換電標準化助力中國電動汽車產業發展

換電標準化助力中國電動汽車產業發展

2009 年 1 月，我國開啟了世界上規模最大的新能源汽車推廣項目——“十城千輛”，也同時拉開了新能源汽車產銷量快速增長的序幕。此后，中國新能源汽車年銷售量逐年攀升，從 2009 年的 2300 輛，增長到 2022 年的 688.7 萬輛，年均增速高達 85.1%。從 2015 年起，中國新能源汽車連續七年保持著全球產銷第一的地位。據市場調研機構 Canalys 的數據顯示，2022 年全球新能源車 (EV) 年增長 55%，達 1010 萬輛。中國大陸是目前最大的新能源車市場，根據中國汽車工業協會的統計 ，2022 年中國新能源汽車產量為 705.8 萬輛，同比增長 96.9%；銷量 88.7 萬輛，同比增長 93.4%，占到全球銷量的 61.2%。新能源汽車新車銷量占汽車新車總銷量的 25.6%，提前三年完成 2025 年規劃目標。在出口方面，新能源汽車已經成為拉動我國出口增長的主要力量。根據中國汽車工業協會統計，2022 年新能源汽車出口達到 67.9 萬輛，同比增長 1.2 倍，而傳統汽車當年僅實現了 54.4% 的增長。經過十多年的發展，中國已經建立起完備的產業體系，新能源汽車技術水平不斷提升，整車制造技術日趨成熟，性能、適應性、續航、能耗、智能化等全面發展，核心的“三電”技術——電控、電機及電池已經至少與國際水平同步，一些方面甚至處于國際領先水平。

當前，新能源汽車正成為全球汽車產業轉型的主要方向和各國落實《巴黎協定》承諾的重要手段。不少國家出臺了日趨嚴格的節能減排法規，有些國家甚至提出禁售燃油車的計劃。歐盟 2035 年通過成員國理事會投票最終通過了《內燃機禁止法》，并通過《2035年歐洲新售燃油轎車和小貨車零排放協議》，將從 2035 年起禁止生產新的燃油車；美國環境署（EPA）決定在 2032 年將美國新車的大部分銷售改為電池電動汽車，總統拜登設定了到 2030 年電動汽車銷量占比達 50% 的目標；日本宣布到 2035 年，銷售的新車 100% 將為電動化車輛。我國也在穩步推進燃油車替代，2019 年海南省發布《海南省大氣污染防治條例》，宣布 2022 年起逐步禁止銷售燃油車，預計 2030 年將全面禁止燃油車銷售，成為國內首個全面禁止銷售燃油車的省份，其他省市也正在緊鑼密鼓地研究燃油車退市的時間。由此可見，全球新能源汽車市場潛力巨大。新能源汽車承載著我國汽車產業由大到強的重大使命。

2008 年被視為電動汽車“元年”，奧運會期間，奧動率先以換電模式大巴的示范應用,承擔了賽事期間的公共交通服務；北京市建設了國內第一個集中式充電站，可滿足 50 輛純電動大巴車的動力電池充電需求。從此開啟了充換電的序幕，但那時電動汽車尚不普及，整個產業都處在早期的摸索示范階段。

2009 年，我國制定了《十城千輛節能與新能源汽車示范推廣應用工程》，首次確定參與“十城千輛”工程的城市有 13 個，第二批擴大到 25 個城市，此后又擴展到 88 個城市。這期間各種新技術、新模式百花齊放，充電和換電也是齊頭并進，進入大規模的建設試點。這個階段，充電模式主要是以集中式的充電站建設為主。國家電網、力帆汽車、新鄉新能、Better Place 等公司則在多地推行換電示范，國家電網在 2011 年確定了“以換電為主，插充電為輔，集中充電，統一配電”的運營模式，并開展了一系列試點工程，比如北京的高安屯清潔車換電站、青島的薛家島公交車換電站，在杭州更是建設了初具規模的出租車換電網絡，是當時全國最大的換電網絡。

