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起风了——换电模式的前世今生

6月6日,国家发展改革委、生态环境部、商务部三部委石破惊天的再一次力推了一把新能源汽车发展——《推动重点消费品更新升级畅通资源循环利用实施方案(2019-2020 年)》发布,这份文件的重要程度基本上可理解成为新能源汽车后补贴时代定下了主旋律。当天晚上我们看了一下圈里的动态,大致是这样的:

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从基本面上来看,这是全国范围消化产能的促进文件,对所有行业内大大小小公司都算的上是利好,另一个方面燃油车国六的切换,两者叠加,锦上添花。但是这个端午节绝大多数车企桩企都是忐忑的过了个节,总结起来一句话,人无远虑必有近忧。

中国新能源汽车产业政策驱动往市场驱动换轨的过程中未来的路到底怎么走,这份文件字字珠玑,从能源补充角度来看有几个点值得关注:

序号

对应重点

解读

1

逐步实现电池平台化、标准化

为模块化造车、动力电池动态流转和阶梯利用做准备,不排除未来出台动力电池统一标准的可能。

2

车电分离

降低后补贴时代购车门槛,激活新能源汽车消费积极性,保护行业平稳发展

3

研制充换电结合、电池配置灵活、续驶里程长短兼顾的新能源汽车产品

1、能源补充体系新增换电,从能源补充效率方面提供新的解决方案。2、动力电池模块化后灵活配置,以应对不同出行场景和需求。

4

畅通全生命周期资源循环,提高利用效率

动力电池梯次利用和拆解报废规范进入研究阶段

从政策全文有关于新能源汽车产业部分的逻辑来看,主要从鼓励新能源汽车产业上下游继续研发、推动降本增效和完善能源补充体系、提高新能源汽车市场应用两个方面来进行行业引导。文件中特别提到要借鉴公共服务领域换电模式和应用经验,鼓励企业研制充换电结合、电池配置灵活、续驶里程长短兼顾的新能源汽车产品。因此我们觉得有必要把换电模式前世今生展现给大家。

01悲情夏嘉曦和他的Better Place

2007年沙伊·夏嘉曦提出了纯电动汽车的换电技术,随后在以色列创立了一家名为Better Place的换电公司,2013年换完8.5亿美金融资后,夏嘉曦和他的Better Place梦轰然倒下。即使当时估值一度达到空前的22.5亿美元,但是看不到希望的换电模式被资本无情抛弃。

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夏嘉曦的野心和Better place的遗产

创立初期,夏嘉曦预见到动力电池续航里程这一直接影响消费者购买欲望的关键零部件短期内不会有飞跃式提升,要解决里程焦虑最直接的办法是形成如同燃油车燃料补给一样的能源补给效率。而电动汽车新兴产业所孕育的能源补充市场将直接颠覆现有的能源结构和消费方式,在这样一个市场定位设定下,夏嘉曦大胆的离开了SAP。

Better place 成立一年后,以色列第一个“换电站”成立,先和日产后和雷诺签订提供10万辆Fluence ZE电动车的合作协议(但实际订单不到1%)。Better Place在以色列初始司机750人,换电服务收费包含电池租金和换电费用。虽然硬件成本和电池维护成本,消费者和企业教育成本在当时都高的让人无法理解,但是夏嘉曦没有任何犹豫,在丹麦、美国继续烧钱,但是受制于当时车企对于新能源汽车发展还存在较大疑问,而用户端换电模式便利性和使用成本和传统燃油车相比没有特别大的差距,Better Place直到关张时在全球范围内仅仅推出了几千辆车而已。

Better Place 的穷途末路放在现在来看更像是生不逢时,毕竟目前新能源汽车产业整体环境不可同日而语。但是Better Place 给后人留下了完整的底盘换电技术和运营过程中的经验产生的价值无法估量。

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Better Place换电站和换电示意图

02国家电网的阶段性任务

863计划—国产换电技术的开端

2006年,国内电动汽车产业尚处于萌芽状态。国家电网响应国家号召启动电动汽车项目启动,浙江电网是落实其该项目的重中之重。当时浙江电网参与该项目的第一项目负责人是聂亮先生(国内换电模式市场应用领域第一人),2010年其团队开发完成了中国首台可上牌的纯电动汽车,并完成了基础换电技术的储备,同年聂亮负责建设智能充换电服务网络浙江工程。与换电先驱Better Place不同,国家电网在弄明白了底盘换电技术后,发展了一套标准箱换电的技术,在杭州用众泰朗悦和海马普力马车型+高箱体标准箱完成500台纯电动换电型出租车试点,并在该项目中首次提出并验证了“车电分离,里程计费”的商业模式

