政策導向下的電動汽車換電模式及運行策略研究

王信銳，敖克勇，何濤

遵義職業技術學院汽車工程學院 貴州遵義 563006

電動汽車作為新能源汽車的其中一種類型，主要是靠電能驅動，是零排放型汽車。當前，電動汽車的能源供給主要分為插充和換電兩種模式[1]。其中，插充模式在當前市場占主導地位，而換電模式的應用才剛剛起步。

換電模式指的是當電動汽車的動力電池電量不足時，可快速將其從整車上拆卸下來并安裝滿電量動力電池的模式，實現了車體與動力電池的分離。拆卸下來的無電電池則由換電站統一充電、存儲和調配。2020年5月召開的全國兩會，“換電”首次被寫入政府工作報告，報告提出要增加換電站設施。同年7月，工信部表示繼續大力推進充換電基礎設施建設，鼓勵企業研發換電模式車型[2]。時隔一年，“換電”二字又一次被寫入2021年政府工作報告，明確提出要繼續增加換電站設施建設。因此，從國家政府的重視程度來看，換電模式將可能成為電動汽車的重要發展模式之一[3]。

換電模式發展現狀

1.政策支持

國家對電動汽車換電模式的重視程度前所未有，政府各部委、多省市紛紛出臺相關政策文件推動換電模式發展。2020年4月，財政部、工信部、科技部及發改委四部門聯合發布《關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼的通知》，強調要繼續發展換電新型商業模式，對換電模式車輛的補貼不受價格限制。2020年11月，國務院辦公廳正式發布《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》（以下簡稱規劃），為未來很長一段時期內我國新能源汽車產業的發展指明了方向。規劃指出，要加強充換電基礎設施建設，并鼓勵新能源汽車換電模式的應用。同時，北京、上海、海南、濟南、天津等地區都積極響應國家號召，結合地方實際，印發了系列政策制度，加大充換電基礎設施的建設，開展換電模式試點。其中，上海市政府最新發布《上海市加快新能源汽車產業發展實施計劃（2021－2025）》，對符合條件的換電運營給予補貼；海南省即將出臺支持電動汽車換電站建設的指導意見，以“充電為主、換電為輔”推廣新能源汽車換電模式和換電站建設，意在構建電動汽車換電模式服務網絡。政策的大力支持為換電模式的健康持續發展提供了充足保障。

2.市場需求

根據中國充電聯盟公布的數據，截至2020年12月，全國共有充電樁80.7萬臺，車樁比例約為3∶1；同期，全國換電站總量共555座，不及充電樁總量的0.07%。其中換電站運營數量排名前三的地區分別是北京市、廣東省和浙江省，運營數量分別為203座、89座和55座，其余各省份的換電站數量仍略顯不足。海南省政府曾提出將在2021年推廣換電模式電動汽車2000輛，并加大換電站建設。隨著新能源汽車產銷量的增加和換電模式的加速應用，充換電站等基礎設施的需求將會更加緊張。市場的旺盛需求為換電模式的健康持續發展提供了廣闊前景。

3.標準制定

電動汽車換電模式的推廣在一定程度上受車體設計、動力電池規格尺寸不統一、連接接口不一致等各方面因素的制約。換電模式標準的制定可有效解決此類問題，各汽車生產商、電池生產商、第三方換電運營商統一換電標準，便利廣大消費者，提升消費空間，可進一步擴大換電市場。國家工信部曾提出建議，以企業標準、團體標準的方式開展新能源汽車換電模式標準研究。近年來，《電動汽車換電安全要求》《電動汽車電池更換站設計規范》等一系列國家標準、行業標準及規范的印發，再次表明了我國推進電動汽車換電模式的決心。標準的有效制定為換電模式的健康持續發展提供了規范有序的依據。

4.企業布局

早在2006年，國家電網就已經開始了對換電模式的研發，然而進展卻不太順利[4]。隨著換電技術的進步、政策的支持和換電標準的完善，北汽新能源、奧動新能源、蔚來汽車等企業也紛紛布局電動汽車換電模式領域。總體來說，布局換電模式的企業主要分為兩種，一種是以北汽新能源、蔚來汽車為代表的汽車生產商，自行研發換電車型，運營換電站，僅為本系統的車型提供換電服務；另一種是以奧動新能源、伯坦科技為代表的第三方運營商，通常與汽車生產商、電池生產商等開展合作，可為多種不同品牌不同型號的電動汽車提供換電服務。以伯坦科技為例，現已推廣換電模式電動汽車3萬余輛，產品涉及乘用車、商用車等10余款車型。哪吒汽車表示將于2021年開始布局換電模式，推出車電分離、電池租賃、保值回購和服務無憂四大服務政策。企業的加速布局為換電模式的健康持續發展提供了借鑒經驗。