在補能網絡初期的發展階段中，發展的重點也發生過調整。2012 年發布的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）》中不再提及換電模式，而是確定了以充電為主的補能路徑。到了 2013 年，探索換電模式的企業紛紛倒閉或者停止投資，帶頭大哥國家電網也低調地不再推進換電。2014 年 1 月，國家電網公司工作會議提出，按照主導快充、兼顧慢充、引導換電、經濟實用的原則，優化充換電服務網絡規劃和布局，在一定程度上確立了充電模式的發展方向。同年，國家電網出臺《關于做好分布式電源并網服務工作的意見》宣布開放社會資本進入充電設施市場。民營資本的進入讓充電樁的建設從此一路狂飆，如雨后春筍一般，快速生長。

這個時期換電模式的沉寂，除去上述外部因素，主要原因還在于自己本身。因為，換電本身就需要一個生態來支撐，這個生態圈包括建設和運營換電站的運營商，生產與換電模式相匹配車型的主機廠，以及有購買意愿的車輛購買方。三方資源都是重資產投入，資源整合的難度非常艱巨。此外還有媒體經常討論的，換電標準不統一，電池規格彼此無法兼顧，在不同的換電站里無法給不同的電池換電等等技術原因。因此，在一個城市落地換電的時候，換電運營商希望能有一定數量以上的換電車型落地；主機廠希望有成熟的換電車型市場；而買車的人希望有更多的換電車輛和更便捷的換電站。無論是建站、造車還是買車，對于行為主體都不是一筆小的投入，這個利益三角的破局也牽扯到誰來主導協調的問題，種種矛盾導致換電在任何一個城市的冷啟動都很困難。與之相對的，充電的標準是較統一的，各方面的利益主體又是互相獨立的，不需要復雜的利益協調，所以運營商只要有地方就能建站，主機廠只要按著標準生產就可以。

新能源車替代傳統燃油車的過程，早期以私家車為主，新能源車從環保、性能的角度吸引了消費者。隨著近年來各地政府制定了交通領域的減碳時間表，重卡、出租車等營運車輛開始替換為新能源車，營運車輛更加注重經濟性和運營的時效性，而換電正好能提供高效補能，電池與車身分離的技術極大地降低了購車成本，非常契合重卡、出租車的需求。

隨著各地營運車輛逐步替換未新能源車，換電模式迎來春天。一個明顯的信號，是政策的不斷提及和推動。政策的推動，一下子讓市場變得火熱，引起了一系列大企業爭相進入。換電的商業模式日漸清晰，隨著近年來產業鏈成本的逐步下降，在一些特定場景內的換電模式的經濟性逐漸顯現，逐步實現盈虧平衡，啟源芯動力、協鑫能科、奧動、寧德時代等多家企業相繼進入換電賽道。

從萌芽探索期主導換電模式，再到放開資本入場大力建造充電樁，再到換電試點城市標準化建設，我國持續動態性調整的電動能源政策是電動汽車產業發展和高效率成長的保障。

近年來，政府和企業相繼在電動汽車的補能設施建設方面加大投入，然而，它們在數量上和布局上尚未達到傳統加油站在覆蓋范圍、服務能力。電動能源補能設施的不足在很大程度上制約了電動汽車市場的擴展和廣泛普及。

換電的主要依托“車電分離”的商業形式實現，一是動力電池和電動汽車車身結構的物理分離，通過特定的能源補給裝置短時間內快速更換動力電池；二是實現動力電池和電動汽車的經濟價值分離，動力電池的所有權和使用權分離，動力電池成為具有可流動性的服務商品，電池資產管理公司擁有其所有權。采用“車電分離”，實現汽車與電池的分開購買或電池租賃的方式，對汽車消費者而言，降低了車輛初次購置的費用；對于換電服務商而言，通過電池的統一管理，能夠增加電池資源利用率，實現電池資源的高效配置與回收利用；對電網來講，換電模式下，可根據電網需求側對儲能電池進行充電，削峰填谷，避免大規模集中充電對電網造成沖擊，是一個多方友好的解決方案。換電模式在營運車領域率先發展，營運場景成為多數企業的業務突破口。據工業和信息化部數據，目前我國《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》上的換電車型已經超過 530 款，主要是出租車和重卡。