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国家电网在杭州试点的换电站和标准箱换电

可以说当时换电技术基本上已成体系,而试点效果来看,满意度颇高,后来的国网组织的京沪行更是为换电发展点了一把火。更有意思的是。2010年8月,国家电网加入“中国企业电动汽车产业联盟”,并担任充电与服务专业委员会主任委员。当时国电电网确定了自己智能充换电运营模式的基本思路,即换电为主,插充为辅,集中充电,统一配送。也就是说国家电网发展方向是换电站,而非充电站。在配合上述发展思路是国网还储备了电池均衡,电池自动化更换设备,电池梯次利用等先进技术。这些极具前瞻性的探索和预研为萌芽中的电动汽车产业奠定了扎实理论基础,指明了技术发展的大方向,建立了整个产业的发展路程和思想体系。时至今日,这些技术已被广泛应用,尤其是底盘换电模式及标准电池箱技术,已成为国内电动汽车的主流。但是国网确在2013年-2014年期间由于企业主要任务方向的变化,暂停了新能源汽车换电这一项目。我们查询了相关历史信息发现除了企业主要任务的转变之外,无法调和的和车企之间的矛盾也是阻挡其换电模式的发展因素之一,毕竟没有车企愿意成为国网的附属,而当时国家发改委某处长曾表示:“国网应该摆正自己的位置,以更开放的态度,配合车企发展电动汽车。”而国网在换电模式的一意孤行,不仅不利于其稳固自己在电动汽车基础设施市场的地位,更有可能制约电动汽车的发展。换言之产业链无法打通成为了国网换电模式搁浅的最大因素。另一方面当时的国家政策比如补贴,新能源汽车大环境等仍然相对较弱,因此国网虽然跑通了换电的商业模式,但是受制于体制因素无法打通产业链形成商业生态,暂停换电站项目成了必然结局。

03特斯拉--无法共享的换电模式没有未来

国网冻结换电模式后,美国明星企业特斯拉在2013年展示了其90秒快换技术,再一次在全世界范围内引爆换电话题,但是很快特斯拉将发展专向了supercharger 3,从技术层面上来看,特斯拉还是沿用了Better place 的底盘换电思路,不过在速度上进一步提升。但是当”钢铁侠“看到底盘式换电致命缺陷—异形电池无法跨车系车型共享,换电站兼容性低,如此低的兼容性是无法提升运营效率的。以车企整合车企资源,形成通用标准更不现实。在如此复杂的换电环境下,特斯拉默默地退出来换电舞台。

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特斯拉换电技术简图

04模块分箱换电技术崛起

2014年,在看到打通换电体系产业链、构造换电生态的可能后聂亮离开国网。同年成立杭州伯坦,并在国家电网换电基础上进一步研发,开发出低箱版标准箱电池,相对2010年国网的标准箱,低箱版标准电池可以直接放置在车辆底盘(原国网高箱版标准箱电池需要放在车辆后座下或者车辆后备箱位置),车辆稳定性和安全性均大幅提升。另一方面当时大出行业务开始发力,细分市场对于燃油和新能源汽车运营经济性关注度空前,分箱换电模式结合大出行业务完美了解决了运营成本和能源补充效率的问题,模块分箱换电迎来了其历史机遇。

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模块分箱换电的标准充电柜和标准箱电池

那么模块分箱是基于什么原理来运作的呢?首先标准箱主要尺寸是完全一致,但是根据动力电池技术迭代,能量密度可以不断提升,目前以单箱15KWH为主(见下图)。根据车型需求在车辆底盘布置不同数量的标准箱动力电池,(乘用车布置2/4块、物流车可以布置6块甚至8块),由于在设计初期箱体大小一致,换电站对于所有使用标准箱的车型不论由哪个主机厂制造都可以进行换电,完成了换电站换电设备和车型兼容,充电设备对标准箱兼容,以及流通电池循环利用这三个限定换电模式发展的问题

产品型号

10KW.H

12KW.H

15KW.H

箱体尺寸(mm)

825*500*130

容量(Ah)

127

150

185

电压(V)

80

电量(Kw.h)

10

12

15

重量(含胶kg)

小于95kg

小于100kg

93/100kg

聚合物

三元

能量密度

109.47

120.65

160/150

05国内现阶段换电情况盘点

2016年,沉没了一段时间的底盘换电技术再次出现在大众视野,这一次蔡东青创造了上海奥动新能源汽车科技有限公司,并在换电业务上不断发力,之后蔚来也快速跟进。梳理一下国内换电技术发展路径,大致如下:

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主流换电技术:模块分箱、底盘换电,图示如下:

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值得注意的是,目前两种换电模式全自动路线的模式略有不同,模块分箱换电主要采用六轴机器人,底盘换点主要采用RGV,大致是下面这个样子的。

