中国新能源汽车换电模式的发展策略与建议

来源：网络

摘要：

目前，中国主要通过充电方式来为新能源汽车提供能量，然而，由于充电桩存在充电时间较长、分布不均匀等问题，新能源汽车用户仍然面临着里程焦虑和充电焦虑。换电模式作为一种更高效的补能方式，具有诸多优势，例如提高补能效率、辅助电网错峰配电、便于电池闭环管理等。经过多年的探索和发展，换电模式已经进入了快速发展的阶段。

本文对换电模式的发展历程、市场情况、技术发展态势进行了详细的梳理。同时，本文也总结了换电模式的优势以及存在的问题，并提出了一些发展建议。

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

换电站概述：背景、定义与优势

（一）换电站的概念

换电站：重新定义电动汽车能源补给方式

随着新能源汽车技术的不断发展，电动汽车的能源补给方式也正在经历着巨大的变革。其中，换电站以其高效、便捷的能源补给方式，逐渐受到了市场的关注。本文将对换电站进行详细介绍，包括其工作原理、优势以及存在的问题。

一、换电站的工作原理

换电站是一种集中存储和集中充电的能源站，它通过换电方式为电动汽车提供电池更换服务。在换电站中，电动汽车无需通过长时间的充电过程，只需通过更换已经充满电的电池，即可满足持续行驶的需求。

换电站的结构可以分为四个主要部分：换电系统、充电系统、换电平台和控制系统。

换电系统：这部分主要由换电机器人、加解锁平台、码垛机、锁止机构等组成。它们协同工作，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。其中，换电机器人是自动化设备，能够精准地完成电池的拆卸、充电和安装过程。加解锁平台则负责电池包的更换与解锁。码垛机负责电池的运输和交换，而锁止机构则负责电池的安全锁定。
充电系统：这部分主要负责电池的充电功能。通常情况下，充电系统采用交流慢充方式进行充电。这种充电方式相对稳定，但需要较长时间。在充电系统中，电池箱体对于安全防护和锁止/解锁等技术要求较高，以确保充电过程的安全性和便捷性。充电功率一般为10kW~60kW，充电电压一般为200V~500V。
换电平台：这部分由换电仓和停车底座组成，实现车辆的停放与定位。目前有两类换电平台，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：这部分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。这涉及到复杂的通信和控制系统，包括车载RFID（电子标签）识别、车牌识别等技术。

二、换电站的优势

高效补能：相较于充电模式，换电模式可以在几分钟内完成电池更换，大大节省了用户等待的时间。
减轻电网压力：在用电高峰期，大量电动汽车同时充电会对电网造成压力。而换电模式可以错峰充电，将用电高峰分散到日常时段，减轻电网压力。
环保可持续：通过集中回收和处理废旧电池，可以避免对环境造成污染。同时，电池可以在更专业的电池管理下得到更长的使用寿命。
提高车辆运营效率：对于共享出行或出租车等运营车辆来说，换电模式可以大大提高其运营效率。当电量不足时，车辆可以开到换电站进行电池更换，无需长时间等待充电。
降低购车成本：由于电池寿命是有限的，因此电动汽车的电池成本会逐渐增加。而通过换电站更换电池，用户只需要支付电池的费用，从而降低了购车成本。

Model X

最低售价：72.49万起

图片参数配置询底价

懂车分4.14 懂车实测空间·性能等车友圈3.4万车友热议二手车14.58万起 | 176辆

三、换电站存在的问题

基础设施建设成本高：相较于充电模式，换电站的建设需要更多的资金和技术投入。同时，为了满足高效率的换电需求，需要配备专业的设备和人员。
对电池标准化要求高：要实现快速更换电池，需要确保所有电池的尺寸和接口标准化。这需要整个新能源汽车行业的共同努力和协同发展。

（二）换电模式产业的链整体架构

换电模式产业链的上游由电池、硬件平台、充换电系统等供应商组成，这些供应商负责提供动力电池、换电设备和软件系统等。这些环节的协同工作是实现高效、稳定换电的基础。

中游换电运营商主要包括整车制造商、电池制造商和能源企业等。这些企业不仅负责换电设备的研发和生产，还负责换电运营维护，包括电池的更换、充电、回收等环节。这些运营商需要具备专业的技术团队和管理能力，能够提供24小时不间断的换电服务。

下游用户主要是消费者和电池回收企业。对于消费者来说，换电站提供了便捷、快速的能源补给方式，可以节省充电时间，提高出行效率。对于电池回收企业来说，换电站可以成为电池回收利用的重要渠道，实现资源的循环利用。