在換電乘用車領域，可分為私人乘用車換電車型和運營車輛換電車型，主要應用于私家車、出租車、網約車以及汽車租賃領域。私家車以蔚來汽車為代表；出租車、網約車則有眾多的品牌。換電出租車、換電網約車和換電汽車租賃在一二線城市得到廣泛應用，如北京、上海、深圳、長春、重慶、武漢、成都等都推行了出租車換電。換電模式在乘用車領域憑借著高效節能的優勢以及車電分離解決方案，較好地滿足了客運行業的需求，得到了出租車公司、網約車客戶的認可，換電出租車和網約車在更多城市的市場占有率有望逐步提高。

換電重卡的技術解決方案及商業模式已相對成熟并具備批量復制推廣的條件。從 2020 年 7 月我國首批換電重卡及首個重卡換電站投運至今，全國已投建重卡換電站近 400 座，覆蓋全國 70 余座城市。近年來的試點示范工程探索出了以礦山、鋼廠、港口、城市渣土、電廠為主的封閉場景，并形成了成熟的技術解決方案及商業模式。這些場景有以下共同特點:一是鋼廠、礦山等“高頻”“重載”場景，通常需要重卡 24 小時連續運營。二是重卡主要服務于大宗商品物流運輸，如港口、鋼廠、礦山、城市渣土等，是環保壓力下尋求新能源轉型的重點產業。按照現有充電技術，一個典型重卡電池包（282kWh容量）充電需一至一個半小時，而采用換電重卡整個換電過程只需 3-5 分鐘，運營效率大幅提升。不同場景運營數據顯示，換電模式整體油電經濟性在 10%-30%。探索重卡換電應用于中等距離千線運輸成效顯著。內蒙古自治區首條換電重卡綠色運輸干線“鄂—包”干線全程 120 公里，采用固定式重卡換電站+移動式換電站的能源補給方式，實現了重卡靈活換電、隨到隨換，省內城際干線取得突破。重慶在長江沿線進行換電站整體布局，打通四川達州、重慶開州、重慶萬州三地，礦山、電廠、商砼園區等高頻重載運輸場景，首期開發落地綠色換電干線約 420 公里，建成國內首組省際換電重卡干線網絡。唐山結合各鋼鐵企業的位置分布、運力情況及兩個港區的貨運情況，著重在港口、鋼廠、礦山等地推廣換電重卡更新替代，規劃了全長 620KM “三縱一橫”的城市級換電干線網絡，逐步建立起布局合理、科學高效的換電基礎設施體系，已投運換電重卡超 4800 輛，投運量居全國第一，投建重卡充換電站近 30 座，換電站布局全國最密。實踐表明，換電模式在中等距離干線運輸中擁有良好的經濟性。

換電模式的這些明顯優勢決定了它將是新能源營運車輛的重要發展方向，具有廣闊的潛在商業價值，在相關政策的指導和推動下，必將迅速聚集產業鏈上下游的各方參與者。

目前，“硬件+換電”模式是國內許多電動汽車換電站的主要運營模式，換電營運車產業鏈已基本構建完整。發電企業、電網企業、整車生產商、電池制造商、車輛及電池經銷商、換電站運營商和運力企業構成了換電營運車的產業鏈全景。其中，圍繞著電力產品，生產者是發電企業，電力產品的運輸由電網企業負責，換電服務運營商通過換電站進行電力銷售和提供換電服務，最終的電力消費者是營運車車主。為了使電站的電池能夠服務不同的車型，需要整車制造商和電池生產商共同參與產業鏈，需要統一電池標準和通信協議，使車電分離，讓電力在電池中進行流通，達到降低購車成本、提高換電效率的目的，才能共同促進產業發展。