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市场应用方面:底盘换电有北汽 蔚来 新楚风等在应用,模块分箱换电有东风,众泰,力帆,大运康迪等在应用,投放车辆数和实际运营里程数,模块分箱略占优势。

06怎么比较上述两种换电技术

我们认为,单一从实际推广布局层面(如基础装备投资、换电能力、场地要求及建设速度等)来比较上述两种换电技术还不够客观。原因如下:

装备层面:分箱换电还可以选择人工或者半自动或者全自动换电模式,投资强度可以根据实际情况选择,而底盘换电则只能全自动换电,因此它在在实际推广层面资金要求更高,投资灵活度受限。但是如果按照全自动标准来看,用RGV或者用六轴机器人装备成本差距并不大。

场地拓展层面:底盘换电可以用集装箱式快速布局,落地速度略快,但是部分城市不允许集装箱内作业(比如广州)。因此在政策合规层面来说,对于分箱换电和底盘换电场地建设要求基本是一致的。

换电能力层面:全自动状态下基本差距不大都可以达到日均250次左右的换电能力。但是这个方面有一个指的关注的点,根据公开数据,相同换电能力的的换电站,模块分箱换电站拥有充电仓格位虽然更多,但是换算可换电车辆数,也仅仅是比底盘换电略多或者持平(我们认为未来评估换电能力不能仅仅依靠换电速度这一单一角度,因为换电能力取决于站能能源补给即充电仓格位数量,在这个角度上一般模块分箱换电站同级拥有120格位而底盘换电换电站为28个格位,但是模块分箱换电站平均一台车需要消耗4个格位的模块电池,因此120格位也就是一次性30台车的换电能力,与28个格位的整体垫底盘换电站暂时差距不大)因此从上述三个方面,两种模式差距不大甚至没有差距,因此仅仅从这三点是没有办法进行比较的。

随着推动重点消费品更新升级畅通资源循环利用实施方案(2019-2020 年)这一文件的下发,在鼓励换电模式发展的基本面下,对电池模块化和电池的梯次利用提出了要求,因此哪一种模式能够兼容更多车型车辆、更好的衔接电池梯次利用前后端、更能够适应未来汽车制造模块化发展才是更为重要的着眼点。

车型兼容角度来看,换电模式最终不应该是限定性的能源补充场景,而应该是开源型的能源补充方式,因为换电站的最基础、最基本的建设目的是作为公共基础设施方便大众出行使用,否则为什么享受补贴?目前以北汽、蔚来等车企主导的底盘换电,由于各自车企的电池相对于其他主机厂都是异性电池,换电站点或电池是无法通用的。但是东风、奇瑞、大运、众泰等企业采用模块分箱换电这一思路基于标准箱电池,使得换电站在不同车企车型间可以共用,电池可以共享大大提高了站点和电池两个方向的利用率,因此从这个层面来说,显然模块分箱换电更适合当下“共享经济”这一概念,同时是对社会资源的集约使用。

从动力电池的循环利用角度来看,目前业内的主流的设计思路如下

image.png

动力电池梯次利用直观图

从梯次利用角度来看,首先要降低每一次降级使用过程中的改造成本,否者便难以落地。从顶层设计角度来看,首先要将电池的标准统一,其次应该是相对重量和体积更小的电池(因为如果依旧停留在现阶段绝大多数车型的整体异型电池这个方向的话,在B段和C段是无法直接使用的),只有在这两个前提下,电池的全生命周期开发才能最大化,而在用户一端的动力电池的平均使用成本才会更低。

因此在电池循环利用角度反观底盘换电和分箱换电,显然通过标准箱体系搭建的分箱换电更贴合政策和国情。但是在车企角度上,整体底盘式换电对整车车身底盘改动更小,技术层面相对更容易实现;而模块分箱换电技术对车身底盘改动和设计周期都要求更高。但是很有意思的是接受标准箱分箱换电体系车企的竟然远远多于底盘式换电这一模式的车企(实际投放的可换电车辆总数中分箱换电体系车辆也超过底盘换电),可以说很多汽车生产企业是“舍近求远”在做换电,显然很多车企在这一层面不想做玩票,而是站的更高、看的更远的一种选择则。

07写在最后

2016年6月5日,中国铁塔以50亿资本成立能源公司的率先入局动力电池梯次利用末端市场,使得模块分箱换电车企和换电技术公司使用的标准箱电池具备了规模化末端使用的可能(相对于异形电池),动力电池梯次利用完整度进一步提升,而电池梯次利用产业链的延伸,动力电池的平均使用成本进一步降低,将间接降低新能源汽车消费成本,从产业链角度来看,是不是意味着模块化的电池将更有市场?

这个问题我们交给时间,但是对于前期坚守换电的企业来说,2019年6月,起风了。

来源:第一电动网

作者:新能源理想家

本文地址:https://www.d1ev.com/kol/92918

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