时加强安全保障和管理，换电标准的相继出台能够引导汽车企业的产品研发，提高换电服务的安全水平。 发布《新电池法草案》，拟废除欧盟现行电池指令，以确保投放欧盟市场的电池在整个生命周期都变得更为可持续、高性能和安全。 开展“先进车辆制造贷款支持”项目（Advanced Technology VehiclesManufacturing direct loan program，ATVM），以支持美国先进汽车以及汽车零部件的生产。 2022年8月首尔市政府表示下半年将向1,500辆环保电动出租车提供购买补助金。只要是拥有首尔出租车执照（个人或企业），从当天开始就可以向环境部无公害车综合网站提出申请。 换电行业的创新与协同--中国换电行业发展白皮书｜2023/07 换电模式在商业用途车领域应用势在必行 商业用途车已成为换电行业下游发展重点 相较于私人用途车，商业用途车作业路段相对固定，且换电站通常远离租金较高的繁华地段，其建设成本较低、利用率较高。换电模式在商业用途车领域应用已成为行业发展重点。随着商业用途车换电模式不断得到验证，预计换电商业用途车未来将进入高度发展状态。 充电慢、充电难、续航短等因素严重影响纯电商业用途车的运营效率。 换电模式满足高效快捷地解决续航里程问题，大幅提升工作效率。对于在钢厂、煤炭、港口等倒短接驳等领域，换电重卡的补充能量方式从以往的需要花费数个小时充电，到现在仅需数十分钟即可完成能量的补充。 补能效率大幅提升 大量商业用途车包括港口牵引车、公交车等的工作行驶范围及路线相对固定，配套换电站的选址与建设较为方便。 成本优势显著 持换电模式的商业用途车可采用车电分离销售模式，有助于降低消费者的一次性购置成本。 上汽、宁德时代、中石