換電模式研究分析

1.換電模式優缺點

1）換電模式優點。

一是能源補給時間短。將待更換動力電池的電動汽車駛入換電站指定位置，換電機構從電池組定位到拆卸再到新電池組安裝的整個過程用時短，全自動機器人僅需幾分鐘就可完成換電操作，與傳統燃油車加油時間相當，故換電模式電動汽車的電池更換速度很快，若與插充模式相比，可為消費者節省大量的充電等待時間，解決了電動汽車一直以來推廣速度慢的一大痛點，更加符合消費者意愿。

二是消費者購車成本低。眾所周知，同種車型、相同配置的電動汽車價格普遍高于傳統燃油汽車的價格，其多出來的價格大部分來源于動力電池的成本。動力電池是為電動汽車提供能源供給的裝置，其價格約占整輛車價格的40%。由于換電模式推行的是車電分離，因此消費者在購買換電模式電動汽車時，可選擇不購買動力電池而采用租賃的方式，這就大大降低了購車成本，非常有利于電動汽車的推廣。

三是可延長電池使用壽命。消費者普遍缺乏動力電池的維護保養知識，基本不會對動力電池進行日常維護和檢測，而且為了追求充電速度，經常采用直流快充的方式進行充電，這樣會對電池產生沖擊，導致電池衰減速度加快，縮短電池壽命。換電模式電動汽車的動力電池可由換電站統一集中充電和維護保養，很大程度上可延長電池使用壽命。

四是可及時排除安全隱患。插充模式電動汽車可能只有到了維護保養周期或者汽車本身出現故障時才會到4S店檢查維修，對于存在的一些隱藏風險無法排除，長時間的使用會存在安全隱患。而換電模式電動汽車當電池電量不足時即會駛往換電站進行換電，換電周期相對較短，短則幾小時，多則幾天，而且每次換電時都會對電動汽車的整車電氣系統及動力電池進行檢測，能及時排除潛在隱患。

五是可緩解用電壓力。截止2020年底，我國新能源汽車保有量達492萬輛，比2019年增長29.1%，且仍然處于上升階段；2020年12月全國電動汽車充電總量達到8.2億kW·h，同比增加38.3%。當電動汽車達到一定數量且隨機充電時，可能會對電網和居民用電造成影響[5]。換電模式下動力電池的充電可由換電站工作人員科學合理安排，在低谷時段進行充電，避開用電高峰期，可較大程度的降低換電站的購電成本，提高其經濟效益，同時緩解城市用電壓力[6]。

六是換電站用地面積小。由于換電模式電動汽車具有更換電池速度快的特點，因此相對充電站而言，一個換電站中較少的換電工位即可滿足該區域內電動汽車的換電需求，也就意味著建設換電站所需的用地面積相對于建設同等電量供給的充電站來說要小很多。因此，換電站建設可節約用地，也可在現有充電站的基礎上將其改造成為集充換電為一體的服務中心，利于換電模式的推廣。

當然，換電模式的優點還有很多，比如：由于無需出售電池，因此可提高報廢電池回收率，有利于電池的報廢回收，減少環境污染。由于電池可由技術人員統一充電，因此在某些地區可以利用太陽能、風能等對電池進行充電，將傳統能源發電站與換電站一同建造，以此達到節能減排的目的[7]。當市場電價低時電網對電池充電，市場電價高時電池對電網放電或電池對電池能量傳輸，換電站可以最優化調度這三種模式以獲取利潤[8]。

2）換電模式缺點。

一是換電站前期投入成本高。換電站的建設除了用地、人力、換電設備購置等的成本外，還需要巨額的電池儲備成本和電池充電、用電成本。北汽新能源曾表示，建設一個換電站的成本近1000萬元，電池儲備的成本超過300萬元，遠遠大于充電站的投入成本，這為投資換電站的企業帶來了巨大挑戰，可能需要很長一段時間才能收回成本。如果該地區采用換電模式的電動汽車未能達到一定規模，企業還會存在面臨虧損、無法收回成本的情況。