可以說，統一換電標準，是換電站運營商入局換電營運車產業鏈，專業化運營電池租賃和換電，為多種換電車輛同時提供服務的必要條件；也是整車制造商合理劃分業務，甩掉布局自有品牌換電站的重資產負擔，專營車輛研發和生產的核心支撐；也是運力企業控制生產成本，零成本享受技術迭代紅利，加快低碳運力建設的主要動力。

近幾年換電相關標準在主管部門和行業協會組織推動下已漸成體系，其中包括國家標準化管理委員會發布的 GB/T 32895-2016《電動汽車快換電池箱通信協議》、GB/T 32896—2016《電動汽車動力倉總成通信協議》等 5 項國家標準，工業和信息化部發布的推薦性國家標準 GB/ 34013-2017《電動汽車用動力蓄電池產品規格尺寸》和 GBI 34014—2017《汽車動力蓄電池編碼規則》。由工業和信息化部提出、全國汽車標準化技術委員會歸口的 GB/T 40032—2021《電動汽車換電安全要求》是汽車行業在換電模式領域制定的首個基礎通用國家標準。這些標準推動了換電行業規范化發展。

地方標準方面也有所推進。2022 年 4 月，江蘇省發布了《江蘇省純電動重型卡車換電電池包系統技術規范》，規范了城市級新能源重卡換電應用場景下，換電電池包物理尺寸、動力接口的互換性指標。2022 年 6 月，《交通基礎設施施工設備的充換電技術標準》在成都發布，在設備結構與充換電交互、動力電池框架與底托、快換電連接器、通信協議、多端識別、數據安全與風險預警等核心技術領域進行同樣標準化。2022 年 7 月，包頭市市場監督管理局組織通過《電動中重卡共享換電站建設及換電車輛技術規范》地方標準的審定，也是一個地方性純電動重卡換電站建設標準。2022 年 9 月，廣西壯族自治區發展和改革委員會發布《廣西新能源汽車換電站建設和運營指南（征求意見稿）》，對換電站的選址和規劃提出具體要求。2022 年 11 月，內蒙古發布《電動中重卡共享換電站及車輛換電系統技術規范》，規定了換電車輛換電電池箱體與換電底托、換電連接器、換電控制器技術要求，換電系統設備技術安全及通信協議技術要求，數據安全管理，風險預警分析技術要求，換電站的規劃布局及安裝防護要求等。

各地換電標準不斷涌現，但技術路徑多樣化，適用于不同場景的技術標準差異大。整體來看，相較于乘用車技術路徑的分散，重卡換電技術目前成熟的技術路徑集中度相對較高，市場上主流的技術路徑市占率大致在 80% 以上。也正是重卡換電標準的推出和完善，實現了同區域多品牌重卡車輛的電池的共享；以啟源芯動力、協鑫能科等為代表的第三方換電運營商相繼進入了重卡換電賽道，加速了新能源重卡的普及應用，豐富了業態發展。