目前，商用车和出租车等B端用户已经逐渐接受并选择购买换电版车型。随着技术的不断进步，换电时间已经大幅度缩短，现在仅需90秒左右就可以完成电池更换。此外，换电站也开始引入自动化技术，实现无人值守，这大大降低了人工成本，提高了运营效率。同时，换电过程也正在朝着标准化方向发展，未来将实现换电站对多种车型的换电服务，这将进一步扩大换电模式的应用范围。

换电站的概述：背景、定义与优势

（一）国外换电站发展情况

自2007年起，国外企业开始尝试推出换电站，然而其应用推广的效果并不理想。同年，以色列的沙伊·夏嘉曦推出了一种纯电动汽车换电技术，并成立了一家名为Better Place的换电企业。一年后，该企业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。然而，建设这种换电站需要大量的资金投入，前期购置电池的成本较高，且当时的市场需求较小，实际订单仅有1%，难以支撑项目的运营。因此，Better Place最终在2013年宣告破产并进行清算。同年，特斯拉也曾提出90秒快速更换电池的技术，但由于成本较高、兼容性较差，无法满足用户的需求，特斯拉在两年后放弃了该技术。此后，在国外再无换电站企业的出现。

（二）国内换电站发展情况

国内换电模式的发展可以分为以下三个阶段：

2006-2011年：换电技术的储备与商业模式的探索阶段。在此期间，国家电网开始组织电动汽车充换电设施的研发工作。到了2010年，在杭州完成了500台纯电动换电型出租车的试点项目，首次提出并验证了“车电分离，里程计费”的商业模式。这种模式将电动汽车与电池分开销售，换电价格则按行驶公里数来确定，从而降低了用户购车和换电的成本。2011年，国家电网确定了“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。
2012-2018年：充电模式初步发展阶段。尽管国家政策重点鼓励发展充电模式，但各车企并没有停止换电研发的脚步。例如，北汽新能源开展了换电运营，并提出了“擎天柱”计划来开展换电运营；蔚来也推出了可以车电分离购买的换电版ES8车型。
2019年至今：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，国家推出了一系列政策来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。到了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》，明确加快换电模式的推广应用，标志着换电模式迎来了新的发展局面。

换电模式市场现状及发展趋势

一、换电站市场规模

目前，我国新能源汽车市场以充电为主的补能方式为主，但随着充电时间较长、冬季续航里程缩水、充电桩分布不均匀等一系列问题，新能源汽车用户的里程和充电焦虑仍然较为严重。为此，部分整车企业开始布局换电业务，推出换电版车型。截至2022年底，我国换电站数量已达到2000座。预计到2025年，国内建设换电站数量将达到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10000座。

二、换电站运营商

运营商是换电模式全生命周期中最重要的环节之一，参与的企业众多。主要包括以下四类：

整车企业：北汽、吉利、蔚来、三一、上汽、汉马等整车企业通过布局换电领域，推出换电版车型。北汽新能源早在2011年就开始研发换电技术，2016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。蔚来主打C端市场，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。
奥动新能源等运营商：这些企业与广汽、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。
电池企业：宁德时代等电池企业通过成立子公司专门从事换电业务，利用自身在电池领域的优势，降低前期换电站建设成本以及运营管理等方面的费用，缩短建设周期。
能源央企：中国石化、中国石油、国家电投等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

按照应用场景的不同，换电站可分为乘用车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，仍处于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，截至2022年底，蔚来在国内已布局换电站1305座，但单站日均换电仅约30次，仍处在前期快速铺站阶段，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。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80v PRO(图片|配置|询价)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。北汽新能源累计建成换电站175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，其中换电重卡更是逐步成为新能源重卡的主流车型。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XCH908E2堆高机主要应用于港口集装箱空箱装卸等作业场景可实现3分钟快速换电大幅缩短补能时间有效提升作业效率并节省运营成本。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现阶段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问题。

换电站技术的发展态势

（一）乘用车换电站

乘用车换电站的技术路线根据电池安装位置的不同，主要分为底盘换电、侧方换电、分箱换电三种。其中，底盘换电由于其换电时间短、不改变车体前后轴重量、能保障汽车安全等特点，已经成为主流的换电方式。