二是換電站后期運營成本高。充電站幾乎可實現無人值守，車主可自行操作充電樁進行充電，其運營成本相對較低。而換電站中換電設備的操作及維護保養、動力電池的統一充電、存儲和調配都需要一定數量的工作人員，因此，換電站的后期運營成本要高于充電站。

三是換電標準還未實現統一。各汽車生產商和電池生產商對于換電車型的整體設計，電池的更換形式，電池的尺寸、接口等的標準各不相同，這就造成了雖然現有市場上換電模式電動車的車型眾多，但卻不能保證在所有換電站都能實現換電，對換電站的運營效率造成極大影響，同時消費者的體驗感較差，不利于換電模式的推廣。

2.換電模式案例分析

1）換電企業案例。以蔚來汽車換電模式為例。蔚來汽車公司于2014年11月創立，公司產品定位為新能源汽車高端品牌，可提供充電樁、換電站和充電車三種補電方式。其中，換電站主要建立于停車場、高速公路服務區等場所，一個換電站約占3個標準停車位，大約45m2，可對電池進行全自動更換，換電時間約3min，采用底盤換電形式，電池隱蔽性較好。換電過程中需將整車舉升，車內人員無需下車即可完成換電操作，換下的電池被存儲在換電站并充電，電池的相關信息接入公司云系統，對其動態信息進行實時監控。2020年8月，蔚來公司發布了一種新的換電運營模式，即“BaaS”（Battery as a Service）方案，實現了車電分離，消費者對電池進行租賃，每月只需980元。由于無需購買電池，車價直降7萬元左右，還可享受國家補貼，大大降低了消費者的購車成本和用車成本。其電池組雖然未出售給消費者，但是卻出售給了由蔚來汽車、寧德時代和其他兩家公司合資成立的電池資產管理公司，由其統一對電池組進行管理、維護和出租。他們各自分工協作，實現共贏。數據顯示，截止2021年2月，其BaaS用戶比例已達55%。

2）換電站案例。截止當前，蔚來汽車已在全國建設190余座換電站，覆蓋70余個城市，且仍處于擴建進程中。其中，2020年4月完成了貴陽首座蔚來全自動換電站的建設并投入運營，可為部分車型提供換電服務。換電站分為換電室和控制室兩個房間，換電室對汽車實現定位、舉升和更換電池；控制室中有專業工作人員操作換電設備，并對更換下來的電池進行充電。換電站位于貴陽北站充換電服務中心內，該服務中心由南方電網貴州黔能企業有限責任公司和星星充電共同投資建設，地處貴陽火車站附近，交通便利，人流量大，用電需求大；服務中心建有洗車、餐飲、超市等設施，配套服務完善。除換電站外，還設有76個自助充電車位。由此可知，此換電站是在充電站的基礎上進行建設升級的，實現了充換電協同配合，保障了本地區各類消費者的用電需求；換電時間短，收費低，操作便利，故消費者體驗性較好；配套設施齊全，提升了消費者吸引力；由于只有部分電動車型能夠使用此換電站進行換電，不能與其他品牌的電動汽車換電實現兼容，服務對象受限，影響了換電站的投資收益。

換電模式運行策略

1.政府主導繼續完善換電標準體系

充電技術接口的標準化極大地推動了插充模式電動汽車的普及和推廣，統一標準的重要性不言而喻[9]。近年來，關于電動汽車換電模式的國家標準和行業標準不斷推出，標準主要涉及換電站建設、電網接入、安全規范、動力電池組、換電車輛及運行服務網絡等各方面，在一定程度上規范了換電行業，對換電模式的推廣起到了積極作用。

然而由于換電標準操作性不強、企業之間聯合困難等原因致使換電模式仍然未能實現全面標準化，尤其是動力電池組的規格尺寸方面，各汽車生產商各自為陣，研發本系統內的換電車型、動力電池以及配套換電站，其主要原因是動力電池及其管理系統仍然是車企的一大核心競爭力，其利潤大，技術要求高。假如統一電池標準，汽車生產商擔心可能會失去動力電池的研發能力，造成利潤下降、失去溢價空間的情況，因此汽車生產商本身對于電池標準化的意愿不強烈，只在企業內部實現電池標準的統一，導致市場上換電模式規模小，盈利難。因此，需要政府繼續主導換電標準的建設和實施，從企業標準、行業標準、國家標準到國家強制性標準逐步過渡，聯合各汽車生產商、電池生產商、第三方換電運營商等企業統一換電標準，尤其是在電池標準的統一上多加引導，循序漸進。