在換電營運車輛大規模推廣的驅動下，換電模式標準化、共享化的需求愈加迫切。首先，換電車型的保有量持續增加，換電市場規模持續增長。據東方證券發布的數據顯示，到 2025 年，國內換電車型保有量預計將達到 500 萬輛左右；到 2030 年，這一數字有望接近 4000 萬輛。這意味著車企需要修建更多的換電站才能滿足車主的補能需求，以應對換電市場的高速增長。電池包的標準化有利于電池廠商批量生產，降低成本。其次, 車企各自為戰，其修建的換電站只為自家品牌補能，這不僅限制了投資回報率，還會降低土地資源的利用率；在市場強需求指引下，多品牌、多車型可兼容的共享換電模式就成了新的選擇。對換電站的投資方來說，換電站的建設和運營成本遠高于充電樁，回報周期長。共享換電模式能夠增加換電站的適配車型，減少補能節點的重復建設，提高投資率。隨著用戶多重數據的增加,第三方換電運營商或將成為流量入口,衍生出眾多商業模式。最后，政策支持共享換電模式的發展?！秶野l展改革委等部門關于進一步提升電動汽車充電基礎設施服務保障能力的實施意見》提出：“圍繞礦場、港口、城市轉運等場景，支持建設布局專用換電站，加快車電分離模式探索和推廣，促進重型貨車和港口內部集卡等領域電動化轉型，探索出租、物流運輸等領域的共享換電模式，優化提升共享換電服務?！钡谌綋Q電服務商成為繼續加強全國新能源基礎設施布局的重要力量。隨著國內大量新能源重卡的出口，未來還能將中國的換電模式和標準推廣到全球。在輕卡、出租車、網約車等營運車場景中，換電標準化對產業發展的影響也愈發重要。

各層級聯動，建立可兼容共享的換電基礎設施標準體系。一是明確國家標準的基礎引領地位，針對基礎通用、安全、施工驗收等領域，體現對不同技術路徑的包容共享，針對安全、共享互換等關鍵指標，如電壓、換電連接器、通信協議等，明確典型應用方案及相關的技術指標范圍。二是建議按照車輛類型完善標準，如分為乘用車、商用車，并嘗試分場景、分主體、分階段逐步推進不同的技術路徑標準化。三是鼓勵頭部企業適度開放知識產權，為規模化建設基礎設施、實現共享互換創造條件。四是加強國際標準布局，在國際標準化組織加快推動換電領域國際標準立項。

強化電動汽車換電基礎設施相關規劃，并配套相應的產業引導支持政策將換電站建設納入市政基礎設施專項規劃。遴選具備符合條件的換電站建設場地，優化充換電站空間布局，有序推進換電設施項目的建設和落地。各地可根據本地區充換電站規劃建設目標和新能源汽車電動化推進工作需求，滾動制訂換電站建設計劃，利用各類土地空間資源，完善交通樞紐的換電設施網絡布局。鼓勵換電站與加油站、加氣站、停車場等既有場站合作建設，開展綜合能源服務，以及為用戶提供更多附加服務，如提供洗車服務，開設便利店、咖啡店等，提升換電設施的價值。

完善換電產業管理協同機制，實現真正的車電分離。一是建立“電池資產管理公司”，使電池作為移動能源資產實現互換共享。二是完善換電重卡的抵押及轉讓機制。根據目前“車電分離”模式，出臺適配的抵押及轉讓機制，允許無動力車身和申池分開抵押、轉讓。三是完善換電新能源重卡的配套保險方案。根據目前“車電分離”模式，由銀保監會出臺相關保險機制，并引導保險公司出臺相關保險產品，無動力車身及電池可分別購買保險，出險時各自理賠。

總的來說，換電標準化將成為推動電動汽車產業發展的新方向。相信在政府和企業的共同努力下，中國的電動汽車產業將迎來快速發展的新時代。

參考文獻：

[1] 中國汽車流通協會. 2022年全國汽車經銷商生存狀況調查報告.

[2] Canalys. Electric Vehicle Analysis. 2022.

[3] 新能源汽車，中國崛起的邏輯. 李顯君. 顯君理想島. 2023.1.1

[4] 中國銀河證券.新能源汽車換電行業研究：換電風起ToB先行，百億設備市場蓄勢待發. 魯佩、王霞舉. 2023.1

[5] 興業證券. 新能源汽車換電行業專題：換電模式乘勢起，產業生態齊受益. 王帥. 2023.3.

[6] 華泰證券. 新能源汽車換電專題分析：換電滲透率提升，進入快速發展期. 申建國、周敦偉. 2023

[7] 電動汽車換電設施標準工作組.《新能源汽車換電試點城市標準化建設情況調研報告》. 2023