底盘换电的运作方式主要是通过地面下的机构横向传送电池，通过上下升降电池实现电池的安装和拆卸。同时，伺服电机用于拧紧或松开电池锁止机构，以完成换电过程。按电池形态分类，底盘换电可分为异形电池包和扁平电池包两种。异形电池包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，换电框架适配现有车身结构。在换电时，电池包与换电框架进行整体拆装。图1展示了底盘换电的示意图。

在底盘换电的技术方案中，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。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。

（二）商用车/重卡换电站

商用车/重卡换电站的技术路线按照电池安装位置的不同，主要分为顶吊换电、整体单侧点换电和整体双侧点换电三种。

顶吊换电

顶吊换电模式包括准备阶段和换电阶段。在准备阶段，换电机器人将电池从电池存放区移动到待更换的重卡上方。在换电阶段，定位锁紧机构解锁重卡电池箱，换电机器人从上方抓取重卡电池箱，并吊装放入电池存放区。然后，换电机器人从电池存放区上方抓取已充电的电池箱，并吊装放置在重卡上的电池箱定位锁紧机构所在位置，通过定位锁紧机构进行定位锁紧，实现电池箱的更换。

这种换电方式采用钢索吊装电池包，由于钢索具有一定的柔性，比较容易实现误差兼容，但对司机的驾驶技能要求较高。顶吊式换电的定位方式较为简单，能够发挥司机技术优势，简化控制系统，降低成本，属于技术简单、成本较低、可行性较好的换电方案，是最早商用化的换电方案，但是自动化水平不高，换电效率较低。

整体单侧点换电

整体单侧点换电模式包括前预备、上车和后预备阶段。在前预备阶段，堆垛机抓取新电池并送到装卸中转站上的伸缩吸盘机构上，伸缩吸盘机构将新电池放置在伸缩盘上。在上车阶段，车辆开上驻车平台后，导正机构的导正轴把车辆推动到居中位置，举升机构将车辆抬起，装卸中转站的空置伸缩盘卸下商用车/重卡内的电池，装有新电池的伸缩盘通过抓取吸盘套件将新电池放入车辆电池仓中，完成更换电池。在后预备阶段，伸缩吸盘机构将卸下的电池包送到堆垛机中，完成换电流程。其中前预备阶段和后预备阶段可在一个工作工序中实现。

这种换电方式的智能化程度较高，对司机停车要求较低，但整体单侧换电的电池抓取机构是刚性的，抓取电池时全部为刚性环节，如果车辆电池与既定位置存在偏差，换电机器人需要进行校正，对导向机构产生很大的损伤。该换电方式对智能化技术提出了更高要求，需增加视觉传感器等部件以达到更高控制精度，成本较高。

整体双侧点换电

整体双侧点换电模式的流程较为简单。车辆开上驻车平台后，导正机构的导正轴把车辆推动到准确的居中位置，举升机构将车辆抬起露出下侧电池更换位。堆垛机抓取车辆下侧电池包并运送至换电站电池仓，抓取吸盘套件将电池架上的电池取出放置到车辆电池仓内，完成一个循环。

这种换电方式占用空间较小，适用于电池存储位置有限的矿卡车型，但由于整体双侧换电需要装备两套机器人及两套电池存储充电仓，其成本相对较高。整体双侧点换电模式如图5所示。

换电模式的优势与存在的问题

（一）优势

土地利用率更高
在充电模式下，每一个停车位都需要配备一个充电桩，新增的补能需求通过新建充电桩的方式满足。但是，车辆对于车位的占用时长难以控制，车位利用率较低，容易出现充电桩闲置的情况。相比之下，换电站的换电效率较高，车辆能够在较短时间内完成换电，实现“随换随走”，这意味着土地可以得到更有效的利用。
补能效率更高
在快充模式下，电池充电时间仍然较长，电量达到80%仍需要半小时。然而，换电模式整体效率更高，更换电池所需时间更短，通常只需要几分钟即可完成，显著减少了补能所需的时间。
有利于电网错峰配电，降低充电成本
受用户工作与生活的影响，目前充电桩的使用主要集中在某几个时间段，这加重了电网的负担。然而，在换电模式下，换电站可作为分布式储能单元，能够在夜间用电低谷期对电池充电，有利于电网削峰填谷，减少对电网的冲击，从而降低充电成本。
降低用户端购车成本
消费者购买换电车型时可选择车电分离形式，即只购买汽车而不购买电池，从而降低购车成本。以蔚来为例，用户选择租用服务长续航电池包，购车价格可降低128000元。
实现电池闭环管理
在换电模式下，换电站可以高效管理运营电池资产，从而更好地通过动力电池的精细化管理挖掘动力电池在梯次利用、材料回收等方面的价值，提高电池利用率和盈利水平，实现电池效益最大化。