2.制定符合地方省情的換電模式推廣策略

電動汽車換電模式得到了中央政府的大力支持，各省應積極響應，超前謀劃，探索制定適合地方實際的換電模式政策和指導意見，并可將其納入“十四五”規劃。國家工信部曾于2020年7月強調指出，支持北京、海南等地開展電動汽車換電模式試點推廣，到目前為止，含北京、海南在內的某些省份推廣換電模式電動汽車的步伐已走在全國前列，其他很多地區仍處于初期摸索階段。對于仍未啟動換電模式推廣和換電站建設的省市地區，可借鑒試點地區的成功經驗，以充電為主，換電為輔，在原有充電站的基礎上建設換電站，在人流量大的車站、機場、文體中心、旅游景區等地方開展試點工作，將換電模式作為插充模式的有效補充，相互配合，共同為廣大消費者提供便捷服務；地方政府要加大投資引入力度，對于社會資本的介入，做好服務保障工作，給予他們土地、稅收、資金等各方面的大力支持，吸引他們投資建設換電站及餐飲、休閑、洗車等配套設施，并簡化建設換電站設施的審批程序。

3.從營運車輛試點推廣換電模式

公交車、物流車、出租車及網約車等營運車輛對于換電模式電動汽車的推廣具有獨特優勢。一是營運車輛行車規律，其線路較為固定，有利于換電站的選址建設；二是營運車輛的換電頻率高，有利于換電服務商的投資收益；三是營運車輛以效率為優先，幾分鐘的換電過程，有利于提高車主的認可度；四是營運車輛均為定制車型[10]，其車輛品牌、電池規格尺寸和接口均一致，適合統一換電；五是營運車輛基本是由運營公司統一訂購，若采用換電模式，則可省去電池購買成本，使運營公司的投入成本大大降低。因此，鼓勵企業先從營運車輛開始試點換電模式，實現小范圍盈利后再擴大規模[11]；對于集中采購換電模式電動汽車的公交車公司和出租車公司加大補貼力度，并在土地使用、金融支持等各方面給予適當傾斜。

4.創新換電商業運營模式

由于換電站是重資產投入，風險較大，企業要想實現可持續發展，必須創新換電商業運營新模式。根據蔚來汽車公開發布的2020年財報，公司全年總營業收入162.6億元，同比增長107%，電動汽車銷售量顯著增加，然而公司并未實現盈利，凈虧損達53億元，這與公司加大換電技術研發、在全國范圍內大力布局換電站、商業運營模式尚未成熟等有很大關系。無論是汽車生產商、電池生產商、第三方運營商，還是電網公司、政府部門都要全面開展合作，處理好各自關系，優勢互補，共同探索高效可行的商業運營模式，推動我國換電模式迅速發展。

5.加強換電模式輿論引導

換電模式中的電池租賃服務與我國廣大消費者的所有權觀念相矛盾，有些消費者不喜歡租用電池，而是選擇購買電池，采用充電服務；也有消費者認為換電池若換到有安全隱患的舊電池則會得不償失；還有消費者認為車電分離并不會降低成本，與分期付款并無差別。總之，除了換電模式技術的進步、動力電池規格不統一等制約因素外，消費者的認可度對換電模式的推廣也至關重要。因此，通過加強換電模式優勢宣傳、發揮換電示范區域帶動效應及信息化智能化提升消費者體驗等方式方法，營造良好輿論氛圍，引導廣大消費者去接受換電模式電動汽車。

結語

全球氣候變暖的形勢異常嚴峻，電動汽車的推廣勢在必行。換電模式電動汽車具有能源補給時間短、消費者購車成本低、可延長電池使用壽命、可及時排除安全隱患、可緩解用電壓力及換電站用地面積小等獨特優勢，應用前景廣闊，是未來一段時間內重點推廣的一種技術路線。

然而換電站前期投入成本高、后期運營成本高及換電標準不統一等，也制約著換電模式的推廣應用。在政策支持、市場需求、標準制定和企業布局等現行條件下，各車企、電池生產商、換電服務商、電網與政府部門之間都要加強合作，搶抓機遇，從完善換電標準體系、制定換電模式推廣策略、試點運營、創新換電運營新模式及加強換電模式輿論引導等方面出發，發展換電模式電動汽車，構建換電新生態。隨著越來越多的企業對換電模式的布局和廣大消費者對換電模式的認可，再加上政策的支持和換電標準體系的完善，換電模式必將迎來快速發展。