（二）存在问题

尽管换电模式具有许多优势，但在实际推广中仍存在一些问题：

电池规格和换电标准尚未统一
目前新能源品牌车型的动力电池规格、尺寸、技术标准等都存在较大差异，换电站通常仅适用于单一品牌车型。由于换电方式和换电标准不同，兼容性差，这给换电模式的推广带来了一定的阻碍。换电市场处于发展初期，尚未形成行业统一标准，对换电模式的推广造成阻碍，难以形成规模效应降低成本。
盈利性差
换电站前期一次性建设投入大，现有城市已建换电站密度较低，用户尚未形成换电习惯，导致换电站利用率不高。这使得投资回报周期过长，无法支撑换电站运营。盈利性差是限制换电站发展和推广的重要因素之一。
利益分配不平衡
车企与换电站运营商之间的利益分配难以平衡。在换电模式下，车企和运营商都有各自的利益诉求和考虑。车企希望通过推广换电模式来提高品牌影响力、降低用户购车成本等；而运营商则更关注如何通过运营换电站来获得收益。由于利益分配的不平衡，可能会产生矛盾和冲突，影响换电模式的推广和发展。

换电模式的发展建议

一、提高换电安全性，需要提升产品技术水平。为此，我们需要围绕换电模式的整车、动力电池、换电装备等方面开展关键技术研发。研发的重点包括锁止机构的冗余系统、电源实时监测系统、防爆系统以及人—车—站—云数据安全交互系统。通过这些技术，我们可以建立轴距可调、轮距可调的高兼容性、高安全换电系统。

二、为了提高换电站相关系统的标准化水平，我们需要持续探索标准化电池换电体系。通过建立换电站土地、电力、水、安防、数据、充电、基建等基础资源的统一标准，我们可以统一换电站电池包形状和尺寸、接口结构、通讯协议、电连接器、水冷管路接口标准，并同步统一机械锁止机构解锁、更换平台、搬运设备、安全防护设施、车辆识别系统、电池包存放货架、电力系统、充电机、数据分析系统等标准，逐步实现不同车型换电平台共享。

三、以重卡换电为重点，加大重卡换电站布局。传统重卡企业正在积极转型发展新能源重卡，以实现节能减排。换电模式可以提升10%~30%的整体油电经济性，为重卡换电站的发展奠定了良好基础。由于宁德时代在重卡动力电池供应商中占据84%的市场份额并呈现“马太效应”，动力电池包将向相同规格方向发展，有利于换电模式在重卡领域推广应用。因此，以重卡换电为切入点，将车电分离的商业模式和换电技术相结合，可以提升换电重卡运营效率，减少换电重卡购置费用，促进换电站大规模推广应用。

四、为了实现互利共赢的商业模式，我们需要探索互利共赢的换电商业模式。这种模式包括电池包研发/生产、车企合作、换电运营、梯次利用及回收再生的全闭环商业模式。我们可以通过推动融资租赁在换电模式中的应用，促进整车企业、动力电池企业、第三方运营商、电池回收企业以及金融公司的合作。他们可以联合成立电池资产管理公司，负责日常电池管理、储能等业务。整车企业和第三方运营商则负责换电服务与消费者对接。金融公司可以将电池作为金融产品为其提供资金支持。电池企业则提供专业化电池维修和残值处理服务。通过这种方式，我们可以分工合作提高效率，并在电池使用末期将换电模式淘汰的电池出售给电池回收企业。对于部分损坏、整体状况良好的电池，我们可以重新组装并再次应用于其他场景。对于完全报废的电池，我们可以拆解后将原材料回收，用于新电池生产。最终，通过运营电池资产，协同梯次利用场景，我们可以充分发挥电池全生命周期产业链价值。

|智慧信息化系统|解决方案|运营平台建设|

华远系统是致力于人工智能（AI算法以及流媒体技术），信息软件技术，新能源、物联网等领域的集成商，在智慧社区，智慧园区，智慧停车，新能源及充电桩软件管理平台，车联网有整套解决方案以及成功的项目案例。

说明：本文章所引用的资料均通过互联网等公开渠道合法获取，仅作为行业交流和学习使用，并无任何商业目的。其版权归原资料作者或出版社所有，小编不对所涉及的版权问题承担任何法律责任。若版权方、出版社认为本文章侵权，请立即联系小编删除。